简 讯 大 米 中 的 砷 会 抑 制 微 量 元 素 的 吸 收 研 究 发 现 : 谷 类 植 物 摄 取 了 砷 元 素 后 会 抑 制 本 身 微 量 元 素 ( 例 如, 硒 ) 的 含 量 水 平 而 硒 对 人 体 来 说 是 一 种 非 常 重 要 的 微 量 元 素, 因 为 硒 能 帮 助 人 体 去 除 有 害 金 属 砷 这 个 发 现 对 以 大 米 为 主 食 的 亚 洲 人 来 说 无 疑 是 一 个 坏 消 息 另 一 篇 研 究 论 文 称 : 可 以 培 养 一 种 抵 制 砷 吸 收 的 谷 粒 种 子, 来 降 低 大 米 中 的 砷 含 量 砷 是 一 级 致 癌 物 质, 没 有 安 全 剂 量 可 言 砷 暴 露 将 会 对 全 世 界 数 以 万 计 的 人 群 产 生 影 响, 长 期 砷 暴 露 将 会 导 致 皮 肤 癌 和 膀 胱 癌 虽 然 大 部 分 的 研 究 者 们 尚 在 专 注 于 水 井 中 砷 含 量, 但 是 最 新 发 现 表 明 食 物 中 的 砷 是 人 体 暴 露 的 一 个 重 要 来 源 大 米 中 砷 的 含 量 水 平 一 般 在 100~500μg/kg, 而 亚 洲 人 每 天 至 少 食 用 200g 大 米 每 天 人 体 的 砷 摄 入 量 一 般 处 于 或 高 于 世 界 卫 生 组 织 规 定 的 限 值 (10μg/kg) 这 个 限 值 是 在 假 定 每 天 摄 入 2 000g 饮 用 水 的 前 提 下 规 定 的 Andy Meharg 是 英 国 阿 伯 丁 大 学 的 一 名 生 物 地 理 化 学 家, 也 是 新 闻 报 社 的 兼 职 作 家 他 说 : 在 缺 氧 以 及 干 旱 的 条 件 下, 植 物 会 稳 定 地 吸 收 土 壤 中 的 砷 Andy 和 他 的 研 究 小 组 从 孟 加 拉 国 的 3 个 区 域 采 集 了 230 个 土 壤 和 植 物 样 品, 分 析 了 样 品 中 砷 和 微 量 营 养 元 素 ( 例 如 硒 锌 和 镍 ) 在 孟 加 拉 国, 井 水 中 砷 含 量 很 高, 而 且 同 时 用 于 土 地 的 浇 灌 和 饮 用 分 析 结 果 发 现, 虽 然 谷 物 中 砷 含 量 水 平 与 土 壤 和 水 中 的 含 量 水 平 相 匹 配, 但 是 那 些 微 量 营 养 元 素 却 不 能 正 确 反 映 外 部 环 境 的 含 量 水 平 科 学 家 们 第 1 次 证 明 了 : 如 果 大 米 中 的 砷 含 量 很 高, 那 么 其 他 微 量 元 素 ( 例 如 硒, 锌 和 镍 等 ) 就 会 显 著 降 低 对 于 人 体 来 说, 硒 的 作 用 非 常 明 显, 它 能 增 强 排 毒 功 能, 即 帮 助 人 体 去 除 砷 Scott Fendorf 说 他 是 斯 坦 佛 大 学 的 一 名 土 壤 生 物 地 理 化 学 家 因 此, 如 果 砷 真 的 会 抑 制 硒 元 素 的 话, 那 么 砷 就 像 是 一 把 双 刃 剑 Yong-Guan Zhu 是 中 科 院 环 境 生 物 学 家, 同 时 是 论 文 的 合 作 作 者 他 说 : 有 一 种 解 决 办 法 就 是 培 育 抗 砷 的 大 米 品 种 他 和 他 的 同 事 分 析 了 13 种 采 自 孟 加 拉 国 印 度 和 中 国 的 大 米 样 品 他 们 发 现 在 不 同 的 谷 物 品 种 中 砷 含 量 水 平 相 差 14 倍 这 就 意 味 着 去 培 育 一 种 高 产 量 的 大 米 品 种, 能 选 择 性 地 吸 收 有 益 的 微 量 营 养 元 素 是 有 可 能 的 谷 物 中 砷 含 量 水 平 的 不 同 源 于 地 域 性 的 差 异, 因 此 低 砷 大 米 品 种 的 培 育 需 要 与 当 地 的 土 壤 类 型 相 匹 配 由 于 缺 乏 检 测 土 壤 中 砷 挥 发 的 方 法, 因 此 砷 的 地 质 化 学 性 质 和 迁 移 性 质 至 今 还 是 一 个 谜 用 硝 酸 银 的 填 充 物 注 入 硅 胶 柱 子 作 为 前 处 理 柱, 用 色 谱 法 进 行 分 析 Meharg 和 他 的 团 队 发 现 : 孟 加 拉 国 水 稻 土 经 过 3 周 的 培 育 后, 土 壤 中 的 砷 通 过 挥 发 途 径 去 除 了 0.01% Fendorf 说 : 该 发 现 就 能 帮 助 我 们 决 定 砷 挥 发 是 否 是 计 算 全 球 砷 总 量 的 重 要 组 成 部 分 在 对 大 米 中 的 砷 进 行 相 关 研 究 的 同 时, 政 府 也 准 备 开 始 行 动 中 国 政 府 已 将 大 米 中 无 机 砷 的 含 量 标 准 设 定 为 150μg/L 英 国 也 已 经 限 制 了 4.5 岁 以 下 儿 童 的 米 粉 摄 入 量 欧 洲 食 品 安 全 局 也 正 在 审 核 大 米 中 砷 的 含 量 水 平 李 青 青 译 自 Arsenic in rice: a recipe for nutrient loss. Environmental Science & Technology, 2009,December 1:2004. - 49 -
毒 性 参 考 数 据 库 的 应 用 存 在 隐 忧 马 丁 等 人 最 近 在 环 境 健 康 展 望 上 发 表 了 一 篇 文 章, 旨 在 根 据 美 国 环 境 保 护 署 (EPA) 的 毒 性 参 考 数 据 库 (ToxRefDB) 对 化 学 物 质 的 相 对 毒 性 进 行 分 类 这 个 数 据 库 已 经 被 建 议 作 为 发 展 毒 性 预 测 信 号 和 美 国 EPA ToxCast 研 究 项 目 可 行 性 的 模 型 EPA 的 计 划 促 进 了 对 未 知 活 性 化 学 品 反 应 的 预 测, 避 免 了 不 必 要 的 动 物 试 验, 其 目 标 是 值 得 支 持 的, 但 正 如 马 丁 等 人 所 描 述 的 那 样, 美 国 作 物 生 命 协 会 对 ToxRefDB 的 应 用 和 使 用 仍 然 存 在 下 面 几 个 方 面 的 担 忧 : 美 国 作 物 生 命 协 会 指 出, 首 先,ToxRefDB 并 非 以 风 险 评 估 为 目 的 然 而, 在 文 章 的 表 3( 表 略 ) 中, 根 据 相 对 效 力 分 级 系 统 ( 以 慢 性 毒 性 研 究 的 最 低 剂 量 为 标 尺 ) 以 及 是 否 产 生 多 性 别 / 多 部 位 / 多 物 种 肿 瘤, 作 者 罗 列 了 109 种 化 合 物 清 单 因 此, 表 3 所 列 清 单 实 际 是 以 相 对 毒 性 效 力 为 基 础 的 危 险 性 排 名 系 统 该 系 统 被 一 些 管 理 机 构 用 作 做 出 决 定 ( 例 如, 欧 盟 加 利 福 尼 亚 的 65 号 提 案 ) 的 工 具 因 此 有 可 能, 甚 至 非 常 可 能, 仅 以 相 对 毒 性 排 序 为 基 础 的 表 3 中 的 数 据 将 用 作 政 策 调 整 的 依 据, 但 这 不 属 于 正 式 的 风 险 评 估 进 程 即 使 粗 略 浏 览 表 3 中 所 列 的 化 学 品, 都 可 以 发 现 许 多 已 注 册 的 尚 未 发 现 会 造 成 任 何 不 可 接 受 的 癌 症 风 险 的 食 品 级 杀 虫 剂 因 此, 今 后 更 多 的 关 注 应 放 在 使 用 ToxRefDB 进 行 潜 在 排 名 分 析 其 次 存 在 的 问 题 是, 表 3 所 列 化 学 品 的 某 些 数 据 缺 乏 有 效 的 信 息 例 如, 我 们 核 对 了 表 3 所 列 的 N 条 数 据 的 准 确 性, 显 示 没 有 评 估 ( 没 有 研 究 数 据 可 用 ) 该 条 目 所 列 的 12 种 化 学 品 ( 农 药 ) 显 示 缺 乏 多 物 种 致 癌 性 数 据 在 举 例 6 中 ( 即 唑 菌 胺 酯 敌 敌 畏 甲 草 胺 普 坦 代 森 锰 和 克 螨 特 ) 和 马 丁 等 人 在 表 3 所 列 资 料 相 反, 官 方 文 件 表 明, 可 以 获 得 这 些 化 学 品 的 多 物 种 致 癌 性 研 究 资 料 这 种 矛 盾 包 括 政 府 文 件 所 获 信 息 和 评 估 报 告 数 据, 应 该 将 二 者 罗 列 以 确 保 数 据 的 一 致 性 和 完 整 性 此 次 ToxRefDB 对 现 有 信 息 的 额 外 核 查 尤 其 重 要, 在 文 章 的 摘 要 中 写 道 : ToxRefDB 中 的 数 据 都 是 可 以 访 问 并 且 发 表 的, 在 美 国 ToxCast 毒 理 学 预 测 研 究 项 目 中 作 为 主 要 数 据 来 源 提 供 服 务 任 何 采 用 不 完 整 的 数 据 库 进 行 验 证 工 作, 都 是 存 在 问 题 的 第 3, 我 们 希 望 在 分 析 癌 症 数 据 库 时 ( 包 括 将 非 肿 瘤 增 殖 损 伤 和 肿 瘤 发 生 前 的 损 伤 / 非 肿 瘤 损 伤 分 组 ) 有 更 大 的 透 明 度 由 于 这 种 非 肿 瘤 增 生 性 病 变 分 组 类 型 不 是 标 准 的 评 价 规 范, 美 国 作 物 生 命 协 会 希 望 未 来 ToxRefDB 采 用 最 低 剂 量 评 分 系 统 来 解 释 专 门 术 语 非 肿 瘤 增 生 性 病 变 特 殊 具 体 术 语 和 关 键 事 件 的 识 别 在 今 后 发 行 的 出 版 物 中 将 更 加 透 明 化 马 丁 等 人 在 文 章 的 结 果 章 节 中 声 明, 他 们 用 自 己 的 方 法 来 增 加 一 致 性, 反 过 来, 这 可 能 增 加 统 计 分 析 的 相 对 分 量 然 而, 众 所 周 知, 增 生 性 病 变 并 不 一 定 发 展 为 肿 瘤 通 过 对 非 肿 瘤 性 病 变 进 行 分 组, 马 丁 等 人 可 能 增 加 物 种 的 一 致 性 和 统 计 的 权 重, 但 可 能 没 有 充 分 考 虑 生 物 学 的 合 理 性 和 / 或 分 组 的 逻 辑 性 此 外, 有 人 对 这 个 由 马 丁 等 提 出 的 有 争 议 的 应 用 提 出 了 质 疑 最 后, 我 们 关 注 一 下 体 内 试 验 结 果 的 落 实 情 况, 马 丁 等 将 体 内 和 体 外 试 验 结 果 进 行 了 比 较 作 者 没 有 讨 论 有 关 化 学 活 性 和 解 毒 的 问 题 化 学 品 的 毒 性 直 接 决 定 于 其 新 陈 代 谢 情 况, 这 是 毒 物 学 的 一 般 原 则 代 谢 途 径 存 在 于 整 个 动 物 体 内, 而 不 是 孤 立 的 细 胞 因 此, 药 物 动 力 学 和 新 陈 代 谢 是 任 何 化 学 品 毒 性 数 据 的 重 要 组 成 部 分 刘 芳 译 自 Concerns of CropLife America Regarding the Application and Use of the U.S. EPA s Toxicity Reference Database. Environmental Health Perspectives, 2009, October 10: A432. - 50 -
消 毒 副 产 物 暴 露 的 最 佳 生 物 标 记 物 当 我 们 饮 用 含 氯 的 水 或 者 用 之 洗 澡 时, 我 们 可 能 会 暴 露 于 消 毒 副 产 物 (DBPs), 它 由 水 中 的 有 机 质 与 含 氯 的 或 者 其 它 水 处 理 物 质 反 应 生 成 一 些 人 类 流 行 病 学 研 究 发 现, 高 浓 度 DBPs 暴 露 与 癌 症 和 生 殖 效 应 等 风 险 的 增 加 相 关 但 是 科 学 家 很 难 充 分 评 估 DBPs 引 起 的 疾 病, 这 是 因 为 测 定 DBPs 暴 露 的 方 法 非 常 不 准 确 许 多 流 行 病 学 研 究 中 使 用 水 中 三 卤 甲 烷 (THMs,DBP 中 的 一 种 物 质 ) 的 浓 度 作 为 代 表 来 估 计 DBPs 暴 露 张 卫 平 和 其 同 事 研 究 发 现 : 尿 和 血 液 中 的 另 一 种 DBP 物 质 三 氯 乙 酸 (TCAA) 是 摄 入 DBPs 和 其 他 非 挥 发 性 DBP 物 质 的 更 可 靠 更 有 效 的 生 物 标 记 物 在 研 究 中 使 用 供 水 中 T H M 浓 度 是 非 常 方 便 的, 这 是 因 为 许 多 市 政 府 已 经 在 追 踪 供 水 中 THM 的 浓 度 但 是 单 个 DBP 物 质 的 表 征 也 是 必 需 的 张 说 科 学 家 已 经 通 过 测 定 呼 吸 气 体 中 的 THMs 识 别 出 生 物 标 记 物, 但 是 THMs 在 体 内 的 存 在 时 间 非 常 短 另 一 方 面,TCAA 能 在 体 内 存 在 几 天, 允 许 更 长 的 时 间 来 测 定 暴 露 然 而, 她 进 一 步 补 充 到, 仅 仅 知 道 供 水 中 DBP 浓 度 是 不 够 的, 必 需 知 道 每 个 人 的 耗 水 量 张 设 计 了 一 个 严 密 的 控 制 试 验, 研 究 者 提 供 一 定 浓 度 的 TCAA 给 46 个 参 与 者, 每 天 3L 水, 共 15 天 参 与 者 也 可 以 饮 用 其 它 饮 料, 但 是 当 他 们 饮 用 水 时, 他 们 必 须 饮 用 研 究 者 提 供 的 水 ( 对 每 天 饮 用 水 超 过 3L 时, 研 究 者 提 供 额 外 的 不 含 TCAA 的 水 ) 在 研 究 阶 段, 研 究 者 收 集 了 每 个 参 与 者 6 份 尿 样 和 4 份 血 样 参 与 者 记 录 每 天 的 耗 水 量 饮 料 用 量 体 育 活 动 淋 浴 / 泡 澡 时 间 和 含 氯 产 品 的 使 用 情 况 研 究 者 通 过 回 收 用 过 的 瓶 子 和 记 录 剩 余 水 量 来 核 实 每 个 参 与 者 的 耗 水 量 研 究 结 果 表 明 : 与 尿 液 相 比, 血 液 中 TCAA 的 浓 度 是 更 好 的 生 物 标 记 物 但 是 对 大 规 模 的 流 行 病 学 研 究 来 说, 测 量 尿 液 中 的 浓 度 更 实 际, 这 是 因 为 收 集 尿 液 更 容 易 让 参 与 者 接 受, 经 常 从 事 一 线 研 究 的 张 说 从 她 的 研 究 中, 她 得 出 结 论 : 取 2 天 的 尿 液 分 别 测 定, 并 取 平 均 值 比 1 天 的 数 据 更 可 靠, 这 是 因 为 重 复 测 量 更 具 有 统 计 可 靠 性 其 他 研 究 者 认 为 这 些 研 究 向 前 前 进 了 一 大 步 美 国 环 保 局 的 化 学 家 Susan Richardson 说, 该 研 究 有 许 多 优 点, 许 多 参 与 者 提 供 了 统 计 可 靠 性 TCAA 摄 入 精 确 定 量 饮 用 水 中 TCAA 的 浓 度 和 血 液 尿 液 中 的 浓 度 强 烈 相 关 这 些 因 素 强 化 了 她 的 观 点 : 在 流 行 病 学 研 究 中,TCAA 更 适 于 用 作 DBP 暴 露 的 生 物 标 记 物 环 境 和 职 业 健 康 方 面 的 教 授 Clifford Weisel 建 议 : 如 果 结 合 DBP 暴 露 的 其 它 途 径 如 淋 浴 和 沐 浴, 使 用 TCAA 作 为 DBP 暴 露 的 生 物 标 记 物 是 非 常 有 用 的 他 说 : 这 些 研 究 表 明 TCAA 是 挥 发 性 酸 ( 尤 其 是 TCAA) 摄 入 途 径 的 比 较 好 的 生 物 标 记 物, 但 是 对 TCAA 的 测 量 并 没 有 针 对 DBPs 暴 露 的 其 它 途 径, 如 呼 吸 或 皮 肤 吸 收 途 径 T C A A 并 不 是 十 全 十 美 的 生 物 标 记 物 目 前 还 不 知 道 它 能 否 代 表 最 危 险 的 DBPs 物 质 的 摄 入, 如 碘 化 物 和 溴 化 物, 现 已 发 现 它 们 比 氯 化 物 毒 性 更 大 Richardson 说, 需 要 进 行 进 一 步 的 研 究 识 别 那 些 更 毒 化 合 物 的 生 物 标 记 物, 或 者 确 认 TCAA 是 否 能 有 效 地 代 表 任 何 一 种 DBPs 化 合 物 Weisel 指 出, 除 了 饮 用 水, 尿 液 中 的 TCAA 也 许 有 其 它 来 源 : 比 如 一 些 干 洗 溶 剂 一 旦 进 入 体 内, 就 会 代 谢 成 TCAA 因 为 实 验 人 群 很 少 有 机 会 暴 露 于 这 些 溶 剂, 很 难 判 断 它 们 是 否 会 干 扰 Weisel 说 西 班 牙 环 境 流 行 病 学 研 究 中 心 的 研 究 教 授 Mark Nieuwenhuijsen 注 意 到, 暴 露 评 估 方 法 的 选 择 决 定 于 实 验 设 计 比 如, 对 巨 大 种 群 的 研 究, 应 用 水 中 THM 的 浓 度 比 较 合 适, 这 是 因 为 收 集 血 样 或 者 尿 样 太 贵 了, 他 说 对 研 究 主 体 可 得 性 和 时 间 也 是 需 要 考 虑 的 非 常 重 要 的 因 素 虽 然 这 个 领 域 还 需 要 大 量 的 工 作 然 而 学 者 们 将 这 些 发 现 称 为 在 正 确 的 方 向 上 前 进 了 一 大 步 这 些 研 究 非 常 重 要, 因 为 我 们 在 消 毒 副 产 物 方 面 只 有 很 少 的 生 物 标 记 物 Nieuwenhuijsen 说 耿 春 女 译 自 Better Biomarker of DBP Exposure. Environmental Health Perspectives, 2009, November 1: 487~488. - 51 -
贫 营 养 湖 泊 的 生 产 力 K a r l s s o n 等 人 研 究 发 现, 湖 泊 中 的 藻 类 初 级 生 产 力 以 及 底 栖 无 脊 椎 动 物 和 鱼 类 的 生 长 并 不 受 营 养 盐 控 制 其 决 定 因 素 是 光 气 候 (Light climate), 而 光 气 候 则 取 决 于 从 流 域 汇 入 的 溶 解 性 有 机 物 的 量 初 级 生 产 力 是 利 用 基 本 物 质 ( 二 氧 化 碳 水 和 无 机 营 养 盐 ) 和 光 能 合 成 有 机 物 的 速 率, 该 过 程 是 大 部 分 环 境 中 食 物 网 的 基 础 在 水 生 系 统 中, 过 高 的 初 级 生 产 力 ( 即 富 营 养 化, 将 导 致 藻 类 水 华 ) 会 带 来 不 期 的 负 面 影 响, 包 括 底 层 水 体 的 缺 氧 鱼 类 多 样 性 的 损 失 以 及 大 量 藻 毒 素 的 产 生 等 湖 泊 富 营 养 化 的 主 要 成 因 是 氮 磷 的 输 入, 由 于 藻 类 生 长 所 需 的 氮 磷 往 往 供 不 应 求, 因 此 氮 磷 通 常 是 限 制 性 营 养 盐 如 果 向 湖 泊 中 添 加 足 够 的 氮 和 磷, 大 部 分 湖 泊 将 产 生 藻 类 水 华 如 果 削 减 营 养 盐 输 入, 这 些 水 华 现 象 将 得 以 缓 和 在 中 等 到 高 度 营 养 水 平 的 湖 泊 中, 总 磷 和 藻 类 总 生 物 量 之 间 存 在 良 好 的 相 关 性, 藻 类 总 生 物 量 通 常 以 叶 绿 素 a 的 浓 度 表 示, 这 不 是 初 级 生 产 力 的 直 接 测 定 值, 但 具 有 较 好 的 代 表 性 总 磷 和 叶 绿 素 的 相 关 性 源 于 总 磷 通 常 是 基 本 限 制 性 营 养 盐 这 一 事 实 : 大 部 分 可 利 用 的 磷 是 被 藻 类 吸 收 的, 除 非 产 生 其 它 复 杂 情 况, 如 深 层 混 合 或 食 物 网 的 变 迁 总 之, 各 种 方 法 在 各 种 尺 度 上 的 研 究 都 有 力 地 证 实, 营 养 盐 是 富 营 养 化 的 控 制 因 素 但 是, 对 于 原 始 的 贫 营 养 的 湖 泊 而 言 情 况 又 如 何 呢? 一 旦 向 这 类 湖 泊 中 添 加 营 养 盐, 不 仅 初 级 生 产 力 会 提 高, 初 级 生 产 者 和 消 费 者 的 整 体 种 群 也 将 发 生 变 化, 且 这 种 变 化 往 往 是 剧 烈 的 因 此, 营 养 盐 的 增 加 能 刺 激 初 级 生 产 力, 导 致 喜 营 养 盐 物 种 的 优 势 生 长 问 题 在 于 贫 营 养 湖 泊 中 生 物 种 群 的 限 制 因 素 是 什 么? Karlsson 及 其 同 事 的 研 究 认 为, 在 贫 营 养 湖 泊 中, 控 制 初 级 生 产 力 及 底 栖 无 脊 椎 动 物 和 鱼 类 的 次 级 生 产 力 的 主 要 因 素 是 光 气 候, 而 不 是 营 养 盐 此 外, 从 周 边 森 林 流 入 湖 泊 的 高 色 度 溶 解 性 有 机 碳 (CDOM) 是 控 制 光 气 候 的 主 要 因 素 这 些 有 机 物 含 有 丰 富 的 深 褐 色 腐 殖 质, 使 得 湖 水 呈 现 茶 色, 从 而 导 致 有 些 湖 泊 颜 色 很 浅, 有 些 颜 色 则 很 深 一 些 贫 营 养 湖 泊 初 级 生 产 力 的 限 制 因 子 是 来 自 周 边 流 域 的 溶 解 性 有 机 物 的 输 入 量 根 据 对 瑞 典 12 个 湖 泊 不 同 CDOM 和 营 养 盐 巧 妙 的 相 关 性 分 析, 他 们 得 出 了 以 上 结 论 他 们 发 现, 初 级 生 产 力 及 无 脊 椎 动 物 或 鱼 类 的 次 级 生 产 力 都 未 表 现 出 与 营 养 盐 的 正 相 关 性, 但 是 上 述 两 者 都 与 表 面 光 线 进 入 平 均 水 深 的 比 率 相 关, 这 个 比 率 受 CDOM 和 水 深 的 共 同 影 响 Karlsson 等 人 指 出, 许 多 湖 泊 面 积 小, 水 深 浅, 营 养 盐 含 量 低, 除 了 在 湖 底 以 上 的 水 体 中 存 在 浮 游 植 物 生 产 力, 湖 底 的 初 级 生 产 力 也 不 可 忽 视 实 际 上, 与 总 磷 - 叶 绿 素 数 据 库 中 占 据 主 体 的 富 营 养 湖 泊 不 同, 全 球 大 部 分 湖 泊 都 与 本 研 究 中 的 贫 营 养 湖 泊 类 似 此 外, 总 磷 - 叶 绿 素 关 系 只 包 含 了 浮 游 植 物, 而 它 们 仅 存 在 于 表 层 水 体 中 上 述 相 关 性 主 要 出 现 在 富 营 养 湖 泊 中 总 磷 含 量 高 的 湖 泊 对 于 原 始 湖 泊 而 言,CDOM 的 波 动 比 总 磷 的 波 动 更 大 在 没 有 大 规 模 外 源 磷 的 输 入 情 况 下,CDOM 比 总 磷 更 能 解 释 初 级 生 产 力 的 波 动 是 否 可 以 就 此 得 出 这 样 的 结 论, 我 们 不 需 要 担 心 湖 泊 的 营 养 盐 输 入? 答 案 是 否 定 的 如 果 大 量 营 养 盐 进 入 贫 营 养 湖 泊, 与 其 它 富 含 腐 殖 质 的 湖 泊 相 似, 湖 泊 很 可 能 也 会 发 生 藻 类 水 华 这 项 研 究 的 确 表 明, 人 类 活 动 和 气 候 因 素 影 响 了 全 球 许 多 湖 泊 的 CDOM 浓 度, 进 而 可 能 会 影 响 小 型 湖 泊 的 初 级 生 产 力 虽 然 作 者 的 论 据 确 凿, 观 点 鲜 明, 但 是 采 用 的 数 据 仅 来 自 10 来 个 湖 泊, 而 且 这 些 湖 泊 都 位 于 瑞 典 因 此, 在 利 用 更 多 种 更 广 泛 的 湖 泊 数 据 验 证 之 前, 光 照 和 CDOM 是 初 级 生 产 力 控 制 因 素 的 这 一 结 论 仍 将 受 到 质 疑 刘 立 坤 译 自 Production in pristine lakes. Nature, 2009, July 23: 463~464. - 52 -
种 植 纤 维 素 植 物 无 法 根 本 解 决 水 体 氧 亏 问 题 生 物 燃 料 作 物 对 氮 的 需 求 量 较 低, 因 此 如 果 使 用 这 种 作 物 将 有 助 于 减 缓 肥 料 中 过 剩 的 营 养 成 分 释 放 进 入 墨 西 哥 湾 但 是, 一 项 新 的 研 究 指 出, 如 果 没 有 针 对 性 的 氮 管 理 策 略, 这 些 纤 维 素 生 物 燃 料 作 物 仍 然 会 给 墨 西 哥 湾 沿 岸 区 域 带 来 营 养 盐 污 染 氧 气 衰 竭 或 氧 亏 等 系 列 问 题 美 国 政 府 提 出 提 高 生 物 燃 料 作 物 产 量 的 要 求, 以 遏 制 化 石 燃 料 的 温 室 气 体 排 放, 并 减 少 对 石 油 进 口 的 依 赖, 所 以 许 多 专 家 目 前 正 着 力 寻 找 一 些 纤 维 素 作 物 取 代 玉 米 与 玉 米 相 比, 纤 维 素 作 物 具 有 一 些 明 显 的 环 境 效 益, 比 如 对 肥 料 中 的 氮 磷 元 素 的 需 求 量 较 低 玉 米 植 株 的 主 要 成 分 是 淀 粉, 而 纤 维 质 作 物 植 株 的 主 要 成 分 则 是 由 纤 维 素 构 成 的 更 为 坚 硬 的 木 质 结 构 玉 米 是 美 国 东 南 部 地 区 的 主 要 农 产 品, 种 植 玉 米 导 致 农 业 面 源 的 营 养 物 质 经 径 流 进 入 墨 西 哥 湾 肥 料 通 过 施 肥 的 途 径 进 入 农 田 后, 会 被 植 物 和 周 围 土 壤 吸 收 最 后, 以 硝 酸 盐 形 式 存 在 的 活 性 氮 被 冲 刷 至 下 游 的 密 西 西 比 河, 并 最 终 进 入 墨 西 哥 北 部 海 湾 在 海 湾, 过 剩 的 营 养 会 导 致 藻 类 大 量 繁 殖, 从 而 将 鱼 虾 蟹 等 生 物 所 需 的 氧 气 消 耗 殆 尽 上 述 结 果 往 往 会 造 成 水 域 出 现 季 节 性 的 氧 亏 区 域, 即 氧 含 量 过 低 而 难 以 维 持 水 生 生 物 的 生 命 活 动 为 了 解 决 该 问 题,EPA 已 经 制 订 了 一 个 雄 心 勃 勃 的 计 划, 即 2015 年 前 将 墨 西 哥 海 湾 的 氧 亏 区 域 从 现 在 的 14 600km 2 减 少 至 5 000km 2 2007 年 的 能 源 独 立 和 安 全 法 案 要 求, 在 2022 年 之 前 替 代 汽 油 的 生 物 燃 料 量 要 从 2007 年 的 47 亿 加 仑 增 加 至 360 亿 加 仑, 该 要 求 似 乎 与 EPA 制 定 的 目 标 有 点 背 道 而 驰 法 案 还 规 定 由 玉 米 加 工 成 的 乙 醇 量 不 得 高 于 150 亿 加 仑, 其 余 的 生 物 燃 料 量 将 由 高 级 生 物 燃 料 加 工 而 成, 主 要 用 柳 枝 稷 和 玉 米 的 植 株 加 工, 如 叶 皮 和 玉 米 收 割 后 剩 下 的 茎 等 一 个 研 究 小 组 开 始 着 手 研 究 是 否 将 纤 维 素 作 物 取 代 玉 米 地, 以 满 足 生 物 燃 料 的 生 产 目 标, 从 而 使 进 入 密 西 西 比 河 径 流 中 的 氮 含 量 与 目 前 水 平 相 比 能 够 明 显 降 低 针 对 2 类 农 作 物 混 合 种 植 的 不 同 比 例, 他 们 分 别 进 行 了 计 算 模 拟, 以 在 达 到 2022 年 的 EISA 生 物 燃 料 目 标 的 情 况 下, 也 能 同 时 满 足 诸 如 粮 食 和 饲 料 等 非 燃 料 方 面 的 需 求 随 后, 研 究 小 组 对 不 同 种 植 条 件 下 的 硝 酸 盐 输 出 量 和 2015~2022 年 可 能 出 现 的 氧 亏 区 域 面 积 进 行 了 估 算 研 究 结 果 表 明, 如 果 将 玉 米 全 部 换 成 纤 维 素 作 物, 硝 酸 盐 输 出 量 会 有 20% 的 下 降, 但 是 墨 西 哥 湾 的 氧 亏 问 题 却 只 会 变 得 更 为 严 重, 因 为 纤 维 素 作 物 仍 需 要 大 量 氮 营 养 元 素 的 投 入 随 后, 研 究 人 员 模 拟 了 若 干 管 理 策 略, 以 确 定 如 何 更 有 效 地 削 减 进 入 密 西 西 比 河 流 域 径 流 硝 态 氮 的 含 量 其 中 一 项 管 理 策 略 建 议 使 用 植 物 缓 冲 带, 通 过 截 留 部 分 径 流 流 量 以 减 缓 硝 酸 盐 氮 向 下 游 河 道 的 释 放 但 是 研 究 人 员 随 后 发 现, 这 些 措 施 对 控 制 营 养 盐 污 染 和 减 小 氧 亏 区 域 面 积 并 没 有 多 大 的 实 质 性 作 用 想 要 解 决 氧 亏 问 题, 从 长 远 考 虑 必 须 对 氮 营 养 元 素 制 定 严 格 的 管 理 策 略 不 过, 目 前 很 难 对 氮 径 流 进 行 立 法 管 理, 因 为 氮 营 养 元 素 的 来 源 非 常 广 泛 孙 远 军 译 自 Cellulosics alone won t solve hypoxia problems. Environmental Science & Technology, 2009, August 15:7597~7598. - 53 -
应 限 制 天 然 气 钻 井 废 液 中 盐 的 排 放 量 宾 夕 法 尼 亚 州 环 保 局 (PA DEP) 正 在 研 究, 通 过 法 律 手 段 来 限 制 天 然 气 钻 井 废 液 中 盐 的 排 放 量 莫 农 加 希 拉 河 是 匹 兹 堡 市 附 近 超 过 30 万 居 民 的 饮 用 水 水 源 地,2008 年 秋 季 水 质 污 染 造 成 的 长 达 70 英 里 的 污 染 带 曾 给 居 民 的 生 活 带 来 了 严 重 影 响, 再 加 上 钻 井 数 量 在 全 州 范 围 内 的 不 断 增 加, 上 述 2 个 事 实 催 生 了 限 制 含 盐 量 排 放 法 规 的 出 台 PA DEP 指 出, 含 量 过 高 的 总 溶 解 固 体 (TDS) 包 括 氯 化 物 和 硫 酸 盐, 威 胁 到 许 多 宾 夕 法 尼 亚 州 其 他 水 路 的 安 全 但 是, 许 多 天 然 气 和 相 关 商 业 集 团 指 出 上 述 提 议 有 些 反 应 过 度 宾 夕 法 尼 亚 州 地 处 天 然 气 最 新 产 地 的 核 心 位 置 在 2008 年, 政 府 颁 发 了 500 多 个 深 层 天 然 气 井 的 开 发 许 可 证, 钻 井 公 司 出 租 的 采 矿 权 达 数 百 之 多 据 宾 夕 法 尼 亚 州 立 大 学 的 地 质 学 家 Terry Engelder 估 计,Marcellus Shale 可 能 是 世 界 上 第 三 大 天 然 气 田, 该 气 田 距 宾 夕 法 尼 亚 州 大 部 分 地 区 和 纽 约 州 西 弗 吉 尼 亚 州 和 俄 亥 俄 州 小 部 分 地 区 约 有 1 英 里 如 此 庞 大 的 天 然 资 源 可 以 为 美 国 提 供 足 够 的 天 然 气 产 品, 一 方 面 不 但 能 够 逐 渐 实 现 从 化 石 燃 料 的 过 渡, 此 外 在 天 然 气 供 应 上 也 能 增 强 与 俄 罗 斯 的 竞 争 力 在 开 采 天 然 气 之 前, 需 要 先 钻 探 一 个 生 产 深 井, 并 在 深 井 四 周 开 钻 水 平 的 支 井, 然 后 再 在 高 压 下 注 入 超 过 100 万 加 仑 的 水 ( 连 同 添 加 剂 和 沙 子 ), 岩 石 会 在 高 压 作 用 下 碎 裂 将 钻 井 废 液 泵 出 并 收 集 至 指 定 的 地 方, 废 液 中 除 了 含 有 添 加 剂 和 溶 解 态 盐 外, 还 含 有 少 量 的 金 属 硫 酸 盐 和 放 射 性 物 质 开 采 一 旦 进 行, 每 天 都 将 会 有 数 百 万 加 仑 的 废 水 需 要 处 理 过 多 的 氯 化 物 不 但 能 使 水 的 味 道 变 差 损 坏 水 的 冷 却 和 加 热 设 备, 还 将 影 响 水 生 生 物 的 生 命 活 动 但 是, 食 盐 和 其 他 盐 类 在 水 中 的 溶 解 度 很 高, 将 其 从 废 液 中 去 除 的 难 度 很 大, 且 费 用 昂 贵 目 前, 高 盐 废 水 常 用 的 处 理 方 法 仅 限 于 反 渗 透 膜 过 滤 和 蒸 发 此 外, 由 于 氯 化 物 含 量 高 达 20%, 大 部 分 污 水 处 理 设 施 不 具 备 处 理 此 类 钻 井 废 水 的 能 力 宾 夕 法 尼 亚 州 以 前 的 煤 炭 开 采 更 加 恶 化 了 上 述 情 况 : 废 弃 矿 山 排 出 的 废 液 使 许 多 河 流 的 硫 酸 盐 含 量 严 重 超 标 在 去 年 秋 天 的 旱 季 期 间, 莫 农 加 希 拉 河 的 溶 解 态 总 固 体 TDS( 主 要 是 硫 酸 盐, 还 有 少 量 氯 化 物 ) 的 含 量 竟 然 高 达 百 万 分 之 九 百, 宾 夕 法 尼 亚 州 环 保 局 指 出 该 浓 度 几 乎 是 美 国 环 保 局 水 质 标 准 的 2 倍 同 时, 在 一 些 水 处 理 系 统 中 溴 化 消 毒 副 产 物 (Br DBPs) 的 含 量 水 平 呈 现 不 断 升 高 的 趋 势 在 干 旱 季 节, 对 饮 用 水 生 产 的 终 端 环 节 进 行 检 测, 发 现 消 毒 副 产 物 中 90% 以 上 的 成 分 都 是 溴 化 消 毒 副 产 物, 与 氯 化 消 毒 副 产 物 相 比 该 物 质 对 人 类 构 成 更 大 的 健 康 风 险 卡 内 基 梅 隆 大 学 的 水 工 程 师 Jeanne VanBriesen 认 为 : 如 果 水 中 的 溶 解 态 总 固 体 的 含 量 较 高, 往 往 会 造 成 饮 用 水 中 的 溴 化 消 毒 副 产 物 含 量 也 较 高 由 于 没 有 对 水 中 溴 化 物 的 含 量 进 行 测 定, 所 以 目 前 还 不 清 楚 溴 化 消 毒 副 产 物 的 来 源 所 在 今 年 4 月 份, 宾 夕 法 尼 亚 州 环 保 局 PA DEP 颁 布 了 针 对 高 含 溶 解 态 固 体 废 水 的 允 许 排 放 政 策, 政 策 规 定 氯 化 物 和 硫 酸 盐 在 管 网 末 端 允 许 的 排 放 标 准 分 别 为 500mg/L 和 250mg/L 上 述 数 据 均 引 自 美 国 环 保 局 的 饮 用 水 二 级 标 准 宾 夕 法 尼 亚 盐 水 处 理 公 司 是 一 家 专 门 处 理 钻 井 废 液 的 企 业, 包 括 Paul Hart 总 裁 在 内 的 员 工 对 提 议 的 排 放 政 策 都 提 出 了 反 对 意 见, 认 为 该 政 策 是 一 种 过 度 反 应 Paul Hart 认 为 : 莫 农 加 希 拉 河 的 主 要 问 题 在 于 硫 酸 盐, 而 硫 酸 盐 问 题 在 石 油 和 天 然 气 钻 井 废 液 中 并 不 严 重 钻 井 废 液 中 必 须 去 除 上 述 盐 类 才 能 排 放, 这 点 目 前 业 界 已 能 达 成 共 识, 但 是 提 出 具 体 的 去 除 措 施 还 将 需 要 数 年 时 间 孙 远 军 译 自 Pennsylvania to regulate salt discharges. Environmental Science & Technology, 2009, August 15:6120. - 54 -