环境科学前沿学习报告

环境科学前沿学习报告

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生态毒理学的发展历史只有短短的二十多年，它是在环境科学这一综合性学科中属前沿和基础的一个分支。环境科学是本世纪七十年代产生的对人类生活影响很大的综合性科学。目前我国的环境科学绝大部分是应用研究，基础研究部分与世界发达国家有较大的差距。这已经产生两个问题；首先，儿乎所有的重大环境问题都是国外料学家发现的如DDT的生态系统危害、臭氧层的破坏及最近的二恶英等；其次，在应用技术的开发中没有后劲，许多技术只能浅尝则止，较明显的如微型生物监测技术和基因丁程技术在环境保护中的应用。造成我国总体水平落后的因素之一(而且是较主要的因素)是缺乏前沿引导。

1992年De Kirnijf将生态毒理学定义为用多学科理论(生理、生态、化学和毒理学)解释自然界中污染物的作用过程和暴露风险。它不仅是一门科学而且是污染防治中应用性强的一种工具，用于支持环境政策、法律、标准和污染控制。

生态毒理学的技术方法按1998年出版的专著Ecotoxicology明显分为两大类技术即宏观分析技术：生物个体水平以上的生物组成对污染的响应，以及微观分析技术：细胞水平以下对污染的响应。宏观技术以生态学理论为基础，以生物个体为基本单位，研究污染对生态系统中各层次(个体、种群、群落)的影响。微观技术以细胞生物学(90年代以前)为理论基础，研究污染对单细胞、染色体及蛋白质、核酸等遗传物质的效应。显然生态学和分子生物学的研究由于对象、手段的不同，在对问题解释的角度上是有很大差异的。到目前为止，在生态毒理学中这两类研究的发展是并行的，有时会有交叉，但并末融合。但是各自都对环境科学作出，重大贡献。生态学在宏观工业污染控制、温室效应和生物多样性、臭氧层保护等方面取得的进展是有目共睹的，细胞、分子生物学在遗传修饰微生物的污染治理、DNA的损伤机制、突变检测等方面的突破性进展将环境科学立足点提高到污染问题的本质层次上，而且在污染问题的发现与产生的研究及污染控制中微观技术所显示的潜能是如此巨大，以至可以肯定地说，以分子生物学为基础的生态毒理学微观分析技术在下个世纪至少在环境科学中将扮演一个重要的角色。

1．生态毒理学的宏观技术、方法动态

1．1模拟生态系统

上个世纪80年代以来在生态毒理学中发展较快的技术之一是模拟生态系统，它包括微生态系统和中生态系统，其中以微生态系统的研究成果最多。所谓微生态系统即微型的模拟生态系统它的定义是“人工环境的试验系统，是一个世界的缩小，一个整体的代表”。美国国家科学研究委员会(NRC)的定义是“将天然系统的样本放入人工容器内并在实验宦环境中维持的系统，功能类似而结构不完全等同于天然系统，这类系统的能力在于它能以近似自然的方式检验许多生物与环境过程的最终结果”。这是其它研究技术所无法比拟的。整个生态系统是一个整体，它决不足部分的总合，对生态问题的分割研究是有很大局限的，而在系统

水平上可以得出更为实际的缩果。但它也不同于野外研究，它毕竟是受控系统。在近_卜几年的研究中模拟生态系统几乎用于各种污染的生态效应研究如重金属、农药、有机污染，综合性排放物以及最近提出的生物安全问题等等。丰要应用领域为：

(1)河流污染的早期报警；

(2)水生生态系统恢复过程研究；

(3)化学品、农药的生态风险评价；

(4)综合性污染物的风险评价；

(5)沉积物生态效应；

(6)生物安全评价。

微生态系统的组成部分主要有几部分(以水生态系统为例)：系统的基本单位，贮水库，过滤系统，动力系统和条件控制系统(温度、光照、流量、毒物分配和控制)五大系统。美国环保局(USEPA)，美国食品和药物管理局(FDA)均将该方法获得的数据作为决策的依据并列入法规程序中。1996年12月美国国家科学委员会向政府提出的“2l世纪研究重点”的报告中第三个重点领域“化学品与环境的关系”所建议的研究内容是“降低化学品进入环境后的不利影响，发展实验性的微生态系统用于污染预测中”。

微生态系统与自然系统比较：

(1)与开放系统比系统费用低(尤其是海洋)；

(2)取样容易，费时少，精度高；

(3)控制力强，易定量及物质平衡；

(4)观察和取样在同一水柱，可在半自然条件下测定浮游生物速率过程；

(5)重复和控制方便；

(6)由于其可塑性强结果外推强于单种试验。

微生态系统与室内系统比较：

(1)能研究不同生物；

(2)浮游生物可在低污染浓度下生跃；

(3)行为研究较真实；

(4)可进行长期和季符研究；

(5)人为影响缩小；

(6)复杂性提商；

(7)污染的物理模拟较真实；

(8)结果可直接外推自然。

微生态系统与数模比较；

(1)能预测理论和模型不能预侧的结果；

(2)完全综合的过程不需要假设；

(3)包括了所有参数而不是人为认定重要的参数。

微生态系统的不足：

(1)系统维护比室内单种实验复杂；

(2)环境水动力模拟能力还较弱；

(3)较小的系统有壁效应；

(4)取样量有限。

这些不足近年来有很大改善，由欧盟计划资助的中生态系统的设计就是一个力图克服上述不足的试验，出路在于系统自动化，大尺度反应系统，但相对投入的经费也大大增加。

微生态模拟技术的出现和发展为10年前提出的生态系统健康和完整性理论作了技术方法的铺垫。

1．2生态系统健康理论

有必要定义生态系统健康的原因是20世纪的经济体系在保护自然环境方面是失败的，但生态系统恰恰是经济系统的基础。生态系统健康的提法采用了广义的医学模式，它的实质是在系统各个层次上保护和恢复生态学过程的健康。在持续发展理论下就是保护自发的，自成一体的自然过程作为理论的基本要素。持续发展的标准有狭义的“经济学”生产力也有以生态学为基础的系统健康标准．它可能不符许多读者的偏爱。因生态系统健康不足一个可以通过公式计算获得的简明结果。但是这个目标必须提出来，因为人们不希望人类文明的发展改变我们的生命支持系统的功能、多样性和恢复能力一生态系统固有的特性。高速度的技术应用是工业化和后工业化社会的特征，由于过分地利用环境，累积的影响对生态系统产生风险。人们度量生态系统的三种尺度：技术性的、审美与心理。有价值的高生产力系统(技术观点)不一定是审美、心理L的有价值的环境。因此需要一一个综合性的、长远的系统生产力价值标准，它同时也能兼顾审美与心理的要求，这就是生态系统健康所需要的标准。

较实用的定义是健康的生态系统有三个特征：活性、结构和功能的完整性和恢复力，这是系统持续发展的基础。

健康的反义词是疾病，生态系统的疾病是各种环境压力引起的，它表现在以下几个方面

(1)初级生产力减少；

(2)营养资源丧失；

(3)物种多样性丧失；

(4)短生活期、随机种及外来种占优势；

(5)关健种群波动增加；

(6)生物结构退化(正常演替逆转或加速，资源性物种退化)；

(7)灾变增加。

在诊断生态系统过程中，系统脉搏----压力的测定是至关重要的。压力即是