環境基準戰略，護航環境管理與保護

　　吳豐昌研究員在從事實驗研究

　　吳豐昌研究員在野外指導博士生和博士后進行湖泊大體積水樣的現場過濾、濃縮和富集實驗研究。

　　2008年7月，國家重大基礎研究計劃(“973”項目)“湖泊水環境質量演變與水環境基準研究”正式啟動，該項目以環境保護部為依托部門，中國環境科學研究院為主持單位。什么是水環境基準研究?它對環境管理和環境保護有什么意義?《科學時報》記者就此專訪了該項目首席科學家、國家環境保護湖泊污染控制重點實驗室主任吳豐昌研究員。

　　水環境基準：

　　水環境中污染物的最大允許濃度

　　《科學時報》：請首先給大家科普一下，什么叫做水環境基準?為什么要開展水環境基準研究?

　　吳豐昌：水環境基準是指某一污染物對水環境中特定對象(人、生物或特殊使用功能)不產生有害影響的最大允許或無作用濃度(或劑量);或者當某一污染物或因素不超過一定的濃度或水平時，生物群落或某種特定用途可以得到保護，污染物可以包括任何水環境中存在的化學物質，如常見的重金屬、有機污染物和氮磷營養物等;一般是為了保護人類健康和生態系統平衡為目的開展的、用可信的科學數據表示。根據保護對象、污染物類型和環境介質不同，水環境基準包括保護人體健康基準、保護水生生物基準和感官基準等，也可以包括營養物基準、優先控制污染物基準等，或者沉積物基準和湖泊水環境基準等。

　　水環境基準是一個國家制定水質標準、評價水質、確定環境容量和控制總量，及風險管理等環境保護工作的科學依據;水環境基準是自然科學的研究范疇，是完全基于科學實驗的客觀記錄和科學推論而獲得的，一般不具有法律效力。

　　《科學時報》：為什么要開展我國國家水環境基準研究?

　　吳豐昌：國家水環境基準研究關乎國家安全與發展戰略，是我國環境管理的重大科技需求，可以為我國環境管理和保護工作提供全面有效的支撐。

　　首先，開展水環境基準研究是應對日益嚴峻的水污染形勢的迫切需要。改革開放以來，我國在經濟發展和社會進步方面取得了舉世矚目的成就，但也付出了一定的環境代價。環境污染、環境突發事件以及由此導致的生態破壞和人體健康危害已引起全社會普遍關注。以水環境污染為例，目前我國已進入水污染事件的高發期，國際環境爭端較多，生物與環境受到威脅，水污染控制和治理任務繁重。湖泊水環境污染形勢尤為嚴峻：我國湖泊眾多，面積大于1km2的有2300多個;全國50%的城鎮飲用水來源于湖泊和水庫，湖泊與人民群眾的生活息息相關;但目前75%的湖泊出現富營養化，有毒有害物質污染嚴重，滇池、巢湖、太湖的污染問題尤為嚴重。

　　其次，在應對重大水環境污染事故及其對人體健康影響時，人們往往重視治理，忽視管理，強調技術，忽視基礎理論的研究;許多環境科學前沿研究又常常與環境管理與決策相脫節。如2005年中石油吉林石化公司發生爆炸事故后引起的松花江水環境污染事件，明顯暴露出我國對水環境基準研究的不足，難以為環境應急管理提供有效的科技支撐。當時主要污染物是硝基苯和苯，我國國家地表水質量標準中硝基苯的標準限值是0.017mg/L，此標準限值直接取自2004年美國環保局的保護人體健康水環境基準推薦值。但這一標準限值只考慮了居民身體健康，并未考慮其對水生生物及水生生態系統的影響，也沒有顧及我國水環境特征和基準保護對象與美國的顯著差異，因此直接采用此標準值進行環境質量評價等決策與管理缺乏科學依據，不但會對生態環境效應的綜合評估、管理和應急對策的制定產生偏差，也容易在國際環境外交中陷入被動。

　　再其次，面對不斷出現的各種環境問題，科學基礎研究明顯滯后于污染控制與治理工程實踐，急需從國家層面上加強我國環境管理和環境保護工作的基礎理論研究，為我國進行標準制/修訂、環境質量評價、決策、管理和環境外交提供長期而良好的知識儲備和科學依據。

　　最后，水環境基準強調的是“以人(生物)為本”及人與自然和諧共處的理念，是環境科學、毒理學、生物學和地球化學等多學科最新科研成果的集成，直接服務于環境標準和管理，是一個國家環境保護科研水平、國際地位和綜合實力的象征。因此，水環境基準是國家整個環境保護和管理體系的基石，是我國環境保護科研迫在眉睫的重要任務。近年來，美國、日本、加拿大、澳大利亞等國家已將基準研究列入國家安全戰略，國家水環境基準研究成為世界各國環境管理的重大科技需求。

　　《科學時報》：水環境基準的研究對我國的環境保護有什么重要意義?

　　吳豐昌：水環境基準是國家環境管理和環境保護工作的科學基礎。科學的環境管理體系是污染控制和解決日益嚴峻的污染問題的關鍵所在。一個完整的水質管理體系至少包括水環境基準和水質標準兩個部分，水環境基準是制定水質標準的科學依據，國家通過環境標準體系進行環境管理。我國的環境管理體系經過20多年的發展和不斷完善，目前已建立起了較為完備的環境標準體系，包括質量標準和排放標準，分綜合和行業兩類、國家和地方兩級，相應的法規和標準有《地表水環境質量標準》、《地下水質量標準》和《生活飲用水衛生標準》等。在水環境標準的基礎上，形成了包括環境容量、總量控制和風險管理等在內的環境政策體系。但是，由于缺乏我國區域環境質量基準等基礎理論的系統研究，國家環境質量標準主要是在參照和借鑒國外發達國家的基準和標準的基礎上制定，其適用性和適應性值得商榷。因此，我國現行的水環境質量標準體系和環境管理缺乏科學基礎，我國總量控制戰略和風險管理的順利實施缺乏理論支撐，急需從國家層面上、從我國國情和污染控制需要考慮，從實際管理角度考慮，開展適合我國區域特點的國家水環境基準研究。

　　可以這樣說，水質標準體系中水環境基準是基礎，是制定水質標準不可或缺的重要環節，是構建水質標準、整個環境質量評價和控制策略體系大廈的理論基石。

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　　因地制宜：

　　開展中國國家水環境

　　基準體系研究勢在必行

　　《科學時報》：國際上環境質量基準研究起源于何時何地?您剛才也提到了水環境基準是環境管理和保護工作的基石，那么在國際上相關研究是怎樣的情況?

　　吳豐昌：環境基準研究是國際環境保護科研的發展趨勢和前沿領域，也是世界各國國家安全戰略的重要組成部分。環境質量基準的研究起始于19世紀末，1898年俄國衛生學家A.Φ.尼基京斯基在《醫生》雜志發表了《石油制品對河流水質和魚類的影響》，闡述了原油、重油和其他石油制品對魚類的毒害，提出了環境質量基準的概念。1907年，美國環境科學家Marsh發表《工業廢水對魚類的影響》，這是美國最早關于污染物對水生生物影響的研究。20世紀60年代，美國就開始了對水環境基準的研究，當時只是一些研究者發表了一些污染物對生物的毒性效應數據。隨后，隨著水環境基準相關學科，如環境化學、毒理學和生物學等的發展，美國對水環境基準開展了長期而系統的研究。

　　《藍皮書》是美國環保局首次發布的水環境基準文件，之后根據最新的學科進展對水環境基準進行不斷的更新，包括對現有基準的修訂以及對新污染物基準值的補充，并分別于1976年、1986年、1999年、2002年、2004年和2006年發布了一系列水環境基準文件，形成了比較系統的水環境基準體系。目前最新的是2006年推薦基準，共涉及167種污染物基準，包括合成有機物107項、農藥31項、金屬17項和無機物7項，其中20種優控污染物和47種非優控污染物，及23個感官效應的基準限值。這些研究奠定了美國在環境管理與科學研究領域的國際地位。但是，目前水環境基準研究只涉及了各種國際公約和人們關注的有毒有害污染物中的一小部分，而且主要以人體健康基準為主，水生態基準研究得很少。隨著污染問題的出現，水環境基準、環境質量評價和管理體系科技需求迫切。

　　特別是近幾十年來，為制訂不同國情和區域特點的、符合自身發展規律的環境管理科學體系，應對國家發展與經濟的矛盾、生態環境安全及國際爭端，日本、加拿大和澳大利亞等發達國家相繼開展了水環境基準研究。國家水環境基準體系研究已成為各國的重大科技需求和國家安全發展戰略。

　　《科學時報》：國外的水環境基準體系既然基本成型，為什么不能拿來為我所用，為什么一定要建立中國的國家環境基準體系?

　　吳豐昌：不是不能拿來為我所用，事實上，借鑒和學習國外發達國家和世界衛生組織的先進經驗和研究成果非常重要，對缺乏早期研究的發展中國家更是如此。我國的環境保護工作起步相對較晚，長期以來環境標準和環境管理基本都是參照國外發達國家的，應該說這些管理體系為我國環境保護工作發揮了重要的作用。但是，美國等發達國家的水質基準體系是根據它們的國情和區域特征建立起來的，基準值有一定的普遍性和局限性，有的基準值適合于其他國家，有的可能不適合于其他國家，不能照搬照抄;同時，基準體系研究國外本身也在發展。這就需要我們去研究，要調研和總結國外已有的基準理論、制定程序、方法學等，篩選適合我國借鑒的參考數據和技術方法，以最短的時間跟上國際發展趨勢。區域性是水環境基準的一個基本屬性，各國的水環境基準均是在各自國家或區域水環境質量演變和自然背景基礎上建立的，不同國家和區域的生物區系、結構和功能特征、特征污染物以及經濟條件和生活習慣具有一定的差異性。按水體功能建立的水環境基準旨在使水質保持在特定水體用途需要的水平，它具有一定的局限性，這應依據國家的具體國情和環境區域特征來確定。

　　我國幅員遼闊，自然地理、氣候和生態環境特征與國外存在明顯差異，污染特征和生物區系也有別于其他國家，具體表現為以下四方面：第一，我國區域環境特征差異顯著;污染物在不同的地質地理、氣候、水環境(物理、化學和生物)特征和水生態系統特征條件下，會有不同的環境行為和生態毒理與健康效應，水環境基準區域性明顯。第二，水環境污染來源復雜，污染類型與特征差異顯著;別國關心的污染物可能不是我國的主要問題，而別國不關心的污染物和環境問題可能正是我國的主要問題;與其他發達國家相比，水環境基準體系中限定的污染物項目有明顯差異性。第三，我國的區域自然環境中的生物區系組成、結構和功能特征，以及我國經濟條件、社會生活和人體特征不同，基準的保護對象差異顯著。第四，我國是一個人口大國，社會發展階段與國外不同，污染事態嚴峻，監管和治理壓力很大，國際環境爭端和環境外交任務重。所以，照搬照抄國外的水環境基準和標準勢必影響環境標準和管理的適用性，給我國環境管理造成被動，影響我國在國際環境保護領域的地位。我國應結合自身地域特點和污染控制需要，開展原創性的國家水環境基準體系研究，建立我國水環境基準的新理論、技術和方法體系，為制訂科學、合理、可操作且符合我國國情的水質標準和環境管理提供堅實的理論支撐。

　　《科學時報》：我國的水環境基準研究狀況如何?未來中國水環境基準和環境管理的科研之路應該如何走?

　　吳豐昌：我國水環境基準研究相對滯后，目前尚未開展過系統的水環境基準研究，更沒有國家保護水生態系統和人體健康的水環境基準體系，對基準在標準制定和環境管理體系中的作用還缺乏足夠的重視。目前我國的水環境質量標準主要是參考國外的相關標準，或者只是根據我國水體的主要功能來制定。但無論是照搬國外標準還是粗放式的制定，現有的水質標準顯然難以符合我國的實際國情和水環境區域特征，這勢必會造成我國環境管理和保護工作中的“過保護”和“欠保護”的問題，中國國家水環境基準體系研究勢在必行。

　　正是基于對水環境基準重要性和迫切性的認識，國務院《關于落實科學發展觀加強環境保護的決定》(國發[2005]39號)明確提出：“科學確定環境基準。完善環境技術規范和標準體系。”《國家環境保護“十一五”規劃》(國發[2007]37號)明確將環境標準與基準等環境綜合管理關鍵科學技術研究列入環境科技創新的優先領域，明確要求“科學確定基準”。

　　中國水環境基準和環境管理科研之路如何走的問題，日前迫切需要開展中國水環境基準戰略研究，在充分研究我國區域特點和污染特征的基礎上，加強頂層設計和科學規劃，提出特征污染物和水環境基準的研究優先順序、近期和遠期目標，按照重點突破和逐步推進的原則全面開展。近期以湖泊等水生態系統開始，根據污染特征和生態風險選擇對生態系統有重要影響的污染物首先開展重點研究，建立水生態基準的理論、技術和方法，以點帶面逐步推進環境基準體系的建立。同時開展環境質量評估、總量控制和風險管理等環境保護科研領域的基礎理論研究，并形成一系列能更準確和科學地反映我國國情和發展特色的環境管理新理論、技術和方法。最終形成獨立自主的、反映我國區域特點、污染控制和發展規律的環境管理科學體系，實現“科學確定基準”的國家目標，引領我國環境保護科學研究，為我國環境管理和環境保護工作提供全面有效的理論和技術支撐。

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　　發展水環境基準戰略：

　　為我國環境管理和保護工作

　　提供全面有效支撐

　　《科學時報》：請您具體談談“973”項目“湖泊水環境質量演變與水環境基準研究”的一些具體情況，主要解決哪些科學問題?

　　吳豐昌：該項目主要解決三大關鍵科學問題：區域環境差異特征對水環境基準的影響機理、富營養化條件下污染過程和生態健康效應、水環境基準理論與方法學。針對三大科學問題;重點圍繞基準的三性原則——“區域性、基礎性和科學性”開展工作，宏觀與微觀結合，點面結合，闡述湖泊水環境質量演變和區域差異，揭示湖泊污染過程、生態健康效應機理，確定水環境基準，構建區域特點的湖泊水環境基準體系。

　　《科學時報》：項目的主要內容是什么?

　　吳豐昌：項目以太湖、巢湖和滇池為重點研究對象，圍繞我國水質基準的區域性、基礎性和科學性特點，在研究湖泊水環境質量演變規律和區域差異特征的基礎上，闡述污染物的輸移演替規律、復合污染機理和毒理效應，開展飲用水源生態安全評估研究，初步構建適合我國區域特點的、以保護水生態系統和人體健康為目標的湖泊水環境基準理論、技術和方法體系。

　　《科學時報》：目前已取得哪些進展?

　　吳豐昌：項目經過兩年多的研究，目前已取得一些重要階段性進展：已采集25個湖泊的沉積物和水樣品，在我國湖泊區域水生態差異特征、有機質與污染物相互作用和復合污染機理等幾個重要科學問題上取得較大的理論突破，在Environmental Science and Technology等國際刊物上發表SCI論文40多篇。項目系統地總結了當下水環境基準的理論和方法學，闡述了水環境基準的歷史演變和發展的規律。同時，項目根據中國生物區系和水環境特征，首次得到典型有機污染物——硝基苯的水生態基準值及重金屬鎘的人體健康基準值，用實踐檢驗了所提基準理論與方法的可靠性。最后，項目正在著力構建中國區域特點的湖泊水環境基準體系(生物區系，污染類型、水動力和化學條件，基準指標、基準推導方法和技術等)。

　　《科學時報》：剛才聽了您的介紹，感到水環境基準研究涉及環境化學、毒理學等多學科，那么水環境基準的研究是不是對相關學科的發展有所促進?

　　吳豐昌：水環境基準是在研究污染物在環境中的行為和生態毒理效應等基礎上確定的，涉及環境化學、毒理學、生態學和生物學等前沿學科領域;水環境基準研究實際上體現了國家和國際環境科學領域的最新進展。通過水環境基準戰略研究，可以整體推動我國環境科學綜合學科的發展，促進基礎理論研究與環境管理的結合，提升我國環境保護科研的國際地位和綜合實力。

　　開展中國國家水環境基準研究，可以為國家整個環境標準和管理體系提供更為科學的理論依據，整體提升我國環境保護科研水平。近年來，隨著保護生物多樣性和環境管理的強化，我國環境風險管理理念發生了重要戰略轉折，容量總量控制已逐漸取代了總量控制成為水污染控制的發展趨勢。其最大特點就是將污染源控制管理目標與水質標準相聯系，即根據水質標準計算水環境容量，并通過水環境容量直接計算受納水體的允許納污總量，并將其分配到各斷面控制區及污染源。因此，在容量總量控制方法中，水質標準是污染排放管理實施的主要依據。而水環境基準是水質標準的科學依據，只有在水環境基準研究的基準上，才能有效地評價不同化學物質對環境和人類健康的危險性和管理化學物質的生產、使用和排放，并最終為污染物的控制排放提供依據。發展國家水環境基準戰略，可以為我國環境污染控制和風險管理策略提供全面理論支持。

　　隨著中國經濟的持續快速發展，環境污染問題突出，監管和治理壓力很大，國際環境爭端和外交任務重，我國必須有獨立自主的、反映我國實際現狀和客觀規律的環境管理科學體系。通過國家水環境基準體系研究，全面帶動環境質量評估、總量控制和風險管理等環境保護科研領域的基礎理論研究，形成一系列更能準確和科學反映我國國情和發展特色的環境管理新理論、技術和方法，這對探索中國特色環境保護新道路和生態文明的科學實踐將產生重要而深遠的影響。