全 文 ：污染生态学研究的回顾与展望 3
孙铁珩 3 3 　周启星　(中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016)
【摘要】　自 20 世纪 70 年代开始 ,伴随着我国环境科学的兴起和应用生态学的发展 ,污染生态学经历发
生、成长、发展和壮大等几个历史阶段 ,已经形成了具有自己学科特色的理论体系和研究方法论. 如今 ,污
染生态学已成为研究生物系统与被污染环境之间相互作用规律及采用生态学原理对污染环境进行控制与
修复的一门独立科学 ,是应用生态学的重要组成部分 ,是生态学与环境科学相互融合、相互交叉的产物. 在
新世纪的头 20 年中 ,污染生态学面临着新的机遇和挑战 ,它将在复合污染生态学、污染生态过程研究、污
染生态毒理学和污染生态修复等分支领域和科学前沿取得重要进展和突破.
关键词 　污染生态学 　污染物 　生态过程 　生态修复
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 02 - 0221 - 03 　中图分类号 　X17114 　文献标识码 　A
Retrospect and prospect of pollution ecology. SUN Tieheng and ZHOU Qixing ( Institute of A pplied Ecology ,
Chinese Academy of Sciences , S henyang 110016) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (2) :221～223.
Since 1970s ,pollution ecology has gone through several historical stages including the natal ,growing and develop2
ing and expanding stage with the rise in environmental sciences and the development of applied ecology. The the2
oretical system and researching methods with special characteristic of the subject has taken shape. So far pollution
ecology has become an independent discipline to probe into interactions between biological systems and polluted
environment and to control and remedy polluted environment using ecological principles ,is an important compo2
nent part of applied ecology and derives from amalgamation and intersection between ecology is faced with chal2
lenges and opportunities. A breakthrough and good progresses will be made in its branches and frontal fields such
as ecology of combined pollution ,contaminant ecotoxicaology ,ecological processes of pollutants and ecological re2
mediation of contaminated environment .
Key words 　Pollution ecology , Pollutants , Ecological process , Ecological remediation.
3 国家重点基础研究发展规划项目 ( G1999011808) .3 3 通讯联系人.
2001 - 08 - 20 收稿 ,2001 - 08 - 27 接受.
1 　引 　　言
污染生态学起步于 20 世纪 60 年代末和 70 年代初 . 由
于环境污染的日益严重和生态破坏的不断加剧 ,污染生态学
研究开始于某些具体点位、区域环境污染而引发的危害和后
果研究 ,侧重于静态观测和实地调查. 例如 ,大气污染形成的
植物急性或慢性中毒症状 ,水体污染造成的水生生物的急性
中毒或死亡数量 ,土壤污染导致的作物危害和欠收 ,农业污
染引发的畜禽肉蛋的残毒以及化肥施用带来水体富营养化
和地下水 NO32N 的污染范围和程度等 [2 ] .
进入 80 年代后 ,污染生态学已经由定位观测扩展到区
域评价 ,由环境背景、环境容量调查延伸到环境基准、环境标
准的制订与形成. 受到关注的污染物也从酚、氰污染转移到
Cd、Hg、Pb、As、Cr 重金属污染 ,从石油组分污染深入到重点
有机污染物 ———芳烃化合物的污染. 随着上述污染物种类、
形态、数量在不同环境介质的分析、调查 ,带来了研究方法论
的不断扩展与细化. 从定性到定量 ,从常量到微量 ,从重量测
定到容量分析 ,从化学测量到生物监测 ,不断推动和保证了
分析测试质量和研究水平的提高. 在这一时期 ,区域性环境
质量研究最为活跃 [1 ] ,北京官厅水库污染调查 ,京津渤地区
环境质量评价 ,沈阳张士灌区 Cd 污染防治 ,沈抚灌区石油污
染调查与评价 ,松花江水质 Hg 污染研究 ,北京燕化工业区
生态工程规划和霍林河矿区开发的环境影响分析等典型地
区污染生态调查与环境质量评价 ,有力地推动了污染生态学
的发展.
需要指出的是 ,在水、土、气、生四大环境介质中 ,以高拯
民先生为代表的土壤2植物系统污染生态研究十分活跃 ,为
创立和开拓我国污染生态学研究 ,起到了奠基作用 ,污染生
态学的基本内涵和理论框架 (图 1) 也因此而逐渐形成. 其主
要目标是 :建立污染生态学理论基础 ;探讨污染环境发生与
主要生态过程调控机制 ;主要方面 :污染环境发生与演变规
律研究 ;污染环境生成与早期诊断 ;污染环境稳定与自净功
能分析 ;主要化学污染物生态行为与生态过程调控.
　　进入 90 年代 ,污染生态学研究表现出全方位、多视角的
综合研究特征[3 ] :1) 复合污染生态研究独具特色 ;2) 不同空
间和不同时间尺度上开展污染生态过程研究 ,成为污染生态
学研究的核心 ;3)生态风险与生态毒理研究受到普遍关注 ;
4)污染生态系统的生物修复与污染生态工程 ,开始在实验室
小试及中试水平上得到试验应用.
这些研究是在国内科研、教学领域学科交叉和国际合作
与交流的层次进行的 ,因而体现出污染生态学研究的前沿学
应 用 生 态 学 报 　2002 年 2 月 　第 13 卷 　第 2 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Feb. 2002 ,13 (2)∶221～223
科特色 ,只有继续拓宽和深化这几方面研究 ,才有可能不断
促进新的分支学科发展与新学科生长点的创新、成长 [4 ] .
·
区域分异整体优化 循环再生
基本原则
人类活动对受污染生
态系统生态过程调控、
改造和修复过程
生态系统中污染物的
输入及其对生态系统
的作用过程和对污染
的反应与适应
污染生态学
主要内涵
图 1 　污染生态学的主要内涵与基本原则
Fig. 1 Connotation and basic principles of pollution ecology.
2 　复合污染生态学
　　生态系统污染不是单因子、单项污染物的污染效应 ,而
是一个复杂的、涉及多项因子相互联系的联合交互作用的结
果. 只有从复合污染生态学意义去认识、理解环境污染 ,才可
以从根本上找到解决环境问题的良策 ,确立消除污染的技术
方案. 然而 ,污染生态研究一开始总是从简单和单一污染物
开始. 其环境临界水平、污染起始浓度和最大环境允许值等 ,
通常是在单一因子、单一污染物条件下取得的. 因此 ,不能在
真正意义上客观地反映污染发生的实质.
近年来 ,复合污染研究迅速发展. 无机污染物之间 ,有机
污染物之间 ,无机和有机污染物之间的复合污染效应以及在
表面活性剂参与下和土壤有机质的不同种类 ,不同数量水平
下所表现的复合污染效应 ,在多介质、多界面、不同尺度层次
上进行着复合污染生态的方法、理论与指标体系研究 [8 ] .
复合污染生态学是研究生态系统中化学污染物之间相
互作用及其对生态系统有机与无机环境的联合影响的规律
与机理的一个分支学科. 污染环境实际上是复合污染的综合
表现 ,具有 3 个基本特点 :1)复合污染发生的普遍性. 全球每
个角落的局部和区域污染 ,都是在多种污染物联合作用下发
生 ,其污染生态效应亦是常常通过一个链条而表现出的复合
污染. 例如 ,在土壤2植物系统污染生态中 ,常常表现为灌溉
水 (或施用污泥) 、土壤、植物、动物及人体的复合污染. 2) 复
合污染机制的多样性. 复合污染机制的多样性表现在两个方
面 :其一是环境中的各种污染物在作用于生命组分之前 ,其
污染物之间发生着交互作用 ,导致其生物毒性发生改变. 这
种交互作用包括拮抗、协同、竞争、加合、抑制等 ;其二 ,表现
在污染物作用于生命组分所表现出的生物有效性 ,包括毒害
作用 (吸收、合成、滞留、联合、富集等) 和解毒作用 (回避、排
斥、固定、分泌、排泄、酶变、扩散等) . 3)复合污染研究的复杂
性.复合污染生态研究的方法论是一个多元的复合系统. 由
于污染物种类的繁多和数量的不同 ,研究其复合作用的实验
方法和技术路线显得十分重要和复杂. 涉及到试验生物的选
择 ,供试化学品种类和浓度的确定 ,实验方法与实验条件的
优化等. 尤其需要指出的是 ,采用统计学的原理和方法 ,正确
组合复合污染研究的实验设计十分重要.
3 　污染生态过程
　　污染生态学实际上是由 3 个方面构成 :1)污染现状的描
述 ,污染危害的调查和污染强度的评价 ;2) 污染生态过程研
究 ;3)消除污染、防治污染的技术与对策研究. 在以往的研究
中 ,多重视现状调查和对策研究 ,忽视中间的过程研究. 实际
上 ,污染生态学研究的实质和重心应当是污染生态过程研
究.
污染生态过程体现在生态系统各个等级 (包括个体、种
群、群落、景观、流域和全球) 水平上不同时空尺度的复杂过
程.在空间尺度上可以分为微观污染生态过程和宏观污染生
态过程[7 ] . 通常微观污染生态过程涉及到污染物在环境中的
物理、化学和生物过程 ,诸如吸附/ 解吸过程、固定/ 释放过
程、氧化/ 还原过程、螯合/ 解络过程、酸/ 碱反应过程、挥发/
凝结过程、溶解/ 沉淀过程以及水解、降解、脱氧和共代谢过
程等. 这些过程发生在多介质、多界面层次上 ,研究十分活
跃 ,例如 ,水2土 ,气2土 ,根2土 ,植2土界面的物质传输过程. 宏
观污染生态过程是指跨流域、跨区域乃至全球范围的污染物
传输、反应和变化而带来的跨区域、跨国界的生态环境问题.
在时间尺度上污染生态过程可以分为瞬时的和漫长的污染
生态过程. 例如 ,污染物引起的各种急性中毒反应过程为瞬
时污染生态过程 ;而需要相对长时间表现的生态适应与生态
进化过程、污染物激活过程、毒物稀释过程、慢性中毒过程和
污染物生物积累与放大过程等均属于漫长的污染生态过程.
其中比较典型的例子是涉及污染物生物地球循环的湖泊、海
洋沉积物历史年代与污染生态过程分析、树木年轮分析和温
室效应 ,全球气候变化以及荒漠化所导致的一系列环境问
题 ,已经成为全球环境科学研究的热点与前沿.
4 　污染生态毒理学
污染生态毒理学是研究外来污染物对生态系统中生态
有机体危害及其作用机理的科学 . 通过在分子水平上阐明毒
性物质与生物体的相互作用及其变化 ,探讨毒性作用机理 ,
寻求毒性物质对生物体危害的早期诊断指标 ,确定其安全阈
值.生态毒理学以单种或多种生物为实验材料 ,以微宇宙和
中宇宙等为实验方法 ,探讨污染物不同暴露强度下 ,对生态
系统在个体、群体和系统水平的结构、功能的损伤 ,生物量和
生物学质量的影响与毒性效应 ,并对人体健康潜在危害进行
预测 ,为环境污染危害的预防及治理提供科学依据.
生态毒理学的研究任务集中在以下 4 方面 :1) 研究污染
物对生态系统可能带来危害的剂量2反应关系 ,进行污染物
毒性和生态安全性评价 ;2)阐明污染物毒性作用机理及影响
其毒性作用的因素 ;进行污染物污染危害的早期诊断与预
防 ,为生态风险和安全评价、污染清洁标准的确定提供科学
222 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
依据 ;3)有毒污染物的环境化学行为研究 ,包括污染物在水、
土、气、生不同环境介质中分布、迁移、转化及归宿研究和模
拟条件下污染物的水解、光解及降解研究等 ;4) 有毒污染物
的生态毒理诊断指标体系研究 ,包括生物毒性试验 (水生生
物、植物、蚯蚓、微生物及动物等) 、遗传毒性试验 (微核试验、
致突变试验、代谢研究和 DNA 加合物研究等) .
生态毒理学研究源于发达国家对化学品的安全、控制、
管理等毒性试验和风险评价. 进入 20 世纪 90 年代后 ,化学
品的生态毒理研究再次被提到更高的程度来认识. 世界卫生
组织等机构将生态毒理研究列入主要计划 ,并将其纳入国际
“人与生物圈”计划的重要组成部分. 对生态毒理研究而言 ,
生态毒理方法的研究与建立至关重要 ,是推动该学科发展的
重要环节. 这里需要指出的是 ,OECD 组织在过去 20 多年
间 ,在生态毒理与化学品安全的生态风险评价领域研究方
面 ,具有重要影响. 1997 年 OECD 委员会确立了 OECD 试验
指南 ,其意义不仅是确立了一系列试验方法 ,而且取得了一
系列化学品的生态毒理诊断标准. 这一指南带动了生态毒理
科学研究的发展. 全世界许多国家的生态毒理学研究普遍采
用并熟悉 OECD 指南. 借鉴于指南建立适合本国、本地区的
毒性试验方法.
应当指出 ,生态毒理学在近年受到了普遍的重视. 但是 ,
主要侧重于水生生态系统的毒理效应 ,风险评价及其诊断指
标的建立等 ,而以土壤污染发生、土壤污染治理为目标的陆
地生态系统毒理学研究仍然很零散 ,研究基础仍然很薄弱.
随着土壤污染的日益严重及污染土壤修复程度评价的迫切
需要 ,土壤污染生态毒理学研究 ,已经成为土壤污染环境领
域的热点. 因为 ,目标污染物的减少并不意味着土壤在生态
意义上是清洁的 ,或是安全的. 以有机污染生物修复为例 ,在
生物修复中有机污染物逐步被生物降解 ,必然产生次生中间
产物 ,目前还没有有效方法检测土壤修复是否完全不产生有
毒的次生污染物. 因此 ,土壤污染或土壤清洁的安全性评价 ,
需要生态毒理学方法. 这是推动这一研究领域迅速发展的原
动力.
5 　污染生态修复
污染生态修复可以分解为 3 个方面 :1)土壤和地下水的
生物修复技术 ,通常是指利用生物强化物质或有特异功能的
生物 (包括微生物和植物)消减、净化污染环境中的污染物的
替代技术 ,包括对重金属具有超富集功能的植物筛选和对有
机污染物具有特异降解功能微生物的筛选与培育. 2) 污染生
态修复技术 ,主要是指通过生物的富集与净化作用 ,实现对
污染土壤的净化. 3) 污染生态工程 ,污水土地处理生态过程
技术是一个典型[5 ] . 通过污染物在土壤2植物系统的生态过
程及其调控 ,确立其场地信息、工艺参数、土壤环境同化容
量 ,进行水力负荷科学设计 ,以实现污水无害化、资源化的处
理利用. 该项技术经过多年实践 ,已经成功地建立了完整的
土地处理技术体系 ,确立了不同土地处理类型的工艺参数
(土壤渗透系数 ,地下水埋藏深度 ,年水力负荷 ,布水方式、覆
盖植物类型及进水水质与净化水质目标) ,并就污水的强化
预处理技术 ,人工土壤配方和人工生态结构多样化水力负荷
调节系统进行了工艺技术创新.
需要指出的是 ,污染生态工程不同于污染生态修复技
术.“工程”是由相关工艺、相关技术组成的工程体系 ,是由若
干技术组合的优化与集成 ,其技术的集成是由工艺参数将其
组装成为“工程”.“工程”本身是一个净化器 ,具有其净化功
能和强度. 保持净化器有效运转 ,在于有效地调控它 ,充分发
挥其最佳的运行状态.
同样 ,需要明确的是 ,污染生态修复不同于生物修复 [6 ] .
生物修复是利用具有净化功能的生物和微生物对污染物消
减和净化 ,是单纯的生物修复. 而生态修复则强调通过调节
诸如土壤水分、土壤养分、土壤 p H 值和土壤氧化还原状况
和气温、湿度等生态因子 ,实现对污染物所处环境介质 (水、
气、土、生等)的调控 ,发挥生物净化功能. 因为生态工程技术
必须严格遵循现代生态学的 3 项基本原则 (循环再生、整体
优化和区域分异) . 同样一个生物修复技术或者一项生态工
程 ,在不同生态环境条件 ,其净化功能不同.
6 　结 　　语
在新世纪头 20 年内 ,污染生态学的主要任务将是围绕
污染生态过程、污染生态毒理的应用基础研究和污染生态修
复、污染生态工程的应用研究 ,实现科学与技术创新 ;在新的
世纪里 ,污染生态学将伴随着应用生态学和环境科学的发
展 ,在污染生态学理论和方法两个方面取得重大突破 ,并在
环境保护实践中发挥更大作用.
参考文献
1 　Gao Z2M (高拯民) . 1986. Pollution2Ecological Research of Soil2Plant
Systems. Beijing :China Science and Technology. (in Chinese)
2 　Russell J and Boulding R. 1995. Practical Handbook of Soil ,Vadose
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and Remediation. London :Lewis Publishers
3 　Sun T2H(孙铁珩) ,Zhou Q2X( 周启星) ,Li P2J ( 李培军) . 2000.
Pollution Ecology. Beijing :Science Press. (in Chinese)
4 　Sun T2H(孙铁珩) ,Zhou Q2X( 周启星) . 2000. Researching frontier
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境) ,16 (3) :42245 (in Chinese)
5 　Sun T2H (孙铁珩) , et al . 1997. Research on Land Treatment Sys2
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6 　Sun T2H(孙铁珩) ,Song Y2F(宋玉芳) , et al . 1999. Plant bioreme2
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7 　Sun T2H (孙铁珩) , et al . 1998. Research on soil pollution and its
prevention. Soil Envi ron (土壤与环境) , 1 ( 4) : 2812286 (in Chi2
nese)
8 　Zhou Q. 1996. Soil2quality guidelines related to combined pollution of
chromium and phenol in agricultural environments. Human Ecol
Risk Assmt ,2 (3) :591～607
作者简介 　孙铁珩 ,男 ,1938 年生 ,研究员 ,中国工程院院
士 ,主要从事污染生态学研究 ,发表论文 80 余篇.
3222 期 　　　　　　　　　　　　　　　孙铁珩等 :污染生态学研究的回顾与展望