新污染物的环境赋存具有浓度低、分布广、持久性强、易生物富集等典型特征，在水环境中通常处于微量或痕量水平。传统化学品风险评估主要依赖中、高剂量毒性数据，并据此推导预测无效应浓度（PNEC）作为安全阈值，用于判定污染物是否存在生态风险。然而，已有大量研究发现，新污染物在低于传统安全阈值的环境浓度下，仍能对水生生物产生以“低浓度刺激、高浓度抑制”为特征的毒物兴奋效应（Hormesis）。这种低浓度生态扰动通常不会引发显性生态危害，但可影响生物生理代谢、种群动态及群落稳定，是现有评估方法难以有效识别的隐性生态风险。

针对这一难题，中国科学院烟台海岸带研究所海洋生态毒理研究组（吴惠丰研究团队）围绕“低浓度风险如何识别、低剂量效应如何外推、环境相关浓度如何界定”三大关键科学问题开展了系统研究，在低浓度新污染物生态风险评估领域取得系列重要进展。相关成果先后发表于PNAS、Environmental Science & Technology和 Water Research等环境科学与生态毒理学领域权威期刊。

研究团队以全氟和多氟烷基物质、抗生素两类典型新污染物为研究对象，通过大样本数据分析与多尺度效应验证，证实新污染物可普遍诱导水生生物产生毒物兴奋效应，形成典型的双相剂量-效应关系，且其低浓度刺激效应的浓度区间与PNEC及自然水体实际浓度存在重叠。这一结果明确了传统单一阈值评估体系的缺陷，表明其可能系统性低估了低浓度新污染物的生态风险。

为破解传统评估方法的局限，团队提出预测无刺激浓度（PNSC）和预测无抑制浓度（PNIC）两个新的低浓度风险阈值，并与传统PNEC共同构成多阈值风险识别体系。该体系突破了以单一阈值为核心的“安全/不安全”二元判断模式，能够更早期、更灵敏地识别低浓度污染物的潜在风险，推动风险评估从“有无风险”向“风险类型与程度”的精细化转型。在此基础上，团队成功构建多阈值风险评估框架，将低浓度风险阈值纳入现行生态风险评估体系，并将其应用于全球水环境典型新污染物分级风险表征，识别出不同风险等级的热点区域（图1）。

图1 毒物兴奋效应风险阈值与多阈值生态风险评估框架及应用

在理论拓展层面，团队首次提出“生态兴奋效应”（Ecohormesis）概念，并给出科学定义：在不损害生态系统核心完整性前提下，生态系统受到轻度至中度胁迫后，通过自适应调控产生结构与功能改变，进而提升生态系统整体表现的响应过程（图2）。该概念将毒物兴奋效应从个体水平拓展至种群与群落水平，为实验室毒理效应向野外生态系统响应的外推奠定了概念基础。

图2 生态兴奋效应（Ecohormesis）概念图

针对长期制约低浓度生态毒理学研究的核心瓶颈—“环境相关浓度”缺乏统一量化标准，团队构建了基于环境浓度累积概率分布的分级量化框架，将自然水体污染物浓度划分为低、典型、高、极端四个等级，并利用全球两万余条监测数据进行了验证（图3）。该框架将实验浓度选择问题转变为概率量化问题，为生态毒理实验的规范设计提供了统计学基础，实现了环境监测、毒性测试与风险评估的有效衔接。

图3 基于累积概率分布的环境浓度分级假设及验证

上述系列成果完善了低浓度新污染物生态风险评估的理论与方法体系，为新污染物早期风险预警、分级管控和精准治理提供了原创性方法学工具，并为规范生态毒理学实验设计和提升生态系统韧性提供了理论支撑，精准契合国家“十五五”新污染物协同治理与全过程风险管控的战略需求。

相关系列论文中，烟台海岸带所孙涛助理研究员为第一作者，吴惠丰研究员为通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、泰山学者青年专家项目、山东省重点研发计划等项目的资助。

论文信息：

Tao Sun, Huifeng Wu*, Lennart Weltje, Evgenios Agathokleous, Edward J. Calabrese, John P. Sumpter. Probabilistically defining environmentally relevant concentrations in ecotoxicology. PNAS, 2026, 123: e2617990123.

Tao Sun, Huifeng Wu*, Chenglong Ji, Xiujuan Shan, Fei Li*. Unveiling subthreshold hormesis of antibiotics in global waters. Environmental Science & Technology, 2025, 59: 22212-22226.

Tao Sun, Huifeng Wu*. Making Waves: Advancing risk profiling of emerging water contaminants at low concentrations. Water Research, 2026, 292: 125337.

Tao Sun, Chenglong Ji, Fei Li, Huifeng Wu*. Time is ripe for targeting per- and polyfluoroalkyl substances-induced hormesis: Global aquatic hotspots and implications for ecological risk assessment. Environmental Science & Technology, 2024, 58: 9314-9327.

Tao Sun, Huifeng Wu*, Edward J. Calabrese. Ecohormesis: Reimagining stress adaptation for ecosystem resilience. Environmental Science & Technology Letters, 2026, 13: 433-435.