威尼斯潟湖疏浚沉积物决策管理的挑战与策略（Challenges and strategies for dredged sediment decision management in Venice lagoon）

《Journal of Environmental Management》：Challenges and strategies for dredged sediment decision management in Venice lagoon (Italy)

　　

摘要专业翻译 2023年为威尼斯潟湖沉积物管理制定的规程（Protocols）需要校准。研究人员利用一个包含1400个样本的沉积物数据集对新规程进行了校准。研究人员提出一个校正因子（correction factor），以平衡胚胎毒性试验（embryotoxicity test）的高敏感性。研究人员推导并测试了替代阈值（新的L2loc值）。研究人员提出对分类标准的细化建议，以优化沉积物管理。威尼斯潟湖面积约500 km2，是地中海最大的咸淡水体。自公元七世纪起，该潟湖经历了结构性变迁和强烈的人为压力，导致形态逐渐退化。这种退化主要由潮汐流增强、相对海平面上升、风生波浪和内部航行引起的潮滩侵蚀加剧以及其他人为因素驱动。在此背景下，内部航道中的沉积物淤积构成与航行安全相关的重大问题，必须定期开展疏浚活动以维持通航能力。根据沉积物质量，疏浚物料可用于形态修复工程，如盐沼和泥滩的重建。历史上，疏浚沉积物的管理（及其在潟湖内的再利用）一直由1993年制定的所谓“Fanghi规程”（Protocollo Fanghi）监管，该规程是沉积物表征和疏浚沉积物再利用的主要指南。该规程仅基于理化参数和传统的通过/失败阈值限值。2017年，研究人员启动了对这些指南的全面修订，以制定与当前科学知识水平一致且符合欧盟水生环境保护指令的最新规程。修订重点在于采用基于风险的评估方法，运用权重证据（Weight of Evidence, WoE）框架，从纯化学方法转向以化学和生态毒理学证据为核心的综合框架。涉及潟湖水体内沉积物迁移的情况时，还纳入了生物累积评估。修订后的指南随着2023年第86号部长令（Decree 86/2023）的生效而正式采用：新的威尼斯潟湖“沉积物规程”旨在协调环境可持续性与航道可达性维护之间的关系。新法规要求对清洁沉积物的再利用进行化学和生态毒理学调查，并制定了沉积物分类的详细标准（化学和生态毒理学数据），其依据是意大利国家层面已在沿海地区使用的工具和方法，但这些地区的特定条件与潟湖情况存在显著差异。在应用的初始阶段，新法令明确规定开展有针对性的环境监测计划，以评估阈值和方法参数，测试拟议工具并为规程的未来更新提供支持。事实上，这一校准阶段对于弥补第86/2023号法令中作为化学和生态毒理学评估参考值推导技术依据的环境数据和研究的局限性和数据缺口也是必要的。具体而言，第86/2023号部长令中引用的潟湖环境疏浚沉积物管理化学阈值（L2loc）是基于根据2000/60/EC指令（及其后续指令2013/39/EU）开展的潟湖水体分类监测项目（即“HICSED-MODUS项目”）获得的沉积物数据推导的。HICSED-MODUS项目（2011–2018年）的结果无疑是潟湖沉积物评估的重要数据来源和重要附加价值，有助于了解表层沉积物中多种污染物的空间分布及其相关毒性。然而，必须指出该数据集用于潟湖沉积物管理的解释性评估和外推时存在的某些局限性，特别是在疏浚活动背景下。事实上，HICSED-MODUS项目仅分析了浅水区域（不包括航道）采集的表层沉积物（0–15 cm），目标是表征整个潟湖，而未特别关注承受强烈人为压力（工业活动、商业航行、城市污染源等）的航道。因此，MODUS数据集中表层沉积物的浓度范围和理化特征对更深层潟湖沉积物的代表性较差，后者在污染程度以及有机质含量、总铵、硫化物、pH、氧化还原条件和其他可能强烈影响污染物生物可利用性及相关生态毒理学响应的混淆因素方面具有高度垂直变异性。因此，尽管HICSED-MODUS数据集在缺乏更广泛数据集的情况下对化学阈值（L2loc）的初步估算而言是必要且有价值的，但这些外推结果可以基于在潟湖航道中开展的最新且更具代表性的沉积物表征活动中收集的新化学和生态毒理学数据进一步细化和扩展。此外，新指南的实施为在威尼斯潟湖保护的大背景下更有效和可持续地再利用沉积物提供了机会，但需要进行校准以考虑潟湖沉积物的特定特征，包括细颗粒粒径和氨等混淆因素，这些因素可能影响污染物生物可利用性和生态毒理学响应。在此框架内，本研究的范围是调查近期大规模沉积物表征活动（在第86/2023号法令框架内开展）的结果，在当前威尼斯潟湖沉积物管理法规背景下讨论这些结果，并提出对现行沉积物分类标准的可能修改。具体而言，本研究展示了2024–2025年在威尼斯潟湖超过400个沉积物岩芯上开展的沉积物表征活动的结果，共约1400个样本进行了化学污染和生态毒性分析。该数据集用于测试和校准意大利立法最近为威尼斯潟湖疏浚沉积物管理设定的新分类工具，旨在改善化学与生态毒理学证据之间的平衡，基于更具代表性的数据集推导替代阈值，并在考虑威尼斯潟湖内在特征的同时确定当前管理标准的可能细化方案。总体而言，本研究是首次旨在支持和优化新法令为威尼斯潟湖沉积物管理提供的技术工具的研究。研究结果有助于提高评估过程的可靠性，为科学界和直接参与的环境管理者提供透明的技术基础以支持进一步讨论，最终目的是支持疏浚沉积物的适当再利用以进行形态修复，同时优化疏浚作业的成本和资源。

论文解读

一、研究背景与问题

威尼斯潟湖面积约500 km2，是地中海最大的咸淡水体。自公元七世纪以来，该潟湖经历了结构性变迁和强烈的人为压力，导致形态逐渐退化。这种退化主要由潮汐流增强、相对海平面上升、风生波浪和内部航行引起的潮滩侵蚀加剧等因素驱动。自1927年以来，潟湖净沉积物损失约110 Mm3，细颗粒组分普遍下降。在此背景下，内部航道中的沉积物淤积构成与航行安全相关的重大问题，必须定期疏浚以维持通航能力。历史上，疏浚沉积物的管理一直由1993年制定的“Fanghi规程”监管，该规程仅基于理化参数和传统通过/失败阈值。2017年启动了对这些指南的全面修订，最终于2023年通过第86号部长令正式采用新的“沉积物协议”，该协议采用基于权重证据（Weight of Evidence, WoE）框架的风险评估方法，整合化学和生态毒理学证据。

然而，新协议在初始应用阶段面临若干关键问题。首先，第86/2023号法令中引用的化学阈值（L2loc）是基于HICSED-MODUS项目（2011–2018年）的数据推导的，该项目仅分析了浅水区域采集的表层沉积物（0–15 cm），未涵盖承受强烈人为压力的航道，其浓度范围和理化特征对更深层潟湖沉积物的代表性较差。其次，潟湖沉积物具有细颗粒粒径、高有机质含量、高氨浓度等内在特征，这些混淆因素可能强烈影响污染物生物可利用性和生态毒理学响应。因此，新协议需要进行校准以适应该地区的特定条件。本研究正是在此背景下开展，旨在利用2024–2025年开展的大规模沉积物表征活动数据，测试和校准新分类工具，推导替代阈值，并提出管理标准的优化方案。

二、研究内容与主要结论

研究人员利用2024–2025年在威尼斯潟湖超过400个采样点采集的沉积物岩芯，共约1400个样本进行了化学污染和生态毒性分析。采样区域包括Malamocco Marghera航道、工业航道（Montesyndial、Canale Sud）、Vittorio Emanuele航道以及潟湖南部（Chioggia、Canale Langhini）等区域。所有分析均由定期参与国家层面验证过程的认证实验室完成。该数据集被用于测试和校准第86/2023号法令设定的新分类工具，旨在改善化学与生态毒理学证据之间的平衡，推导更具代表性的替代阈值，并确定当前管理标准的可能细化方案。这是首次旨在支持和优化新法令技术工具的研究，其结果可为科学界和环境管理者提供透明的技术基础，支持疏浚沉积物的适当再利用以进行形态修复，同时优化疏浚作业的成本和资源。

三、主要技术方法

本研究采用的关键技术方法包括：其一，生态毒理学危害指数（HQ_ecotox）方法，该方法基于意大利法律（D.M. 173/2016和D.M. 86/2023）确立的加权标准，对标准化生态毒理学试验结果进行加权处理，计算累积电池危害商数（HQ_b）并归一化至0–10范围，进而划分五个危害等级（从无到严重）。其二，概率效应水平（Probable Effect Level, PEL）方法，用于估算新的L2loc参考值，该方法通过计算效应数据集第50百分位数和无效应数据集第85百分位数的几何平均值来确定阈值，并对方法进行了修改以排除低于潟湖背景值的下尾数据。其三，针对多环芳烃（PAHs），采用美国环保署（US EPA）2003年提出的毒理学单位（Toxic Unit, TU）方法进行机理验证，基于PAH和总有机碳（TOC）浓度估算毒性单位，以验证经验方法推导的L2loc值的合理性。其四，生态毒理学测试包括三种生物测定：费氏弧菌（A. fischeri）固相试验、三角褐指藻（P. tricornutum）滤出液藻类生长抑制试验和紫海胆（P. lividus）胚胎毒性试验，其中胚胎毒性试验在去除总铵后进行以消除混淆因素影响。

四、研究结果

沉积物表征：化学与生态毒性。 生态毒理学结果显示，紫海胆胚胎毒性试验表现出比费氏弧菌生物发光抑制和藻类生长抑制更广泛和更强烈的毒性。具体而言，费氏弧菌试验中87.3%的样本表现为低毒性，而紫海胆胚胎毒性试验中38.1%的样本表现出超过80%的胚胎发育异常。根据HQ_ecotox值，23%的样本无毒性，7%低毒性，33%中等毒性，29%高毒性，8%极高毒性。化学分析涵盖了多种金属（As、Cd、Cr、CrVI、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、V、Al、Fe）、多环芳烃（PAHs）、碳氢化合物（C>12）、农药、有机锡化合物、多氯联苯（PCB）以及多氯二苯并二噁英/呋喃（PCDD/F）和类二噁英多氯联苯（PCB-dl）等污染物。

新L2loc值的推导。 研究人员采用PEL方法，基于更具代表性的2024–2025年数据集推导了新的L2loc值。无效应数据集（NO-TOX）包含HQ_ecotox<1.5且化学浓度至少与潟湖背景值下限一致或更高的样本；效应数据集（TOX）包含HQ_ecotox>1.5且化学浓度高于HQ_ecotox<1数据集中第90百分位数的样本，同时排除了去除总铵后仍残留氨的样本。对于PAHs，新L2loc值还通过US EPA的TU方法进行了机理验证，结果表明经验方法推导的阈值与基于TOC归一化的保护性浓度范围具有一致性。

分类标准的细化建议。 基于数据集分析结果，研究人员提出对现行分类标准进行细化。针对胚胎毒性试验的高敏感性，提出引入校正因子以平衡化学与生态毒理学证据之间的权重。同时建议根据潟湖沉积物的内在特征，包括细颗粒粒径和氨等混淆因素，对分类阈值和管理标准进行优化调整。

五、讨论与结论

研究讨论部分指出，HICSED-MODUS数据集虽然对初步估算L2loc值具有重要价值，但其局限性在于仅涵盖表层沉积物和浅水区域，对航道中实际疏浚沉积物的代表性不足。本研究基于2024–2025年大规模表征数据推导的新L2loc值更具代表性，能够更好地反映潟湖航道的实际沉积物条件。研究结论强调，新协议需要持续校准以适应潟湖沉积物的特定特征，本研究提出的校正因子和替代阈值有助于优化化学与生态毒理学证据之间的平衡，提高评估过程的可靠性。研究结果为威尼斯潟湖疏浚沉积物的可持续管理提供了透明的技术基础，支持沉积物在形态修复中的适当再利用，同时有助于优化疏浚作业的成本和资源配置。