第二章 土壤健康风险评价与管理ppt课件.ppt

第二章 土壤健康风险评价与管理,主要内容,土壤健康的生态指示土壤健康质量分析及方法生态风险评价与管理健康风险评价与管理重金属污染土壤的风险评价与管理农药污染土壤的风险评价与管理减少危害的防范措施与应急计划,一 土壤健康的生态指示,植物指示敏感植物指示：如植物的抗盐、抗酸以及超富集植物等植物根的反应植物根的病原体土壤动物指示土壤节肢动物群落结构蚯蚓,土壤微生物指示土壤微生物群落结构 土壤微生物生物量 营养物的循环土壤酶指示,二 土壤健康质量分析及方法,物理属性：土壤颜色和土壤温度；土壤水分；土壤质地；土壤团聚体；土壤容重；土壤孔隙度；土壤比表面积；土壤渗透性等化学属性：土壤酸碱度；土壤有机质；离子交换性能；电导率；植物需要的营养元素生物学属性：微生物；动物；植物,时时刻刻都会有风险！,三 生态风险评价与管理,3.1 风险的概念通俗地讲,风险就是发生不幸事件的概率。即指一个事件产生我们所不希望的后果的可能性。一般通用的定义为在一定时期产生有害事件的概率与有害事件后果的积累。风险广泛存在于人们的生活、生产等活动的环境之中。风险评估提供完整的信息，从而使风险管理者和有关决策者作出最佳对策，以便对环境质量提供必要的保护措施。环境质量的最终目标就是人类的健康。,风险和危险在含义上是有差别的风险是指人或事物遭受损失、伤害、不利或毁灭的可能性;危险是指人或事物容易遭、受伤害、损失的程度,或者是指处于紧迫或可怕险境中的状态或形势(如人体健康、财产等暴露在受损害、遭毁灭或丧失的境地之中)。其次,作为表述不幸事件发生的概率的风险,它符合一定的统计规律,即在一定的时间条件下,在一定的空间范围中,某个事件具有一定的发生概率,即具有一定的可能性;作为表征事物处于险境中的状态或形势的危险,不仅与时空条件以及事件性质有关,而且还与事件的承受者-人或事物紧密相连。,风险与危险又是紧密相联的 正是由于风险反映了一定时空条件下不幸事件发生的可能性.揭示了事件发生的规律,因而风险可以看成危险的根源。也就是说,正是由于客观存在着产生不利后果的可能性,才使得一定范围中的事物处于危险的境况之中,3.2 环境风险概念：由人类活动引起的,或由人类活动与自然界的运动过程共同作用造成的,通过环境介质传播的,能对人类社会及其生存、发展的基础环境产生破坏、损失乃至毁灭性作用等不利后果的事件的发生概率 具有两个主要特点：即不确定性和危害性 环境风险广泛存在于人们的生产和其他活动之中,而且表现方式纷繁复杂,环境风险分类 根据产生原因的差异,可以将环境风险分为化学风险、物理风险以及自然灾害引发的风险。化学风险是指对人类、动物和植物能发生毒害或其他不利作用的化学物品的排放、泄露,或者是易燃易爆材料的泄露而引发的风险；物理风险是指机械设备或机械结构的故障所引发的风险；自然灾害引发的风险是指地震、火山、洪水、台风等自然灾害带来的化学性和物理性的风险,显然,自然灾害引发的风险具有综合的特点。,根据危害性事件的承受对象的差异,将风险分为三类,即人群风险、设施风险以及生态风险。人群风险是指因危害性事件而致人病、伤、死、残等损失的概率;设施风险是指危害性事件对人类社会的经济活动的依托设施,如水库大坝、房屋等造成破坏的概率; 生态风险是指危害性事件对生态系统中的某些要素或生态系统本身造成破坏的可能性,对生态系统的破坏作用可以是使某种群数量减少,乃至灭绝,导致生态系统的结构、功能发生异变。,3.3 风险评价对人类活动或自然灾害的不利影响的大小和可能性的评价在一般意义上，风险评价定义为一种系统过程，即估算由于出现一些系统失误，或一些类型的危害，在整个失误系统范围内的所有重要的风险因子的后果，这种后果可能导致特定形式的系统反映，或系统危害。3.4 生态风险评价从环境科学的范畴内，风险评价可分为生态风险评价和健康风险评价两大类,3.4.1 生态风险评价概念 暴露于一种或几种污染物而可能产生或已经产生不良生态效应的评估过程，是建立在生态学、生态毒理学、数学和计算机技术等学科研究成果基础上的一门综合分支学科。,3.4.2 生态风险评价目标和要求识别现在的和预测可能的危害，并为这些危害排序，风险评价提供了风险比较和排序的定量基础识别所有可能的失误，并为它们排序帮助考虑当前的和未来可能出现的暴露场合系统反映暴露场合的风险而不是只涉及极端事件的风险识别对整个失误和/或暴露贡献最多的因素便于比较减少风险的不同方案，平衡可以允许的风险与减少风险的代价识别和分析不确定性的来源，把结果表达为可能性，承认风险评价在预测未来环境状态过程中具有不确定性，使得评价比较可信,污染土壤的生态风险评价概念性模型,实县线表示直接关系，虚线表示间接关系,3.4.3 生态风险评价步骤,不良生态效应识别剂量-效应分析生态暴露评估风险表征,3.4.3.1 不良生态效应识别是生态效应的识别是污染土壤生态风险评价的第一步，是对人类活动产生的生态效应提出假设及进行评估的过程，是生态风险评价的基础。主要目的是结合所有理论上的可能性对污染土壤确定潜在的暴露终点及关键暴露途径,污染土壤不良生态效应识别的对象,识别的主要内容包括 评价终点的选择：评价终点的选择基于对土壤中潜在污染物的生态相关性和生态敏感性的了解，并且与生态风险的管理目标有关。相关的生态风险评价终点能够反映该污染土壤生态系统的重要特征，与其它终点在功能上具有相关性，并且这些终点可以在任何生态系统水平上得以明确。 概念性模型的建立：概念性模型是有关生态实体与污染物之间相关性的书面描述和报告，所描述的内容包括暴露途径及其生态效应与受体。分析计划的制定：根据所得到的数据对是不良生态效应进行评估，以确定该如何对生态风险进行评价。,3.4.3.2 剂量-效应分析,实验室分析剂量-效应关系内容试验方案设计：即根据确定的指标体系设计试验方案，内容可能是剂量-效应、效应-时间的关系等，也可能是非生物的其他影响等。试验方案的实施结果分析外推分析,直线型 反应强度与剂量呈直线关系，即随着剂量的增加，反应的强度也随着增强，并成正比例关系。但在生物体内，此种关系较少出现，仅在某些体外实验中，在一定的剂量范围内存在。 S形曲线 此曲线较为常见。它的特点是在低剂量范围内，随着剂量增加，反应强度增高较为缓慢，剂量较高时，反应强度也随之急速增加，但当剂量继续增加时，反应强度增高又趋于缓慢，成为“S”形状，S形曲线可分为对称和非对称两种。 抛物线型 剂量与反应呈非线性关系，即随着剂量的增加，反应的强度也增高，且最初增高急速，随后变得缓慢，以致曲线先陡峭后平缓，而成抛物线形。如将此剂量换算成对数值则成一直线。将剂量与反应关系曲线换算成直线，可便于在低剂量与高剂量之间进行互相推算。,剂量-效应反应曲线,指数曲线 在剂量反应关系的曲线中，当剂量越大，反应率就随之增高得越快，这就是指数曲线形式的剂量反应关系曲线。若将剂量或反应率两者之一变换为对数值，则指数曲线即可直线化。 双曲线 随剂量增加而反应率的增高类似指数曲线，但为双曲线。此时如将剂量与反应率均变换为对数值，即可将曲线化直。 受干扰的曲线 有时由于毒物的致死作用或对细胞生长的抑制作用等各种原因，可使曲线受干扰，在中途改变其形态甚至中断。虽然，在某些毒性试验中，可见到“全或无”的剂量反应关系的现象，即仅在一个狭窄的剂量范围内才观察到效应出现，而且是坡度极陡的线性剂量反应关系。产生这种情况的原因当依据具体情况作出解释。,图2-4指数曲线 图2-5双曲线 图2-6受干扰的曲线,污染土壤中污染物与生物的剂量-效应分析资料调研根据模型计算：由于缺乏数据，通常使用的模型有多阶段模型（multistage）、多击模型（multi-hit）和威尔布（weibull）模型等，其中单击模型（one-hit）由于比较简单而在生态风险评价中广泛被使用，模型的表达式为P(c)=1-ec 其中P(c)为土壤中c水平对生物产生的效应； 是模型参数外推分析：根据同类有害物质已有的试验资料和已经建立的外推关系进行分析，不再进行分析试验，或根据模型计算的结果直接得出结论,3.4.3.3 生态暴露评估,生态暴露评估 是描述土壤中污染物与终点的潜在和实际的接触，以暴露方式、生态系统及终点特征为基础，分析污染源、污染物分布以及污染物与终点的接触模式。生态暴露评估包括两方面的内容分析土壤环境存在的有害化学物质的迁移、转化过程，以及污染源是否继续存在以及是否作为污染源对其他环境产生次生污染污染土壤对受体的暴露途径、暴露方式和暴露量的计算,生态暴露评估的主要目标土壤污染源分析，污染源可以分为两类：产生污染物地点；当前受污染的土壤或地区污染物在土壤环境中的时间和空间分布，通过分析污染源的污染途径以及二次污染的形成和分布来达到以上目标。化学污染物在土壤环境中的分布与其在不同介质中的分配有关，污染物的物理学分布与其颗粒大小有关，对于污染物的生物学效应，其存活及繁殖等因素也需要考虑。污染物与受体间的接触，对于土壤污染物，接触被定量为通过化学物质的取食摄入、呼吸吸入或皮肤直接接触的量，主要的内容为1）暴露途径分析，分析有害物质与受体接触和进入受体的途径，如土壤、地下水和食物等2）暴露方式分析，分析可能的暴露方式，如呼吸吸入、皮肤接触、经口摄入等3）暴露量计算，确定暴露量计算方法，计算暴露量,分析污染物在土壤环境中的分布通常使用监测技术、模型计算或两者的结合，模型在定量分析土壤污染源和污染物关系上十分重要。主要内容包括：1）分析污染物在土壤环境介质之间分配的机制，在土壤中迁移的路线与方式，伴随迁移发生的转化作用，了解化学物质在土壤环境中的迁移、转化和归宿的主要过程和机制2）模型建立，即选择建立模拟土壤污染物环境转归过程的数学模型或其它物理模型3）参数估算，即确定模型参数的种类，确定参数估算方法，包括经验公式法、野外现场试验法、实验室实验法和系统分析法等，进行参数估算4）计算方法确定，即根据所确定的数学模型，研究模型方程的计算方法5）模型校验，即对模型进行调试，选择独立于模型参数估算使用过的资料和其他实例资料对模型进行验证，如计算结果与实测值相差甚远，则对模型进行修正，或对模型参数进行调整6）转归分析，即利用计算机数学模型和有关资料，分析土壤污染物的环境转归过程和时空分布结果,3.4.3.4 风险表征及一般方法 概念：风险表征是指风险评价者利用剂量-效应分析及生态暴露分析的结果，对土壤有毒物质的生态效应包括生态评价终点的组成部分是否存在不利影响（危害），或某种不利影响出现可能性大小的判断和表达，并且指出风险评价中不确定因素及涉及的假设条件。目的是通过阐述土壤污染物与污染生态效应之间的关系得出结论，评估土壤污染物对目标生态终点产生的危害。,风险表征的内容确定性分析和可能性分析风险表征的方法定性风险评价和定量风险评价定量风险表征：常用的方法有商值法、连续法、外推误差法、层次分析法、系统不确定分析等定性风险表征：常用的方法有专家判断法、风险分级法、敏感环境距离法、比较评价法,生态风险评价有待研究的问题终点的确定 任何评价都必须有确定的终点，否则评价无法进行。在庞大复杂的生态系统中选择什么指标作为反映生态影响大小的衡量依据，即终点，比较困难，至今，尚为找到一个反映生态系统“健康”与否的统一指标外推方法 生态风险评价希望定义在较高的生态水平上，例如种群水平、群落水平或生态系统水平。然而，定义的水平越高，分析越困难，需要的费用、人力、时间越多，而实验室生物个体水平的研究相对简单的多。怎样把实验室个体的研究结果外推到实际生态系统的更高水平上，合理的外推方法有待研究不确定性 风险评价中的不确定性是不可避免的。如何客观地分析、定量地表达、适当地处理需要进一步研究,3.5 生态风险管理 概念：生态风险管理是指根据污染土壤的生态风险评价的结果，按照恰当的法规条例，选用有效的控制技术，进行削减风险的费用和效益分析，确定可接受风险度和可接受的损害水平，并进行政策分析及考虑社会、经济和政治因素，决定适当的管理措施并付诸实施，以降低或消除该风险度，保护生态系统安全,生态风险管理应包括的内容制定土壤有害物质的环境管理条例和标准提高土壤污染风险评价的质量，强化土壤环境管理加强对土壤污染源的控制，包括了解污染源的存在分布与现时状态、污染源控制管理计划、潜在风险预报、风险控制人员的培训与配备风险的应急管理及其恢复技术生态风险的管理方法 政府的职责和方法；建设单位的职责和方法；加强防范措施；强化关于风险分析、评价和管理的科研,剂量-效应关系评价 暴露评价,管理决策 非风险分析控制方案,风险表征,危害识别,法规,政治,社会因素,经济,风险管理,风险评价,污染土壤的生态风险评价与管理之间的关系,四 健康风险评价与管理,主要包括：健康危害判定；剂量-健康危害分析；暴露评估；健康风险表征；健康风险管理,4.1健康危害判定 土壤污染危害判定是根据土壤污染物的生物学和化学资料，判定土壤中某种特定污染物是否产生危害4.2 剂量-健康危害分析 对土壤污染物暴露水平与暴露人群或生物种群中不良健康反应发生率之间的关系进行定量估算的过程，是风险评价的定量依据：主要包括非致癌物的剂量-健康危害分析；致癌物的剂量-健康危害分析；突变物的剂量-健康危害分析,4.2.1 非致癌物的剂量-健康危害分析 一般采用不确定系数法推导出可接受的安全水平（acceptable safety level ASL），因管理目的和内容的不同，ASL在不同的管理部门被称为参考剂量（reference dose， RfD）、实际的安全剂量（virtually safe dose，VSD）、可接受的日摄入量（acceptable daily intake，ADI）、最大容许浓度（maximum allowable concentration，MAC）或估计的人群健康效应阈值（estimated population threshold for human， EPT-H）等,4.2.2 致癌物的剂量-健康危害分析 致癌物的剂量-健康危害分析是在无阈效应情况下，利用高剂量外推模式评价人群暴露水平上所致度毒的危险概率。 分析过程一般包括：1）选取合适的数据资料2）利用高剂量外推模型推导出低剂量暴露下可能的危害程度3）将由动物试验数据得出的危害度估计值转化为人的相应值 一般认为，致癌物在低剂量范围内的剂量-危害反应关系曲线可能有3种类型即线形、超线形和次线形。由高剂量向低剂量外推的模型很多，常用的模型如下表。 还新发展了一些模型，如肿瘤出现时间模型、生理药代动力学模型、生物学为基础的剂量-反应关系模型。,常用的致癌物高剂量向低剂量外推模型,4.2.3 突变物的剂量-健康危害分析 目前仅能进行有关整体哺乳类诱导的胚胎突变资料的剂量-危害分析,4.3 暴露评估不同交换界面的污染物暴露量估算：经呼吸道进入人体的量估算；经消化道进入人体的量估算；经皮肤吸收进入人体的量估算暴露评估的内容：包括土壤污染源分析、暴露途径分析、污染物在时间和空间上的强度和分布分析、暴露人群和环境受体的分析、计算暴露水平和评估不确定性因素等暴露评价的步骤：表征暴露的土壤环境；确定暴露途径；定量暴露,4.4 健康风险表征 主要步骤有：污染土壤危害判定剂量-危害评估及暴露评价结果的综合分析风险度分析书面总结风险表征结果,4.5 健康风险管理4.5.1 概念：污染土壤的健康风险管理是指根据风险评价的结果，按照适当的法规条例，选用有效的控制技术，进行削减风险的费用-效益分析，确定可接受风险度和可接受的损害水平，并进行政策分析及考虑社会、经济和政治因素，决定适当的管理措施并付诸实施，以降低或消除该风险度，保护人群健康。4.5.2 主要内容：根据土壤污染危害判定结果，确定采用何种风险评价 筛选出需要做风险评价的项目，特别是有重大危害的项目确定土壤污染物的排放标准和土壤环境质量标准制定风险的应急措施及补救措施。,五 重金属污染土壤的风险评价与管理,5.1 评价指标 对土壤质量的影响；对陆生生物的胁迫；对地下水的不良效应；进入食物链对人体健康产生的重要影响。5.2 评价系统 重金属在土壤中的迁移以及生物对重金属暴露浓度的计算；重金属进入土壤环境的源计算；土壤重金属污染的危害性评价；风险表征,5.3 评价工作内容污染源分析；生物对重金属的暴露分析与估算；风险表征,对土壤动物危害影响的风险评价对作物危害影响的风险评价对有益微生物危害影响的风险评价,5.4 重金属污染土壤生态风险评价,否,否,否,否,是,是,重金属对土壤动物危害影响的风险评价决策树,PEC： Predicted environmental concentration NOCE ：No observed effects concentrations,是,是,是,是,是,否,否,否,否,否,重金属对作物危害影响的风险评价决策树,EC50 ：Median effect concentration,是,是,是,否,否,否,重金属对土壤微生物危害影响的风险评价决策树,EEC:Expected environmental concentration SF :safety factors,5.5 重金属污染土壤人体健康风险评价主要表现在4个方面土壤污染源强的计算重金属在土壤剖面及大气、地下水中浓度的分布对人体健康危害的风险度计算总年的危险计算,重金属从土壤进入人体的途径土壤-植物-人土壤-人土壤-植物-动物-人土壤-动物-人土壤-地表水-人土壤-地下水-人土壤-空气-人,风险评价的框架结构,Source/Inventory,Transport and transformation,Uptake,Biokinetics,Dose/Response,Dose,RiskCharacterization,RiskMitigation,Exposure Events,Response,六、农药污染土壤的风险评价6.1 评价指标主要考虑的几个问题农药在土壤中的持久性及对土壤质量的影响，包括对土壤环境质量、土壤肥力质量和土壤健康质量的影响对陆地生态系统健康的影响，包括陆生生物的保护等通过地表径流的迁移及进入地表水的可能性，对地表水中的水生生物及水生生态系统健康的影响通过淋溶或其他迁移方式进入地下水的可能性，对地下水资源使用功能的影响挥发进入大气对大气污染的贡献通过陆生食物链对人体健康产生的直接、间接影响以及潜在效应,6.2 农药生态风险评价系统的组成污染土壤中农药的形态转化与迁移能力以及各种生物对农药暴露浓度的计算如还存在污染源，对进入土壤环境的农药污染源进行计算危害评价，包括直接和间接的危害风险表征,农药污染土壤风险评价系统中源与效应间因果关系链,6.3 评价工作内容污染污染中农药的浓度与存在形态污染源的继续输入或部分输出。生物体对农药的暴露分析与估算风险表征，农药污染土壤对地面水的影响、对浅层地下水的影响、对鸟和哺乳动物的影响、对土壤动物的影响、对植物的影响、对周围生态系统健康的影响,6.4 土壤农药污染途径与暴露途径6.4.1 种子处理剂污染土壤表面土层中农药量：Dossuf=Fmix* Dosmax Dosmax为农药最大施用量（kg/hm2）； Fmix为土壤混合因子（ Fmix =0.01） Dossuf为土壤表面农药量（ kg/hm2 ）,农药与土壤混合，假设农药在020cm表层中均匀分布，则可以计算农药在土壤中的起始浓度（PIEC），计算公式如下：PIEC= PIEC为农药在土壤中的起始浓度， Dosmax为农药最大施用量，Hsoil为土壤深度（0.2m），Bd为土壤容量（kg/m3，一般取1400 kg/m3）,土壤中农药总量包括在固相上（csoil）和土壤水相（csoil w）中农药的量，即PIEC= ct= csoil + csoil w其中，csoil 和 csoil w的值的大小与农药的分配系数有关，计算方法如下csoil w= csoil=Ks/1为分配系数（dm3/kg）；ct为土壤中农药总量，即PIEC,6.4.2 农药颗粒剂污染土壤 农药以颗粒形式施入土壤，在土壤中的农药浓度可根据其农药施用量直接进行计算。如果在一个季节中重复多次施用颗粒农药，需计算其最大浓度。最大浓度与农药生物降解半衰期、施用频率以及两次使用间隔时间有关，有关计算方法与种子处理剂相同，计算时所需的参数见表,6.4.3农药喷施污染土壤 在一个季度中，农药喷施可以进行多次，因此，最大剂量为多次施用后的农药量，计算方法同上述。农药喷施后，一部分被作物表面截获，另一部分则散落到土壤、地面水和空气中。假设一般情况下，10%留在空气中，达到土壤和作物上的比例为90%。则90%部分的农药在作物上和散落在 土壤中的比例根据不同的作物和生长阶段有所不同。下表,6.4.4 污泥施用造成农药的土壤污染土壤中农药污染物浓度计算如下：,6.4.5 污染土壤中农药的挥发 K=,6.4.6对地下水的污染 假如有水排放，只有40%的降雨通过淋溶进入地下水；若没有排水，则100%降雨全部进入地下水。然而，地下水中的农药浓度与浅层地下水中保持一致，计算方法如下：Cgw，t=Cgw，t为t时间地下水中农药浓度， Cgw，0为地下水中农药起始浓度，Kts为农药转化系数,6.5 生态风险评价6.5.1 鸟类危害影响的风险评价鸟类通过食用昆虫或作物而吸收农药鸟类食用土壤中颗粒剂或处理过的种子而吸收农药。通过农药污染土壤影响的饮水而吸收农药通过食用农药污染土壤暴露的陆生生物（如蚯蚓）而吸收农药通过食用水生生物对 农药的吸收,6.5.2 对蜜蜂危害影响的风险评价,6.6 人体健康风险评价 对人体的危害分为急性中毒和长期临床效应两方面急性农药中毒包括误食农药污染的土壤颗粒及污染土壤影响下的地下水或地表水。长期的临床效应 主要表现在烷基汞（杀真菌剂）引起运动、感觉与中枢神经系统损害；铵盐（杀鼠剂）引起多种神经病与中枢神经系统的损害；含砷农药（除草剂）可引起皮炎；二溴丙烷（土壤熏蒸剂和杀线虫剂）引起男性不育等等,七、减少危害的防范措施与应急计划,减少危害的防范措施应急措施预案,7.1 减少危害的防范措施7.1.1 风险影响报告书：是评价工作的总结，是提供风险决策的依据主要包括总则：风险评价的目的；编制的依据；风险评价的标准；控制污染和保护目标；风险评价工作等级及评价范围评价项目的概括项目周围地区的环境状况风险识别及分析后果预测风险管理及减少风险措施风险评价结论,7.1.2 防范措施减少废物排放量减少垃圾填埋场渗漏提出针对受污染的土壤的监测方案,7.2 应急措施预案项目应急措施现场管理应急措施现场监测措施社会求援应急措施,