生態(tài)毒理學

趙娜

隨著人類文明的發(fā)展，科學技術日益進步，人類對地球資源的開發(fā)利用越來越導致眾多環(huán)境問題的出現(xiàn)，氣候變暖，生態(tài)破壞，以及土地、水和大氣污染等。二十年前，隨著生態(tài)環(huán)境問題的日益突出，產(chǎn)生了一門新興學科，那就是生態(tài)毒理學。生態(tài)毒理學用多學科理論包括生理、生態(tài)、化學、醫(yī)學、毒理學和數(shù)學等來解釋自然界中污染物的暴露風險。因此，生態(tài)毒理學不僅是一門科學，而且是環(huán)境基準推導和標準制定以及污染防治中應用性很強的工具，已成為上世紀九十年代至今最有生命力的新興學科之一。

周啟星，1963年5月23日出生于浙江，現(xiàn)任南開大學環(huán)境科學與工程學院院長，教授，博士生導師。他在環(huán)境學科領域孜孜不倦、忘我工作，建樹頗豐。作為我國環(huán)境學科的“領頭羊”之一，周啟星教授始終站在環(huán)境學科的制高點和學術前沿，提出了一個又一個科學問題，解決了一個又一個技術難題，尤其對陸生生態(tài)毒理學有著深邃獨特的造詣，不僅大大豐富了生態(tài)毒理學的理論，更為我國的環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展做出了突出貢獻。

生態(tài)毒理學是研究外源化學、物理和生物因素對生物體和環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的損害效應及其機理，以及預防、救治或改善措施的綜合性學科，是環(huán)境基準研究和環(huán)境標準制定與修訂的基礎，是實施污染控制的工具。因此，它實際上是“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略的一種技術支撐。幾乎所有在1980年代歐美各國出臺的環(huán)境標準與管理方法中都需要生態(tài)毒理技術，如土壤質(zhì)量標準的制定與修訂，水質(zhì)標準的制定與修訂，化學品和排放物的安全性評價，產(chǎn)品生物降解能力測試，生物技術產(chǎn)品的管理，污染治理與修復的效果評估等，都需要生態(tài)毒理學參與并起著關鍵的技術支撐作用。當前，面對日益嚴重的環(huán)境復合污染的健康風險評估、新物質(zhì)與新型材料(如納米材料)以及轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品等的生物安全性與生態(tài)風險、中醫(yī)藥產(chǎn)品毒性評估等新問題時，毫無例外地需要生態(tài)毒理學知識和技術作為支撐。因此，有必要做好生態(tài)毒理學學科發(fā)展與建設的頂層設計，給予生態(tài)毒理學學科及其應用更準確的定位。

周啟星教授對生態(tài)毒理學理論的最大貢獻，是他總結(jié)、歸納并提出了生態(tài)毒理學的五大基本原理：1、環(huán)境毒物的劑量一效應關系原理；2、環(huán)境毒物的結(jié)構(gòu)一活性相關原理；3、毒理作用的多層次效應原理；4、毒理生態(tài)動力學原理5、環(huán)境毒物的生態(tài)適應性原理。這五大基本原理的提出，對于深化生態(tài)毒理學研究以及在環(huán)境保護領域的多層次應用，產(chǎn)生了積極而廣泛的學術影響。他還豐富和發(fā)展了生態(tài)毒理學的學科體系，指出：生態(tài)毒理學的基本分支學科是理論生態(tài)毒理學、實驗生態(tài)毒理學和應用生態(tài)毒理學，理論生態(tài)毒理學涉及大氣生態(tài)毒理學、水生生態(tài)毒理學、陸生生態(tài)毒理學，植物生態(tài)毒理學、動物生態(tài)毒理學、微生物生態(tài)毒理學、分子生態(tài)毒理學等則歸屬實驗生態(tài)毒理學，工業(yè)生態(tài)毒理學、農(nóng)業(yè)生態(tài)毒理學、礦區(qū)生態(tài)毒理學、城鎮(zhèn)生態(tài)毒理學以及軍事生態(tài)毒理學等應該屬于應用生態(tài)毒理學的組成范疇。

他對陸生生態(tài)毒理學有著系統(tǒng)而高深的研究，并取得了多項具有明顯創(chuàng)新意義的成果。首先是，他通過大量實驗研究，闡明并揭示了復合污染生態(tài)效應與污染物之間的復雜關系：復合污染生態(tài)效應不僅僅只與污染物或污染元素本身的化學性質(zhì)有關，更為重要的是，取決于其存在的水平及其濃度組合關系；與生物種類或生態(tài)系統(tǒng)類型有關；還與作用的生物部位有關。他首次提出并證實了復合污染生態(tài)效應是矢量而不是標量，復合污染生態(tài)效應賦予了作用的方向和反應的模式。他對復合污染有著深刻的理解，指出：復合污染的基本內(nèi)涵：1、一種以上的污染物同時或先后進入同一環(huán)境介質(zhì)或生態(tài)系統(tǒng)同一分室2、污染物之間、污染物與生物體之間發(fā)生交互作用；3、經(jīng)歷化學、物理化學過程、生理生化過程和生物體發(fā)生中毒過程或解毒適應過程等三個階段4、產(chǎn)生抑制、促進或獨立效應。特別是他通過實驗修正了教科書中一直沿用的“協(xié)同作用”和“拮抗作用”原有定義中不完整甚至錯誤的提法，認為當總效應大于單獨作用時效應總和，常常出現(xiàn)多種反應模式，至少包括正向促進／逆向促進、正向促進／逆向抑制、正向抑制／逆向促進等三大類作用情形，其中，只有正／逆促進可謂嚴格意義上的“協(xié)同作用”；同樣，盡管總效應小于單獨作用時效應總和，通常也出現(xiàn)3種反應模式，其中只有1種作用情形可謂嚴格的“拮抗作用”。他還在實驗基礎上歸納出“互作態(tài)”的新概念并賦予定量化內(nèi)涵與定義；發(fā)現(xiàn)復合污染生態(tài)效應不僅存在“危害延時”現(xiàn)象，而且存在“危害增時”作用，即復合污染可導致某些污染物對生態(tài)系統(tǒng)的作用、危害時間延長。

周啟星教授還把生態(tài)毒理學原理和研究成果運用到土壤環(huán)境質(zhì)量基準的研究中。早在1987年，他就提出了一整套土壤環(huán)境質(zhì)量基準研究與推導的方法，包括：生物生態(tài)效應方法、土壤環(huán)境背景值方法和食品衛(wèi)生標準反推法。他用了整整四年時間，在基于土壤環(huán)境背景值研究成果基礎上，在考慮作物生態(tài)效應后，提出了中國土壤鎘、汞、鉛、砷和鋅等重金屬的環(huán)境質(zhì)量基準值，為我國土壤環(huán)境質(zhì)量標準(GBl5618-1995)的建立、制定和頒布提供了科學依據(jù)，并做了大量實際工作。為了使獲得的土壤環(huán)境基準更為反映環(huán)境污染實際，還開展了農(nóng)業(yè)環(huán)境復合污染條件下相關的土壤質(zhì)量基準研究，推導、提出了復合污染條件下重金屬污染物、典型有機污染物的土壤環(huán)境質(zhì)量基準值。近年來，周啟星教授還對我國農(nóng)業(yè)土壤中新型農(nóng)藥、抗生素和多溴聯(lián)苯醚等典型新型有機污染物的環(huán)境質(zhì)量基準進行了大量實驗研究，掌握了第一手資料。

鑒于我國土壤重金屬和有機污染日益嚴重以及場地污染大量存在的情況下，周啟星教授在我國率先提出并開展了污染土壤修復基準的系統(tǒng)研究，并成為我國這一研究領域的開拓者。2003年以來，他在我國首次提出了開展污染土壤修復標準建立的方法體系研究的設想。他多次呼吁在我國建立污染土壤修復標準，以填補我國這一領域的空白。特別是，他再次運用生態(tài)毒理學原理和研究成果，推導、提出了我國污染土壤中一些典型污染物的修復基準的建議。為我國今后建立污染土壤修復標準打下了堅實基礎。

至今，周啟星教授成功組織了多次與生態(tài)毒理學及其應用相關的國際、國內(nèi)學術會議，包括首屆污染生態(tài)化學與生態(tài)過程國際會議、第二屆污染生態(tài)學國際會議、首屆土壤環(huán)境基準國際研討會、多次全國污染生態(tài)學大會以及中國科學院污染環(huán)境修復基準研究學術研討會等學術會議。還作為執(zhí)行主席之一，成功組織了“污染土壤修復與生態(tài)安全”第212次香山科學會議。特別是，作為主要建議人，他還提出了“東北老工業(yè)基地環(huán)境污染形成機理與生態(tài)修復”和“環(huán)渤海地區(qū)復合污染、生態(tài)退化及其控制原理”的973項目建議，并得到認可和有關方面批準，這對于我國這兩個經(jīng)濟與社會發(fā)展最為關鍵地區(qū)的生態(tài)安全具有重要的現(xiàn)實意義。

目前，我國的生態(tài)毒理學研究在一定程度上還存在小而全、重復分散、交叉重疊、各行其是、社會資源浪費的被動局面，我國的污染土壤修復的標準及其相關的政策制度還是個空白；相反，發(fā)達國家都有完備的土壤環(huán)境質(zhì)量標準和污染土壤修復標準。為此，周啟星教授希望政府能夠盡快重視起來，不僅應該加大宣傳力度，而且要開展系統(tǒng)的研究，以縮小、打破與國外的差距。他認為，只有這樣，我國在污染土壤修復基準研究與相關標準的制定和執(zhí)行才能有所作為。他呼吁應繼續(xù)加大對生態(tài)毒理學研究的投入，同時要拓寬科研投入渠道，建立國家生態(tài)毒理學產(chǎn)學研產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，使更多的企業(yè)和民間資本能支持生態(tài)毒理學研究和技術平臺等的建設，讓更多的基礎數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)化為環(huán)境基準／標準和政策。

吾生雖有涯，科研無止境。在生態(tài)毒理學的研究領域，周啟星還有很漫長的路要走。我們欣喜地看到，近年來，國家發(fā)布了一個關于水質(zhì)基準研究的“973”項目，這表明我國已經(jīng)開始重視這個問題。我們相信，在未來的科研道路上，周啟星教授會繼往開來，更創(chuàng)輝煌。