污染生态学研究的回顾与展望_孙铁珩

DO I :10.13287/j .1001 -9332.2002.0052 应 用 生 态 学 报 2002 年 2 月 第 13 卷 第 2 期 CHIN ESE JO U RNA L OF A PPL IED ECOLO GY , Feb.2002 , 13(2)∶221～ 223
关键词 污染生态学 污染物 生态过 程 生态修复 文章编号 1001-9332(2002)02 -0221 -03 中图分类号 X171.4 文献标识码 A
Retrospect and prospect of pollution ecology.SU N Tieheng and ZHOU Qixing (Institute of Applied Ecology , Chinese Academy of Sciences , Shenyang 110016).-Chin .J .Appl .Ecol ., 2002, 13(2):221～ 223 . Since 1970s, pollution ecology has go ne through several historical stages including the natal , g rowing and developing and ex panding stage with the rise in environmental sciences and the development o f applied ecology .T he theoretical system and researching methods with special characteristic of the subject has taken shape .So far pollutio n ecolog y has become an independent discipline to probe into interactions between biological systems and polluted environment and to control and remedy polluted environment using ecological principles , is an important component part of applied ecology and derives from amalgamatio n and intersection between ecology is faced with challenges and opportunities.A breakthroug h and good progresses will be made in its branches and fro ntal fields such as ecolog y of combined pollution , co ntaminant ecotoxicaolog y , ecological processes of pollutants and ecological remediation of contaminated enviro nment.
复合污染生态学是研究 生态系 统中化 学污染 物之 间相
互作用及其对生态系统有 机与无 机环境 的联合 影响的 规律 与机理的一个分支学科 .污染环境实际上是复合污染 的综合 表现 , 具有 3 个基本特点 :1)复合污染发生的普遍性 .全球每 个角落的局部和区域污染 , 都是在多种污染物联合作 用下发 生 , 其污染生态效应亦是常常通过一个链条而表现出 的复合 污染 .例如 , 在土壤-植物 系统 污染生 态中 , 常 常表 现为 灌溉 水(或施用污泥)、土 壤 、植 物 、动 物及人 体的复 合污 染 .2)复 合污染机制的多样性 .复合污染机制的多样性表现在 两个方 面 :其一是环境中的各 种污染 物在作 用于生 命组分 之前 , 其 污染物之间 发生着交互 作用 , 导致其 生物毒 性发生 改变 .这 种交互作用包括拮抗 、协同 、竞 争 、加 合 、抑制 等 ;其 二 , 表现 在污染物作用于生命组分所表现出的生物有效性 , 包 括毒害 作用(吸收 、合成 、滞留 、联 合 、富 集等)和解 毒作 用(回避 、排 斥 、固定 、分 泌 、排泄 、酶变 、扩散等).3)复合污染研究 的复杂 性 .复合污染生态研究 的方法 论是一 个多元 的复合 系统 .由 于污染物种类的繁多和数量的不同 , 研究其复合作用 的实验
进入 80 年代后 , 污染生态 学已经 由定 位观测 扩展 到区 域评价 , 由环境背景 、环境容量调查延伸到环境基准 、环境标 准的制订与 形成 .受到 关注的 污染物 也从酚 、氰污 染转 移到 Cd、Hg 、Pb 、A s、Cr 重金属 污染 , 从石油组分 污染深入 到重点 有机污染物 ——— 芳烃化合物 的污染 .随 着上 述污染 物种 类 、 形态 、数量在不同环境介质的分析 、调查 , 带来了研究 方法论 的不断扩展与细化 .从定性到定量 , 从常量到微量 , 从 重量测 定到容量分 析 , 从化学 测量到 生物监 测 , 不 断推动 和保 证了 分析测试质 量和研究水 平的提高 .在 这一时 期 , 区 域性 环境 质量研究最为活跃[ 1] , 北京官 厅水库 污染调 查 , 京 津渤 地区 环境质量评价 , 沈阳张士灌区 Cd 污染防治 , 沈抚灌区石油污 染调查与评价 , 松 花江水 质 Hg 污 染研 究 , 北 京燕 化工 业区
近年来 , 复合污染研究迅速发展 .无机污染物之间 , 有机 污染物之间 , 无机和有机污染物之间的复合污染效应 以及在 表面活性剂参与下和土壤有机质的不同种类 , 不同数 量水平 下所表现的复合污染效应 , 在多介质 、多界面 、不同尺 度层次 上进行着复合污染生态的方法 、理论与指标体 系研究[ 8] .
科特色 , 只有继续拓宽 和深化 这几方 面研究 , 才有 可能 不断 促进新的分支学科发展与新学科生长点的创新 、成长[ 4] .
污染生态学 主要内涵
生态系统中污染物的 输的入作及用其过对程生和态对系污统染· 的反应与适应
人类活动对受污染生 态系统生态过程调控 、 改造和修复过程
基本原则
整体优化
循环再生
这些研究是在国内科研 、教学领域学科交叉和国际合 作 与交流的层次进行的 , 因而体现出污染生态学研究的前沿 学
＊ 国家重点基础研究发展规划项目(G 1999011808). ＊＊ 通讯联系人 . 2001 -08 -20 收稿 , 2001 -08 -27 接受 .
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应 用 生 态 学 报 13 卷
污染生态过程体现 在生态 系统各 个等级(包括个 体 、种 群 、群 落 、景观 、流域和全球)水平 上不同 时空 尺度的 复杂 过 程 .在 空间尺度上可以分为微观污染生态过程和宏观污染 生 态过程[ 7] .通常微观污染生态过程涉及到污染物在环境中 的 物理 、化学 和 生物 过程 , 诸如 吸附/ 解吸 过 程 、固 定/ 释 放 过 程 、氧 化/ 还原过程 、螯 合/ 解 络过程 、酸/ 碱反 应过 程 、挥发/ 凝结过程 、溶解/ 沉淀过 程以及 水解 、降解 、脱 氧和共 代谢 过 程等 .这些过 程发 生在 多介 质 、多 界面 层次 上 , 研 究十 分 活 跃 , 例如 , 水-土 , 气-土 , 根-土 , 植-土界面的物 质传输 过程 .宏 观污染生态过程是指跨流域 、跨区域乃至全球范围的污染 物 传输 、反应和变化而带来的跨区域 、跨国界的生态 环境问题 . 在时间尺度上污染生 态过程 可以分 为瞬时的 和漫长 的污 染 生态过程 .例如 , 污染物 引起的 各种急 性中毒 反应过 程为 瞬 时污染生态过程 ;而需要相对长时间表现的生态适应与生 态 进化过程 、污染物激活过程 、毒物稀释过程 、慢性中毒过程 和 污染物生物积累与放大过程等均属于漫长的污染 生态过程 . 其中比较典型的例子是涉及污染物生物地球循环 的湖泊 、海 洋沉积物历史年代与污染生态过程分析 、树木年轮分析和 温 室效应 , 全球 气候 变化 以及 荒漠 化所 导致 的 一系 列环 境 问 题 , 已经成为全球环境科学研究的热点与前沿 .
修复的一门独立科学 , 是应用生态学的重要组成部分 , 是生态学与环境科学相互融合 、相互交叉的产物 .在 新世纪的头 20 年中 , 污染生态学面临着新的机遇和 挑战 , 它 将在复合 污染生态学 、污染 生态过 程研究 、污 染生态毒理学和污染生态修复等分支领 域和科学前沿取得重要进展和突破 .
Key words Pollution eco logy , Pollutants, Ecological process , Ecolog ical remediation.
1 引 言
污染生态学起步 于 20 世纪 60 年代 末和 70 年 代初 .由 于环境污染的日益严重和生态破坏的不断加剧 , 污染 生态学 研究开始于某些具体点位 、区域环境污染而引发的危 害和后 果研究 , 侧重于静态观测和实地调查 .例如 , 大气污染 形成的 植物急性或慢性中毒症状 , 水体污染造成的水生生物 的急性 中毒或死亡 数量 , 土壤 污染导 致的作 物危害 和欠收 , 农 业污 染引发的畜禽肉蛋的残毒 以及化 肥施用 带来水 体富营 养化 和地下水 NO 3-N 的污染范围和程度等[ 2] .
生态工程规划和霍林 河矿区 开发的 环境影响 分析等 典型 地 区污染生态调查与环境质量评价 , 有力地推动了污染生态 学 的发展 .
需要指出的是 , 在水 、土 、气 、生四大环境介质 中 , 以高 拯 民先生为代表的 土壤-植 物系 统污染 生态 研究十 分活 跃 , 为 创立和开拓我国污染 生态学 研究 , 起到了 奠基 作用 , 污染 生 态学的基本内涵和理论框架(图 1)也因此而 逐渐形 成 .其 主 要目标是 :建立 污染生态学 理论基 础 ;探讨污 染环境 发生 与 主要生态过程调控机 制 ;主 要方面 :污 染环境 发生与 演变 规 律研究 ;污染环 境生成与早 期诊断 ;污 染环境 稳定与 自净 功 能分析 ;主要化学污染物生态行为与生态过程调控 . 进入 90 年 代 , 污染生态学研究表现出全方位 、多视角 的 综合研究特征[ 3] :1)复合 污染生 态研究 独具特 色 ;2)不同 空 间和不同时间尺度上开展污染生态过程研究 , 成为污染生 态 学研究的核心 ;3)生态风 险与生 态毒理研 究受 到普遍 关注 ; 4)污染生态系统的生物修复与污染生态工程 , 开始在实验 室 小试及中试水平上得到试验应用 .