廖偉，劉娜，馮承蓮，徐建，王子健，金小偉

1. 南昌大學(xué)資源環(huán)境與化工學(xué)院，鄱陽(yáng)湖環(huán)境與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330031 2. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012 3. 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085 4. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，北京 100012

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是對(duì)有毒污染物生態(tài)危害量化的重要手段，是依據(jù)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的原則和方法，以生態(tài)毒理學(xué)研究為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)污染物進(jìn)入環(huán)境后產(chǎn)生生態(tài)危害的可能性及程度。其目的是得出一個(gè)化學(xué)污染物濃度閾值(安全閾值)或風(fēng)險(xiǎn)值，為環(huán)境管理決策，特別是為相關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)的制定提供參考依據(jù)[1]。環(huán)境暴露濃度和毒性閾值濃度是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的2個(gè)重要組成部分，根據(jù)不同的毒性效應(yīng)測(cè)試方法，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法包括3個(gè)層次：以單物種測(cè)試為基礎(chǔ)的外推法，以多物種測(cè)試(微宇宙或中宇宙)為基礎(chǔ)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以種群或生態(tài)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型[2]。由于受研究基礎(chǔ)和經(jīng)費(fèi)等因素限制，目前大部分化學(xué)污染物的毒性數(shù)據(jù)來(lái)自于個(gè)體或組織水平的單物種毒性測(cè)試[3-4]。然而，基于個(gè)體水平毒性測(cè)試所推導(dǎo)的安全閾值，忽略了物種通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)和食物鏈等作用產(chǎn)生的間接效應(yīng)，也沒(méi)有考慮時(shí)間和空間產(chǎn)生的影響，往往得到一些片面的結(jié)果，不能保證種群水平上的安全，難以滿足對(duì)種群、群落及生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)估，如Walton等[5]和Bechmann[6]分別發(fā)現(xiàn)污染物在對(duì)蚤狀溞和分叉小猛水蚤個(gè)體死亡無(wú)影響的濃度下，導(dǎo)致種群數(shù)量下降。因此，從種群效應(yīng)中得到污染物長(zhǎng)期暴露下種群的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)、種群大小或生長(zhǎng)繁殖等數(shù)據(jù)，能夠保證生物群落中種群的持續(xù)性和生命力，具有更深遠(yuǎn)的生態(tài)學(xué)意義，比個(gè)體效應(yīng)更適合用于污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[7-8]。

種群是指共同生活并繁殖的同一物種，如一群植物、動(dòng)物或其他生物[9]。一般情況下，一個(gè)種群有明確的界限，如一個(gè)小型湖泊中生存的某種魚(yú)是一個(gè)種群；另外，種群的界限也可以根據(jù)研究目的或研究方法劃定，如棲息在一片葉子、一棵樹(shù)、一排樹(shù)或整片林地的某個(gè)物種[10]?；趥€(gè)體水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的效應(yīng)評(píng)估主要關(guān)注個(gè)體數(shù)量、死亡率、生殖狀態(tài)、生長(zhǎng)速率、新陳代謝、個(gè)體大小、年齡、個(gè)體生活史和個(gè)體環(huán)境暴露等特征及屬性。而種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)效應(yīng)評(píng)估主要關(guān)注于生物量、種群數(shù)量、種群密度、平衡數(shù)量、自然增長(zhǎng)率、性別比例、遺傳多樣性和可用的生境空間分布等特征[11]。因此，個(gè)體水平的效應(yīng)評(píng)估主要由急性(如半數(shù)致死濃度LC50、半數(shù)效應(yīng)濃度EC50)、慢性毒性數(shù)據(jù)(如無(wú)觀察效應(yīng)濃度NOEC等)計(jì)算獲得，測(cè)試指標(biāo)主要有致死、生長(zhǎng)抑制、繁殖以及生化指標(biāo)(如卵黃蛋白原)等[12-13]。而種群水平效應(yīng)評(píng)估終點(diǎn)主要包括種群大小、恢復(fù)時(shí)間、性別比例、平衡數(shù)量、耐受性分布、基因分布和種群增長(zhǎng)率等[11,14]。與個(gè)體水平相比，種群水平的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)包括了從組織、器官、個(gè)體、種群到群落和生態(tài)系統(tǒng)等高水平的模型，綜合了個(gè)體毒性效應(yīng)、競(jìng)爭(zhēng)、遷移、棲息地以及其他生物和非生物因素的累積影響，在維持和保護(hù)動(dòng)植物生存數(shù)量、保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面具有個(gè)體水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)無(wú)法替代的效果。種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)彌補(bǔ)了個(gè)體水平評(píng)價(jià)方法在時(shí)間和空間等方面的不足，因此，越來(lái)越多的研究者利用個(gè)體水平的毒性效應(yīng)(如組織響應(yīng)等)建立種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型來(lái)預(yù)測(cè)種群響應(yīng)，為研究種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)效應(yīng)評(píng)估指示及終點(diǎn)提供更多的選擇。

因此，綜述現(xiàn)有基于種群水平的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法不僅能促進(jìn)該方法的研究和發(fā)展，還能直接用于環(huán)境管理決策，對(duì)控制進(jìn)入水環(huán)境的污染物種類和數(shù)量、保護(hù)水體生物多樣性及整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能具有重要意義。本文綜述了文獻(xiàn)中現(xiàn)有的種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題、方法和應(yīng)用，以期為進(jìn)一步開(kāi)展種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究提供有益借鑒，同時(shí)也為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理中種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究的科學(xué)問(wèn)題(Scientific issues in population-level ecological risk assessment)

1.1 評(píng)價(jià)終點(diǎn)(Assessment endpoint)

種群研究為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供了各種各樣的終點(diǎn)，包括種群數(shù)量(population size)、平衡數(shù)量(equilibrium abundance)、穩(wěn)定性(stability)、恢復(fù)時(shí)間(recovery time)、滅絕時(shí)間(time to extinction)、最小存續(xù)數(shù)量(minimum viable population)、耐受性分布(tolerance distribution)、大小及年齡結(jié)構(gòu)(size and age structure)、性別比(sex ratio)、基因多樣性(genetic diversity)和種群增長(zhǎng)率(population growth rate)[14-16]。其中常用的評(píng)價(jià)終點(diǎn)是種群的個(gè)體數(shù)量，內(nèi)稟增長(zhǎng)率和滅絕時(shí)間等[16]。種群數(shù)量是野外調(diào)查和試驗(yàn)測(cè)試最直接的參數(shù)，常常被用于個(gè)體較小、難以鑒定年齡的生命周期較短的物種[17]。由于影響種群數(shù)量的因素較多而且波動(dòng)較大，實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較少。種群增長(zhǎng)率能夠綜合個(gè)體水平上很多指標(biāo)之間的相互作用，比其他種群評(píng)價(jià)終點(diǎn)更敏感，因此常常被用作種群水平上的評(píng)價(jià)終點(diǎn)[8,18-20]。Forbes和Calow[18]將污染物對(duì)個(gè)體生活史(存活和繁殖)以及種群增長(zhǎng)率的影響進(jìn)行了比較，認(rèn)為種群增長(zhǎng)率與個(gè)體生活史參數(shù)相比能更好地評(píng)估污染物毒性效應(yīng)。另外，種群滅絕時(shí)間是一個(gè)綜合性更高的種群評(píng)價(jià)終點(diǎn)，常常用于評(píng)價(jià)有毒化學(xué)品對(duì)鳥(niǎo)類種群的風(fēng)險(xiǎn)[21-22]。種群水平的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)包括時(shí)間和空間上的種群信息，需要明確考慮生境及種群特性，根據(jù)期望的評(píng)價(jià)結(jié)果選擇相關(guān)的評(píng)價(jià)終點(diǎn)十分重要。

1.2 密度依賴(Density dependence)

由于自然環(huán)境中空間、食物等資源有限，大部分自然種群不可能長(zhǎng)期按指數(shù)增長(zhǎng)，而是在一定范圍內(nèi)受到密度依賴反饋的調(diào)節(jié)，使種群維持在適度的范圍內(nèi)[23]。研究表明，在物種內(nèi)部和物種之間，各種生物過(guò)程都可能產(chǎn)生密度依賴[24]。例如，隨著密度的增加，種群的繁殖力逐漸降低，死亡率逐漸升高[25]。上述過(guò)程是種群可持續(xù)生存的基礎(chǔ)，在保護(hù)生物學(xué)和害蟲(chóng)管理方面發(fā)揮了重要作用。當(dāng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)加入生物密度因素時(shí)，需要考慮2個(gè)重要問(wèn)題：化學(xué)污染物對(duì)種群的毒性效應(yīng)與密度依賴是相互獨(dú)立的加和作用，還是隨種群密度的變化而變化？如果二者之間是相互影響的，是拮抗作用還是協(xié)同作用？在拮抗作用下，種群密度較高時(shí)，化學(xué)品的毒性作用較弱，說(shuō)明該種群的密度依賴程度較高，能夠在受到污染物暴露損傷時(shí)，通過(guò)提高出生率得到補(bǔ)償；在加和作用下，化學(xué)品的毒性效應(yīng)不受種群密度影響；在協(xié)同作用下，種群密度越高，化學(xué)品的毒性效應(yīng)越強(qiáng)，說(shuō)明該種群的密度依賴程度較低，對(duì)多種脅迫因素敏感性較高(圖1)[11,18,26-27]。一般來(lái)說(shuō)，外部的死亡率因素往往與密度依賴關(guān)系表現(xiàn)出復(fù)雜的相互作用。與生物個(gè)體水平相比，種群水平的繁殖方式更復(fù)雜，化學(xué)污染物可能通過(guò)多種毒性效應(yīng)對(duì)生物種群產(chǎn)生影響，在種群預(yù)測(cè)模型中加入其他生物學(xué)功能(如食物資源競(jìng)爭(zhēng))，可以使預(yù)測(cè)結(jié)果更接近真實(shí)情況[28]。如果排除密度依賴，可能會(huì)削弱模型的預(yù)測(cè)能力，特別是對(duì)于長(zhǎng)期毒性效應(yīng)的預(yù)測(cè)[29]。因此，在種群水平風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，獲得種群密度依賴關(guān)系的可靠參數(shù)對(duì)種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)具有十分重要的意義。

圖1 密度與有毒化學(xué)品相互作用的主要類型[11]Fig. 1 Main types of interaction between density and a toxicant[11]

1.3 遺傳變異(Genetic variation)

遺傳變異是物種和種群適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件并進(jìn)化過(guò)程的基礎(chǔ)[30]。為了適應(yīng)環(huán)境的壓力和變化(如殺蟲(chóng)劑的使用和化學(xué)品暴露)，生物會(huì)產(chǎn)生足夠的遺傳變異。遺傳變異可以用來(lái)描述當(dāng)前和歷史的種群特性，例如，種群大小和種群結(jié)構(gòu)。然而，由于學(xué)科發(fā)展緩慢，與遺傳相關(guān)的種群動(dòng)力學(xué)研究較少，遺傳變異很少被用于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。隨著越來(lái)越多的基因功能被發(fā)現(xiàn)，基因信息的獲取越來(lái)越容易，遺傳信息的改變得到了更好的解釋[31-32]。在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面，這些研究進(jìn)展有助于更好地理解環(huán)境壓力、遺傳變異和種群持續(xù)生存之間的關(guān)系。遺傳變異包括中性變異、有害變異和適應(yīng)性變異。中性遺傳變異會(huì)通過(guò)隨機(jī)遺傳漂變而減少，通過(guò)突變和基因流動(dòng)而增加。中性遺傳標(biāo)記的分析為確定種群結(jié)構(gòu)、估計(jì)有效種群大小和遷移率提供了一種手段，并可以推斷出群體之間的歷史和地理關(guān)系。遺傳學(xué)可以在種群狀況、脆弱性和持續(xù)性問(wèn)題上為種群水平的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供參考信息，并且有可能為經(jīng)驗(yàn)方法和模型預(yù)測(cè)方法做出獨(dú)特而有效的貢獻(xiàn)，其中與適應(yīng)性或毒性化學(xué)反應(yīng)相關(guān)的特定功能基因變異對(duì)于種群水平的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)尤其重要。盡管將遺傳學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和毒理學(xué)相結(jié)合，研究毒性和耐受性的分子機(jī)制，可以更好地解釋種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，但是目前還沒(méi)有建立起相關(guān)的預(yù)測(cè)模型。因此，如何科學(xué)地將遺傳變異應(yīng)用于種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)變得越來(lái)越重要。遺傳信息可以通過(guò)考慮種群狀況、脆弱性和持續(xù)性等因素來(lái)反映種群水平的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。例如，遺傳信息可以使種群結(jié)構(gòu)和健康得到更好的表征，預(yù)測(cè)種群生存風(fēng)險(xiǎn)，解釋長(zhǎng)期脅迫因素(包括化學(xué)污染物)的影響。另外，遺傳信息還能夠用于闡明集合種群結(jié)構(gòu)、與交互動(dòng)力學(xué)有關(guān)的結(jié)構(gòu)特征。從空間尺度上解釋環(huán)境特征和壓力源時(shí)，景觀遺傳學(xué)框架可以揭示多種環(huán)境和生物因素共同影響種群的作用規(guī)律。

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)引入遺傳變異的關(guān)鍵問(wèn)題在于遺傳信息影響生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)終點(diǎn)的機(jī)理研究和影響規(guī)律研究?；瘜W(xué)適應(yīng)的靶基因或潛在基因包括一些功能涉及毒理學(xué)或防御機(jī)制的基因，適應(yīng)性化學(xué)變異常導(dǎo)致毒理學(xué)途徑的下調(diào)或防御途徑的上調(diào)[33]。雖然研究化學(xué)耐受遺傳的生物化學(xué)或遺傳機(jī)制仍然需要進(jìn)一步深入，但目前隨著這一領(lǐng)域?qū)W者的大量努力，昆蟲(chóng)對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥抗性的一些機(jī)制已得到驗(yàn)證，動(dòng)物和植物對(duì)金屬適應(yīng)的幾種生物化學(xué)機(jī)制也已經(jīng)被報(bào)道，通常與螯合蛋白、金屬硫蛋白上調(diào)等金屬防御途徑有關(guān)[34]。脊椎動(dòng)物中，芳基碳?xì)浠衔锸荏w通路的基因及其在耐受劇毒二噁英類化合物中的潛在作用被很多人證實(shí)[35]。這些研究結(jié)果為化學(xué)污染物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中引入遺傳變異提供了基礎(chǔ)。

1.4 空間結(jié)構(gòu)(Spatial structure)

空間生態(tài)學(xué)認(rèn)為，個(gè)體、種群及群落的空間位置與種群統(tǒng)計(jì)學(xué)、種間競(jìng)爭(zhēng)和捕食者-獵物相互作用等具有同等的重要性，種群和群落的空間結(jié)構(gòu)是構(gòu)成生態(tài)學(xué)理論至關(guān)重要的組成成分[36]。因此，將更符合真實(shí)景觀的空間結(jié)構(gòu)和動(dòng)物種群之間的關(guān)系引入生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，能夠極大地降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的不確定性，為有效地制定保護(hù)對(duì)策提供科學(xué)依據(jù)。美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(United States Environmental Protection Agency, US EPA)規(guī)定，為了在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中充分反映時(shí)間和空間的影響，必須將化學(xué)品的毒性效應(yīng)、遷移障礙和景觀斑塊結(jié)構(gòu)的變化作為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的附加因素[37]。

按照對(duì)空間處理方式的不同，空間結(jié)構(gòu)分為3種不同的研究途徑[36]：(1)集合種群(metapopulation)將空間看成由內(nèi)部均質(zhì)的生境島嶼構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，物種不均勻地分布在斑塊中。每個(gè)亞種群有不同的繁殖與死亡率，并且通過(guò)遷入和遷出過(guò)程關(guān)聯(lián)在一起；(2)數(shù)學(xué)模型研究假定空間不僅是連續(xù)的而且是均一的，適用于連續(xù)空間內(nèi)有局部相互作用和有限運(yùn)動(dòng)的生物個(gè)體；(3)景觀生態(tài)學(xué)從更為復(fù)雜的空間格局出發(fā)，充分考慮了生境的空間異質(zhì)性，生物體分布在一組相互作用、具有不同結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)的異質(zhì)性區(qū)域中。其中集合種群是研究物種空間分布的常用途徑[38-39]，McLaughlin和Landis[40]根據(jù)生物體在斑塊之間遷移程度的強(qiáng)弱，將集合種群分為5種類型：孤立種群(isolated populations)、經(jīng)典集合種群(classical metapopulations)、斑塊種群(patchy populations)、大陸-島嶼集合種群和源-匯集合種群(mainland-island and source-sink metapopulations)，以及連續(xù)性種群(continuous populations)。另外，隨著3S(遙感、全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng))技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)空間結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)和處理技術(shù)大大增加，為景觀生態(tài)學(xué)在種群動(dòng)態(tài)方面的研究提供了強(qiáng)有力的工具。

2 種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法(Approaches to population-level ecological risk assessment)

種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)要求考慮生物群體的綜合特征，評(píng)價(jià)方法主要包括經(jīng)驗(yàn)方法(實(shí)例研究)和模型研究。經(jīng)驗(yàn)方法主要是通過(guò)野外實(shí)驗(yàn)、微宇宙或中宇宙實(shí)驗(yàn)收集表象生物特性的數(shù)據(jù)，并根據(jù)研究目的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步加工分析。經(jīng)驗(yàn)方法主要用于殺蟲(chóng)劑登記(pesticide registration)、標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試研究(standard laboratory studies)、水生生物種群效應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)測(cè)量(empirical measurement of population effects-aquatic species)、陸生生物種群效應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)測(cè)量(empirical measurement of population effects-terrestrial species)、陸生野生動(dòng)物種群棲息地污染場(chǎng)地調(diào)查(terrestrial wildlife population inhabiting contaminated sites)和棲息地評(píng)估(habitat evaluation)[11]，其中在污染場(chǎng)地評(píng)估方面的應(yīng)用尤為重要。經(jīng)驗(yàn)方法中收集的生物特性數(shù)據(jù)一方面可以作為暴露指標(biāo)直接用于評(píng)估壓力源的潛在效應(yīng)，另一方面是進(jìn)行參數(shù)化、測(cè)試概念化或種群模型數(shù)學(xué)化用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)回顧或展望。

隨著數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)等學(xué)科的發(fā)展，越來(lái)越多的研究者關(guān)注種群模型預(yù)測(cè)方法的研究，雖然模型預(yù)測(cè)方法受到資源、時(shí)間或其他因素限制，無(wú)法對(duì)種群風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，但是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證或確認(rèn)的生態(tài)模型所做的預(yù)測(cè)結(jié)果已經(jīng)十分可靠。目前，在種群生物學(xué)中已經(jīng)發(fā)展了多種用于種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的建模方法，數(shù)據(jù)和種群模型的結(jié)合被證明在預(yù)測(cè)和評(píng)估化學(xué)污染物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)上非常有用。按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，種群動(dòng)態(tài)模型有多種分類方法。例如，根據(jù)空間異質(zhì)性分為非空間種群模型、半空間種群模型和空間顯示模型[41]；根據(jù)種群結(jié)構(gòu)信息(如年齡、大小和性別等)分為非生物結(jié)構(gòu)化種群模型和生物結(jié)構(gòu)化種群模型。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的模型應(yīng)用于種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，各個(gè)模型相互補(bǔ)充相互嵌套成為種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)新的發(fā)展方向[11,15,42]。圖2根據(jù)模型在構(gòu)建和使用時(shí)所反映的空間尺度和生物組織層次，將種群模型分為非結(jié)構(gòu)化種群模型、生物結(jié)構(gòu)種群模型、個(gè)體模型、集合種群模型和空間顯式模型[11]。

3 種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型(Modeling approaches to population-level ecological risk assessment)

3.1 非結(jié)構(gòu)化模型(Unstructured models)

非結(jié)構(gòu)化模型是種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中最簡(jiǎn)單的形式，在模擬種群動(dòng)態(tài)的過(guò)程中不考慮空間格局和種群結(jié)構(gòu)信息(如年齡、大小和性別等)對(duì)種群動(dòng)態(tài)的影響，假定個(gè)體在環(huán)境里均勻分布且不發(fā)生遷移，個(gè)體之間在生活史和環(huán)境響應(yīng)方面沒(méi)有差異，種群動(dòng)力學(xué)只考慮出生率和死亡率。最早的非結(jié)構(gòu)化種群模型是指數(shù)增長(zhǎng)模型(式1)[43]，該模型假設(shè)種群增長(zhǎng)不受種群密度影響，適用于進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的新物種，或由于環(huán)境變化導(dǎo)致種群迅速增長(zhǎng)。

圖2 種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型分類[11]Fig. 2 Taxonomy of population models for population-level ecological risk assessment[11]

(1)

式中：N為種群數(shù)量，t為時(shí)間，r為種群增長(zhǎng)率。當(dāng)r>0時(shí)，種群增長(zhǎng)；r<0時(shí)，種群減少；r=0時(shí)，種群處于穩(wěn)定狀態(tài)。

大部分情況下，環(huán)境里的資源是有限的，當(dāng)某一種群密度增大時(shí)，每個(gè)個(gè)體分配到的食物數(shù)量必然減少，從而導(dǎo)致種群的出生率降低，死亡率升高。Logistic增長(zhǎng)模型利用種群承載力對(duì)指數(shù)增長(zhǎng)模型進(jìn)行了改進(jìn)(式2)。

(2)

式中：K為種群承載能力。當(dāng)種群數(shù)量較少時(shí)，種群生長(zhǎng)速率接近于最大速率r，種群呈指數(shù)增長(zhǎng)；隨著種群數(shù)量增加，種群增長(zhǎng)速率逐漸降低；當(dāng)種群達(dá)到最大容量K時(shí)，增長(zhǎng)速率為零。當(dāng)種群受到反復(fù)干擾時(shí)，Logistic增長(zhǎng)模型可以表達(dá)成離散的時(shí)間方程。

這類模型需要的數(shù)據(jù)量小，應(yīng)用簡(jiǎn)單，但精確性不高，普遍用于篩選水平的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。Adams等[44]2005年應(yīng)用該方法評(píng)估了農(nóng)田中反復(fù)噴灑農(nóng)藥對(duì)蚜蟲(chóng)的種群影響；Hendriks和Enserink[45]1996年利用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和野外調(diào)查的方法分別評(píng)價(jià)了多氯聯(lián)苯暴露條件下大型溞(Daphnia magna)和鸕鶿(Phalacrocorax carbo)的種群數(shù)量變化；Nakamaru等[21,46]利用實(shí)驗(yàn)室和野外數(shù)據(jù)將非結(jié)構(gòu)化模型應(yīng)用于滴滴涕(DDT)對(duì)銀鷗(Larus argentatus)和雀鷹(Accipiter nisus)的種群影響研究；Barnthouse[47]使用Logistic種群增長(zhǎng)模型比較了農(nóng)藥暴露條件下不同類型水生生物的恢復(fù)率。

3.2 生物結(jié)構(gòu)化模型(Biologically structured models)

由于個(gè)體基因和環(huán)境等因素的影響，種群的個(gè)體之間存在多種結(jié)構(gòu)差異，如年齡、發(fā)育階段、體長(zhǎng)、性別和遺傳信息等，這些差異既影響個(gè)體生命活動(dòng)參數(shù)(如存活率、繁殖率、增長(zhǎng)率、新陳代謝和能量消耗)，也決定著群體行為[11]。生物結(jié)構(gòu)種群模型考慮了種群的生物結(jié)構(gòu)，表達(dá)了不同生命階段對(duì)壓力源的不同響應(yīng)，能夠更準(zhǔn)確地反映物種的特征，比非結(jié)構(gòu)化種群模型具有更高的真實(shí)性和精確性[23]，同時(shí)也需要更多的數(shù)據(jù)和較高的費(fèi)用[11]。目前應(yīng)用最廣泛的生物結(jié)構(gòu)種群模型是Euler-Lotka方程和預(yù)測(cè)矩陣及其變體。

3.2.1 Euler-Lotka方程

在研究污染物對(duì)種群增長(zhǎng)率的影響時(shí)，Euler-Lotka方程是相對(duì)簡(jiǎn)單的方法。Euler-Lotka方程由Lotka等[48]1925年提出，該方法將年齡作為影響生物繁殖力和死亡的唯一參數(shù)，利用生命表參數(shù)對(duì)繁殖力進(jìn)行定量分析，只需通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試或野外調(diào)查獲取種群的年齡結(jié)構(gòu)，不考慮種群密度對(duì)種群增長(zhǎng)率的影響[23]。其最基本的形式可用數(shù)學(xué)方程表示為(式3)：

(3)

式中：x為生物的年齡，n為種群中生物的最大年齡，r為內(nèi)稟增長(zhǎng)率，lx為生物從出生到x歲的存活率；mx為x齡生物繁殖后代的平均數(shù)。由有毒化學(xué)品暴露導(dǎo)致的r值的變化作為慢性毒性指標(biāo)，用作種群效應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的存活量和繁殖量計(jì)算[49]，也可以采用生物量動(dòng)態(tài)模型估算[50]。

由于水蚤等橈足類動(dòng)物為兩性生殖，一般通過(guò)計(jì)算產(chǎn)幼雌體的比率、每個(gè)雌體產(chǎn)下的無(wú)節(jié)幼蟲(chóng)數(shù)量和后代雌體所占的比率的乘積得出繁殖量，因此對(duì)親代種群增長(zhǎng)率的研究需要持續(xù)2個(gè)完整的世代。Breitholtz等[51]在研究麝香類污染物對(duì)美麗猛水蚤(Nitocra spinipes)的種群毒性效應(yīng)時(shí)，對(duì)Euler-Lotka方程進(jìn)行了改進(jìn)，用本世代的個(gè)體存活率、性別比和產(chǎn)幼雌體比率的乘積代替每個(gè)雌體的產(chǎn)雌率，忽略了污染物對(duì)美麗猛水蚤不同世代影響的差別，將實(shí)驗(yàn)周期縮短到24 d；黃瑛[52]在研究三丁基氧化錫對(duì)火腿許水蚤(Schmackeria poplesia)的繁殖毒性效應(yīng)時(shí)，考慮了不同世代的差異，又對(duì)Breitholtz的方法進(jìn)行了修正。

3.2.2 預(yù)測(cè)矩陣

年齡結(jié)構(gòu)或發(fā)育階段結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)矩陣是對(duì)種群生長(zhǎng)率潛力模型(Euler-Lotka方程)的重要擴(kuò)展[25]。最簡(jiǎn)單的矩陣模型是線性的“Leslie矩陣”[53]，它包含的信息與種群潛在增長(zhǎng)率模型相同，但信息以幾何形式或矩陣形式表示。種群豐度隨時(shí)間變化的常見(jiàn)表達(dá)形式為矩陣方程(式4)：

N(t)=LN(t-1)

(4)

式中：N(t)和N(t-1)是向量，包含了每一年齡組生物體的數(shù)量(N 0,…, Nk)；L是矩陣，定義為(式5)：

(5)

式中：Sk為生物從一個(gè)時(shí)間段到另一個(gè)時(shí)間段的存活概率；fk為生物在年齡k時(shí)的平均生育率。

這種結(jié)構(gòu)一般是通過(guò)將種群特征或生命率分配給種群中不同類別的個(gè)體來(lái)反應(yīng)，假定同一個(gè)類別的個(gè)體具有相同的生命率。該方法的困難之處在于如何給不同類別種群分類，以及如何充分反映物種生活史的復(fù)雜性。已有研究對(duì)生物生長(zhǎng)階段的確定提供了參考的方法[54-55]。Kuhn等[56-57]假定化學(xué)物質(zhì)及其他環(huán)境脅迫因子與生物過(guò)程之間不存在相加或協(xié)同作用，用年齡結(jié)構(gòu)投影矩陣模型和28-d毒性測(cè)試分別評(píng)估了20種化學(xué)品對(duì)糠蝦(Americamysis bahia)的毒性效應(yīng)，證明當(dāng)前美國(guó)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)在種群水平上對(duì)糠蝦具有保護(hù)作用。此外，大部分模擬種群行為超過(guò)一代的模型都會(huì)引入密度依賴。Barnthouse等[58]應(yīng)用隨機(jī)、密度依賴的種群模型測(cè)試生活史、捕撈量、死亡率、環(huán)境變化及化合物毒性，預(yù)測(cè)暴露于化合物的魚(yú)類種群反應(yīng)的不確定性。

3.3 個(gè)體模型(Individual-based models, IBM)

種群的健康是個(gè)體健康程度的集體表現(xiàn)，由于個(gè)體之間對(duì)環(huán)境行為和生理反應(yīng)不同，受到隨機(jī)事件影響的可能性也不同，例如，在相似的脅迫條件下，每個(gè)個(gè)體的繁殖能力或死亡的概率具有一定的差異。個(gè)體模型是根據(jù)生物個(gè)體特征，建立設(shè)計(jì)所有水平細(xì)節(jié)的生物個(gè)體模型，通過(guò)方程解析解法，或?qū)Τ砂偕锨€(gè)個(gè)體的活動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，來(lái)推測(cè)種群總體水平的性質(zhì)。IBM模型涵蓋了大量特定的公式用于模擬個(gè)體年齡、大小和性別等，通常考慮多個(gè)生物體停留和交互的特殊情況或環(huán)境，要求從生物個(gè)體級(jí)別信息推測(cè)種群總體響應(yīng)[59]。

建立個(gè)體模型的方法主要有2個(gè)，一個(gè)強(qiáng)調(diào)蒙特卡洛模擬，另一個(gè)強(qiáng)調(diào)方程的解析解法。其中解析解法的結(jié)果更具有普遍性，容易驗(yàn)證和理解[25]。個(gè)體解析模型一般強(qiáng)調(diào)生理特征，如代謝、生長(zhǎng)和化合物毒性代謝動(dòng)力學(xué)。早期IBM方法常用于模擬溞類生長(zhǎng)-繁殖模型[60-61]、魚(yú)類種群管理[62-63]。Kooijman和Metz[60]首次將其運(yùn)用于毒物代謝動(dòng)力學(xué)，通過(guò)研究有毒化合物對(duì)大型溞(Daphnia magna)個(gè)體生長(zhǎng)和繁殖的影響，預(yù)測(cè)種群增長(zhǎng)率。隨著計(jì)算機(jī)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的發(fā)展，研究者根據(jù)自己的需求傾向于多個(gè)模型組合。Hallam等[64]將該方法進(jìn)行拓展，增加了以熱動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的水中污染物攝取模型，并依據(jù)溶解的污染物濃度定義死亡率；Martin等[65]建立了DEB-IBM模型(dynamic energy budget- individual-based models)詳細(xì)地研究水蚤種群變化的機(jī)理機(jī)制；Muller等[66]基于IBM模型結(jié)合生理結(jié)構(gòu)種群模型(physiologically structured population models, PSPMs)，得到種群動(dòng)態(tài)的積分方程。

3.4 空間模型(Spatial models)

生物聚集程度區(qū)分了非結(jié)構(gòu)化模型、生物結(jié)構(gòu)化模型和個(gè)體模型(圖2)，這些模型均假定在均質(zhì)空間條件下進(jìn)行預(yù)測(cè)，沒(méi)有涉及復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)[11]。隨著計(jì)算機(jī)和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展，研究者對(duì)生物隨機(jī)遷移、食物鏈和污染物暴露的空間異質(zhì)性有更多的關(guān)注和預(yù)測(cè)方法[25]。應(yīng)用較為成熟的兩類空間模型為集合種群模型(metapopulation models)和空間顯示模型(spatially explicit models, SEMs)。

3.4.1 集合種群模型

集合種群是由空間上彼此隔離，而在功能上又相互聯(lián)系的2個(gè)或2個(gè)以上的亞種群組成的種群斑塊系統(tǒng)[67]。集合種群模型通過(guò)反映種群亞單位的空間布局和環(huán)境，增強(qiáng)了模型的生態(tài)真實(shí)性，有利于闡明空間變化的化學(xué)暴露對(duì)棲息于空間異質(zhì)化環(huán)境中種群的影響，包括斑塊的大小、距離和密度，種群在斑塊間的遷移速率和遷移形式，以及種群在斑塊內(nèi)的滅絕速率[11]。常見(jiàn)的集合種群模型有Levins模型(Levins models)、晶格模型(lattice models)、關(guān)聯(lián)函數(shù)模型(the incidence function model)和源-匯動(dòng)態(tài)模型(source-sink dynamics models)，其中Levins模型是最早的集合種群模型，建立了給定時(shí)間內(nèi)某一物種占據(jù)棲息地百分比、占據(jù)生活區(qū)后的消失速率及繁殖速率之間的關(guān)系[68-69](式6)：

dP/dt = cP(1-P)-eP

(6)

式中：P為某一物種生活的斑塊占總棲息地的百分比，c為種群在生活區(qū)的繁殖速率，e為種群在生活區(qū)的消失速率，t為連續(xù)時(shí)間。

該模型假設(shè)環(huán)境中的大量離散斑塊之間通過(guò)物種遷移互相聯(lián)系，忽略了斑塊之間的差異性，如大小、棲息適宜性和斑塊間距。平衡狀態(tài)下，物種所在斑塊占的比例為(式7)：

P= 1-(e/c)

(7)

因此，只要種群在斑塊內(nèi)的繁殖速率大于滅絕速率(e/c<1)，亞種群就會(huì)一直存在。

Levins模型考慮的基本過(guò)程與變量都是保護(hù)生物學(xué)中的基本問(wèn)題，然而對(duì)于真實(shí)的種群管理來(lái)說(shuō)過(guò)于簡(jiǎn)單而無(wú)法應(yīng)用。Spromberg等[70]在式(7)的基礎(chǔ)上，建立了一般性的集合種群模型，研究了某一個(gè)斑塊被持久性有毒污染物和可降解有機(jī)物污染后，生活區(qū)的空間排列與連通對(duì)集合種群的影響。Chaumot等[71-72]擴(kuò)展了Leslie矩陣法，用集合種群模型研究了河道網(wǎng)絡(luò)中鎘排放(建立鎘排放位置與濃度的函數(shù))對(duì)具有一定空間分布的褐鱒(Salmo trutta)種群的影響，計(jì)算不同暴露條件下褐鱒的種群生長(zhǎng)率、年齡結(jié)構(gòu)與空間分布，發(fā)現(xiàn)盡管排放到不同河流層次中的鎘對(duì)種群增長(zhǎng)率具有相同的毒性效應(yīng)，仍然會(huì)影響褐鱒種群的空間分布。

3.4.2 空間顯式模型

空間顯示模型需要研究者將理論與個(gè)體生物覓食行為和繁殖結(jié)合在一起，將其與特定可測(cè)量的棲息地特征關(guān)聯(lián)，推測(cè)棲息地變化對(duì)種群的影響，強(qiáng)調(diào)生態(tài)真實(shí)性和預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。生物體分布在真實(shí)的區(qū)域中，這些區(qū)域由不同類型的棲息生活區(qū)構(gòu)成，且適合于研究物種生存。與集合種群模型相比，SEMs能更好地描述實(shí)際種群動(dòng)態(tài)。由于考慮了景觀生境類型、數(shù)量、質(zhì)量和排列等特征以及環(huán)境壓力源的空間分布，模型匯總大量的參數(shù)需要經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證[73]。隨著計(jì)算機(jī)和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)發(fā)展，空間顯式模型得到了較大的發(fā)展和應(yīng)用。在有害廢棄物站點(diǎn)管理方面，Linkov等[74]研究了比目魚(yú)暴露在疏浚材料棄置地點(diǎn)的空間顯示建模，研究將暴露模型與生物結(jié)構(gòu)或基于個(gè)體的模型、種群動(dòng)態(tài)公式相結(jié)合，以描述危險(xiǎn)廢物場(chǎng)址污染物空間分布不均的情況下的原地沉積物對(duì)比目魚(yú)種群水平影響。

3.5 動(dòng)態(tài)能量預(yù)算(Dynamic energy budget, DEB)

動(dòng)態(tài)能量預(yù)算為應(yīng)用較多的生物能量學(xué)模型，其理論基礎(chǔ)為在生物全生命過(guò)程中，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)保持動(dòng)態(tài)平衡，生物從外界獲取的物質(zhì)和能量通過(guò)同化作用貯存在體內(nèi)，并用于自身的維持、生長(zhǎng)和繁殖。Kooijman等[75-77]發(fā)展了基于k規(guī)則的動(dòng)態(tài)能力核算模型(k-rule DEB model)，提出能量比例k分配給維持和生長(zhǎng)，剩余能量(1-k)用于發(fā)育和繁殖。為了實(shí)現(xiàn)生命的優(yōu)化，生物通過(guò)改變自身維持、生長(zhǎng)和繁殖過(guò)程的能量配比來(lái)應(yīng)對(duì)外界環(huán)境脅迫[65,78]。DEB不僅將生物體的生理特征與種群生長(zhǎng)率和年齡分布聯(lián)系在一起，同時(shí)，也將暴露濃度和有毒化學(xué)品作用模型與個(gè)體生理特征聯(lián)系在一起[79]。因此，DEB可用于個(gè)體模型參數(shù)推導(dǎo)，也可以作為一個(gè)嵌入模型，用于預(yù)測(cè)其他模型涉及的特征參數(shù)，如Rose和Cowan[63]以代謝、生長(zhǎng)、覓食行為及獵物選擇等參數(shù)建立了魚(yú)類生命階段和年齡的方程，其中關(guān)于魚(yú)類個(gè)體的生物能學(xué)、繁殖及覓食行為等詳細(xì)模型均需要通過(guò)DEB相關(guān)模型方法來(lái)進(jìn)行模擬校正。DEB模型主要應(yīng)用于棲息在相似的環(huán)境中、生活周期相對(duì)簡(jiǎn)單的水生生物，在實(shí)驗(yàn)室和野外實(shí)驗(yàn)均得到了應(yīng)用。Klanjscek等[80]將DEB模型應(yīng)用于細(xì)菌種群研究，Chizinski等[69]報(bào)道了模式生物斑馬魚(yú)和黑頭軟口鰷的生物能量學(xué)模型。目前利用能量分配理論進(jìn)行種群外推的實(shí)例研究主要集中在溞類[68]、糖蝦[81]、搖蚊[82]和魚(yú)盤(pán)螺[73]等生命周期較短、易繁殖的水生無(wú)脊椎動(dòng)物。

4 種群水平風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用(Application of population-level ecological risk assessment in environmental risk management)

環(huán)境管理的最終目的是保持生態(tài)系統(tǒng)功能的完整性、穩(wěn)定性和持久性。種群水平風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法為各國(guó)環(huán)境管理制定相關(guān)法律法規(guī)、提升生態(tài)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性、以及為管理制度提供必要信息用于支持實(shí)用的、和諧的和易實(shí)施的管理決定提供了很多有力的參考依據(jù)，廣泛用于新產(chǎn)品生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、控制性危險(xiǎn)廢物的管理、不受控危險(xiǎn)廢物的豁免、生物監(jiān)測(cè)、資源管理戰(zhàn)略合作、資源分配風(fēng)險(xiǎn)分析比較、非化學(xué)壓力源管理和資源管理保護(hù)等。早在20世紀(jì)40年代，發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行種群水平的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究(表1)。美國(guó)環(huán)保局分別在1993年[83]和1998年[37]的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指南中將種群風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)列為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法之一，2003年將以保護(hù)食魚(yú)性水鳥(niǎo)種群為目標(biāo)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的修訂列入了研究計(jì)劃。日本在最近幾年也展開(kāi)了種群水平風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究[84]。

美國(guó)環(huán)保局認(rèn)為種群水平的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可以提供比特殊化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)熵更直觀的風(fēng)險(xiǎn)管理決策，國(guó)家1號(hào)超級(jí)基金將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降低到可以恢復(fù)或維護(hù)本地生物種群和群落健康的水平作為環(huán)境管理的參考依據(jù)。1993年美國(guó)環(huán)保局使用投影矩陣種群模型評(píng)估了受《有毒物質(zhì)控制法》控制的氯化石臘對(duì)虹鱒魚(yú)種群大小的影響[83]；1994年美國(guó)環(huán)保局模擬評(píng)估了一項(xiàng)水壩和水庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，認(rèn)為該項(xiàng)目可能導(dǎo)致具有特殊價(jià)值的鳥(niǎo)類種群滅絕，因此根據(jù)《清潔水法》第404條否決了該項(xiàng)目的建設(shè)許可證[85]。加拿大的風(fēng)險(xiǎn)管理一般也側(cè)重于保護(hù)生物種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)[86]。加拿大不列顛哥倫比亞省的水、土壤和空氣保護(hù)部預(yù)計(jì)，在污染場(chǎng)地項(xiàng)目管轄范圍內(nèi)，1%的污染場(chǎng)地需要進(jìn)行三級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，該評(píng)估是一個(gè)詳細(xì)的定量評(píng)估(主要是考慮種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估)，涉及多種不相關(guān)的化學(xué)品脅迫、多種棲息地和地形，以及廣泛的地理區(qū)域。歐盟在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)指南[87]中將野生動(dòng)物種群水平風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估納入不同級(jí)別生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架，特別提出殺蟲(chóng)劑的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估重點(diǎn)是保護(hù)大部分非靶生物，這在大多數(shù)情況下涉及到種群水平的影響。日本為了防止對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的不利影響，已修訂或制定了相關(guān)國(guó)家法律、政策、條例或指示。日本在種群層面進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的第一個(gè)案例是化學(xué)物質(zhì)管理，提出了壬基酚、共面多氯聯(lián)苯和三丁基錫風(fēng)險(xiǎn)管理在種群水平的層面決策，建議種群增長(zhǎng)率作為種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)終點(diǎn)[84]。

5 展望(Expectation)

從種群角度來(lái)看，生物個(gè)體的死亡或損傷是沒(méi)有意義的，因?yàn)槎鄶?shù)生物個(gè)體只有很短的生命周期，僅很少部分能達(dá)到最大壽命，具有完整的生命周期。人們普遍認(rèn)為種群的干擾與不穩(wěn)定是正常的，而實(shí)驗(yàn)室中所觀察到的穩(wěn)態(tài)情況都不符合實(shí)際情況。正如自然界許多生物種群都因遭受頻繁、極端的環(huán)境變異(如火山爆發(fā)、森林火災(zāi)和大規(guī)模環(huán)境污染)而大量死亡。因此，單純的毒性測(cè)試無(wú)法預(yù)測(cè)種群水平的反應(yīng)，利用種群數(shù)學(xué)模型將生物個(gè)體水平實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與種群反映水平相關(guān)聯(lián)，是今后的重點(diǎn)研究方向。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理的本質(zhì)在于增強(qiáng)個(gè)體數(shù)量的保護(hù)，但除了瀕臨滅絕的個(gè)體，沒(méi)有必要保護(hù)每個(gè)個(gè)體的數(shù)量。風(fēng)險(xiǎn)管理者應(yīng)著重從技術(shù)層面考慮種群水平風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，并在管理層面上以種群水平風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究結(jié)果作為風(fēng)險(xiǎn)管理的重要參考依據(jù)。

種群生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要以種群模型為基礎(chǔ)，而模型的建立需要經(jīng)過(guò)收集大量種群水平的野外數(shù)據(jù)、選擇合適的模型以及估計(jì)參數(shù)等一系列過(guò)程，這一過(guò)程復(fù)雜且不確定性因素較多，限制了其在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)需要進(jìn)一步在技術(shù)層面上開(kāi)展以下研究：

(1)研究種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)終點(diǎn)對(duì)種群風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)評(píng)估的指示效果，篩選出高穩(wěn)定、易測(cè)量的評(píng)價(jià)終點(diǎn)；

(2)根據(jù)實(shí)例研究和模型預(yù)測(cè)的需要，加大物種特征參數(shù)的預(yù)測(cè)，將密度依賴、遺傳變異和空間結(jié)構(gòu)等種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中可考慮的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題加入到評(píng)價(jià)方法中，增加生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的真實(shí)性和可靠性；

(3)充分考慮模型構(gòu)建的不確定性和實(shí)際應(yīng)用的驗(yàn)證。

種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)建立統(tǒng)一規(guī)范的指導(dǎo)文件，不僅能進(jìn)一步促進(jìn)種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究和實(shí)例應(yīng)用，還將為風(fēng)險(xiǎn)管理決策中考慮種群水平的風(fēng)險(xiǎn)提供有力的支持。將種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)服務(wù)于管理決策層面，需要進(jìn)一步確定評(píng)價(jià)方法的適用性、風(fēng)險(xiǎn)值的可接受性，豐富相關(guān)特定物種的種群參數(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提高風(fēng)險(xiǎn)值的關(guān)聯(lián)，以保證和維持特定動(dòng)植物的足夠生存數(shù)量。此外，增強(qiáng)淡水生態(tài)系統(tǒng)中種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的應(yīng)用，增加種群水平風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的專業(yè)培訓(xùn)和指導(dǎo)是管理層面上關(guān)注的重點(diǎn)。隨著越來(lái)越多的風(fēng)險(xiǎn)管理者對(duì)種群水平風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法和結(jié)果的認(rèn)可，環(huán)境管理決策中體現(xiàn)出種群水平生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)作為參考依據(jù)的文件越來(lái)越被人們所接受。因此，需要一個(gè)有效的轉(zhuǎn)換方法或指示，將這些效應(yīng)意義轉(zhuǎn)化為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，從個(gè)體生存、生長(zhǎng)和繁殖，引申到種群的影響，用個(gè)體水平的效應(yīng)去預(yù)測(cè)種群響應(yīng)。