劉娜，金小偉，王業(yè)耀,2，王子健

1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京100083

2.中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京100012

3.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100085

生態(tài)毒理數(shù)據(jù)篩查與評價準(zhǔn)則研究

劉娜1，金小偉2,*，王業(yè)耀1,2，王子健3

1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京100083

2.中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京100012

3.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100085

化學(xué)品生態(tài)風(fēng)險評價和水質(zhì)基準(zhǔn)研究需要大量生態(tài)毒理數(shù)據(jù)，由于目前關(guān)于化學(xué)品毒性效應(yīng)的研究較多，不同文獻(xiàn)對同一測試終點的報道常常存在一定的差異，數(shù)據(jù)選擇不當(dāng)會直接影響最終評價結(jié)果。為了降低專業(yè)人員在數(shù)據(jù)篩選過程中的主觀影響，有必要制定一套科學(xué)合理、操作性強的數(shù)據(jù)篩查與評價準(zhǔn)則。本文整理比較了美國、荷蘭、德國和澳大利亞等4個國家的5個毒理數(shù)據(jù)篩查與評價方法，并以荷蘭的CRED方法為主，結(jié)合另外4個篩選方法以及現(xiàn)有的水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)指南和生態(tài)風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則，從可靠性、相關(guān)性、精確性三個方面詳細(xì)闡述了數(shù)據(jù)質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)與使用規(guī)范。其中數(shù)據(jù)質(zhì)量評價包括五個方面：(1)實驗設(shè)計，包括測試標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程、數(shù)據(jù)有效性、對照組設(shè)置；(2)實驗試劑的純度及其雜質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)；(3)受試生物的基本信息和來源；(4)暴露條件，包括試驗系統(tǒng)、暴露濃度設(shè)置及變化、暴露時間、生物負(fù)荷；(5)數(shù)據(jù)分析，包括平行樣、統(tǒng)計分析方法、濃度-效應(yīng)關(guān)系、原始數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)使用規(guī)范主要考慮受試生物、測試終點和暴露場景與評價目標(biāo)的相關(guān)性，以及生態(tài)風(fēng)險評價和水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)對數(shù)據(jù)精確性的要求。這些均可為我國從事生態(tài)風(fēng)險評價和水質(zhì)基準(zhǔn)研究的工作人員提供有益借鑒，使數(shù)據(jù)篩選過程更加客觀、統(tǒng)一，同時還可以作為毒理實驗論文撰寫依據(jù)，提高數(shù)據(jù)報道質(zhì)量。

生態(tài)毒理數(shù)據(jù)；篩查與評價；可靠性；相關(guān)性；生態(tài)風(fēng)險評價；水質(zhì)基準(zhǔn)

劉娜,金小偉,王業(yè)耀,等.生態(tài)毒理數(shù)據(jù)篩查與評價準(zhǔn)則研究[J].生態(tài)毒理學(xué)報,2016,11(3):1-10

Liu N,Jin X W,Wang Y Y,et al.Review of criteria for screening and evaluating ecotoxicity data[J].Asian Journal of Ecotoxicology,2016,11(3):1-10 (in Chinese)

制定化學(xué)品水質(zhì)基準(zhǔn)、推導(dǎo)預(yù)測無觀察效應(yīng)濃度(predicted no effect concentrations,PNECs)以及開展生態(tài)風(fēng)險評價時往往需要大量的生態(tài)毒理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響最終的結(jié)論，不好的數(shù)據(jù)無法正確解釋參數(shù)的自然變異性，可能會產(chǎn)生不正確的評價結(jié)果[1]。因此，污染物毒理數(shù)據(jù)是水質(zhì)基準(zhǔn)及風(fēng)險評價研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，在生態(tài)風(fēng)險評價和水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)過程中，首先要保證毒理數(shù)據(jù)的質(zhì)量[2-3]。毒理數(shù)據(jù)一般通過數(shù)據(jù)庫或文獻(xiàn)檢索獲得，雖然目前關(guān)于化學(xué)品生態(tài)毒性效應(yīng)的研究較多，由于毒性試驗由不同試驗人員分別在其各自的試驗室獨立完成，試驗結(jié)果可能受到各種因素的影響。為了保證所用數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性、可比性，需要在篩選過程中對毒性試驗的質(zhì)量控制與質(zhì)量保證措施做出嚴(yán)格要求[4-5]。

在水環(huán)境生態(tài)風(fēng)險管理研究中，環(huán)境暴露、效應(yīng)識別和風(fēng)險評估是三個重要內(nèi)容[6]，目前我國關(guān)于水質(zhì)基準(zhǔn)和生態(tài)風(fēng)險評價研究較多的是統(tǒng)計模型和推導(dǎo)方法的比較[7-8]、最少毒性數(shù)據(jù)需求(minimum toxicity data requirement,MTDR)以及生物效應(yīng)比(biology-effect ratio,BER)[7-8]，對于毒理數(shù)據(jù)篩查與評價準(zhǔn)則，基本參照國外發(fā)達(dá)國家的方法，如Klimisch法則[9-10]，無論在數(shù)據(jù)的質(zhì)量評價，還是在方法的適應(yīng)性方面，仍有一些科學(xué)問題不明確，缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識。同時，隨著研究的深入，數(shù)據(jù)篩查與評價方法不斷更新和細(xì)化。因此，在比較、總結(jié)國外的先進(jìn)經(jīng)驗和最新成果的基礎(chǔ)上，提出適合我國目前生態(tài)毒理學(xué)研究水平的科學(xué)、完善的毒理數(shù)據(jù)篩查與評價方法，有助于提高我國水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)和化學(xué)品生態(tài)風(fēng)險評價的質(zhì)量。

1 生態(tài)毒理數(shù)據(jù)篩查與評價準(zhǔn)則概述（General introduction to screening and evaluating criteria）

歐盟“環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)推導(dǎo)技術(shù)指南”[11]采用Klimisch等[12]建立的數(shù)據(jù)評價方法體系，從可靠性和相關(guān)性兩個方面對毒理數(shù)據(jù)進(jìn)行篩查。可靠性是指試驗所采用的方法是否按照標(biāo)準(zhǔn)的實驗方法，試驗過程和試驗結(jié)果的描述是否清楚、合理；相關(guān)性是指所得試驗數(shù)據(jù)的效應(yīng)和終點是否與特定的風(fēng)險評價相一致。該體系將毒理數(shù)據(jù)的可靠性分為可靠(完全符合標(biāo)準(zhǔn))、限制性可靠(部分信息缺失)、不可靠(不符合標(biāo)準(zhǔn))和不確定(數(shù)據(jù)來自摘要或二次引用文獻(xiàn)，缺乏相關(guān)信息)4個等級，判斷依據(jù)主要包括：是否使用國際或國家標(biāo)準(zhǔn)測試方法，操作過程是否遵循藥物非臨床研究質(zhì)量管理規(guī)范(Good Laboratory Practices,GLP)[13]；對于非標(biāo)準(zhǔn)測試方法的試驗，所用實驗方法是否科學(xué)合理；試驗過程和試驗結(jié)果的描述是否詳細(xì)；文獻(xiàn)有沒有提供原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)相關(guān)性主要考慮試驗生物及暴露場景與評價區(qū)域的一致性，非標(biāo)準(zhǔn)模式生物的適用性，以及試驗設(shè)計是否充分考慮測試藥品的物理化學(xué)性質(zhì)。類似地，Durda等[14]提出了30個判斷依據(jù)，將數(shù)據(jù)質(zhì)量分為高、中、低、不可靠、不確定5個等級；Hobbs等[15]對20個賦予不同權(quán)重的問題進(jìn)行評分，根據(jù)評價總分占總可能分值(取決于數(shù)據(jù)類型)的百分比，將數(shù)據(jù)分為可接受、不可接受、高質(zhì)量3種情況(表1)。目前Klimisch方法在國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛[16]，但該方法缺少一些重要的評價指標(biāo)，對已有的評價指標(biāo)尤其是數(shù)據(jù)相關(guān)性評價，缺乏必要的解釋說明，專業(yè)人員在使用過程中容易產(chǎn)生分歧[17-18]。

在Klimisch評價方法體系的基礎(chǔ)上，荷蘭國家公共衛(wèi)生與環(huán)境研究院(RIVM)于2016年總結(jié)發(fā)表了生態(tài)毒理數(shù)據(jù)報道與評價標(biāo)準(zhǔn)(Criteria for reporting and evaluating ecotoxicity data,CRED)[19]，包括20個可靠性標(biāo)準(zhǔn)和13個相關(guān)性標(biāo)準(zhǔn)。其中可靠性評價標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容及分級方法與Klimisch基本一致，但對試驗設(shè)計、試驗試劑、受試生物、暴露條件、試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等進(jìn)行了更詳細(xì)的描述。此外，CRED充分考慮了毒理數(shù)據(jù)對生態(tài)風(fēng)險評價案例的適用性，豐富了受試生物及暴露場景與生態(tài)風(fēng)險評價的相關(guān)性評價標(biāo)準(zhǔn)，并按照可靠性分級方法，將數(shù)據(jù)相關(guān)性分為相關(guān)、限制性相關(guān)、不相關(guān)、不確定4個等級。實驗證明，CRED評價標(biāo)準(zhǔn)比常用的Klimisch方法描述更精確、通俗易懂，不同人員利用該方法得出的評價結(jié)果具有高度一致性[19]。

此外，美國環(huán)保署(United States Environmental Protection Agency,USEPA)于2011年頒布了修訂版“開放文獻(xiàn)的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)評估指南”[20]，用于指導(dǎo)識別、選擇和獲取公開發(fā)表的生態(tài)毒理數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)評估與分類、數(shù)據(jù)應(yīng)用三個部分。第一部分為ECOTOX數(shù)據(jù)庫和農(nóng)藥項目辦公室(the Office of Pesticide Programs,OPP)各自認(rèn)可的文獻(xiàn)篩查標(biāo)準(zhǔn)，要求所用數(shù)據(jù)必須來自已公開的英文文獻(xiàn)，文獻(xiàn)中必須提供足夠的佐證資料證明試驗過程和結(jié)果的可靠性，列出了14條接受標(biāo)準(zhǔn)和26條不可接受標(biāo)準(zhǔn)；第二部分詳細(xì)闡述了數(shù)據(jù)評估與分類標(biāo)準(zhǔn)，包括15條試驗內(nèi)容、28條與水生生物相關(guān)的無效數(shù)據(jù)判斷標(biāo)準(zhǔn)、4條定量數(shù)據(jù)判斷標(biāo)準(zhǔn)，將ECOTOX或OPP接受的數(shù)據(jù)分為定量、定性、無效3種類型(表1)；第三部分分別闡述了定量數(shù)據(jù)、定性數(shù)據(jù)、混合物和以亞致死效應(yīng)為測試終點的敏感數(shù)據(jù)在生態(tài)風(fēng)險評價過程中的使用原則。

表1 生態(tài)毒理數(shù)據(jù)篩查與評價準(zhǔn)則概述Table 1 Review of criteria for screening and evaluating ecotoxicity data

2 生態(tài)毒理數(shù)據(jù)質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)（Evaluation criteria for the quality of ecotoxicity data）

一般認(rèn)為，嚴(yán)格按照OECD、ISO等標(biāo)準(zhǔn)測試方法和GLP操作規(guī)程得到的毒理數(shù)據(jù)質(zhì)量較高，可直接采用。反之，對于沒有按照標(biāo)準(zhǔn)測試方法或GLP操作規(guī)程所進(jìn)行的試驗，則需要對其數(shù)據(jù)質(zhì)量的可靠性進(jìn)行評價。下面以CRED方法為主，結(jié)合另外4種數(shù)據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)，以及美國[21-22]、加拿大[23]、澳大利亞和新西蘭[24]等國家及歐盟[11,25]的水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)和生態(tài)風(fēng)險評價指南，從試驗設(shè)計、試驗試劑、受試生物、暴露條件、數(shù)據(jù)分析5個方面介紹生態(tài)毒理數(shù)據(jù)質(zhì)量評價準(zhǔn)則。

2.1 試驗設(shè)計

a.試驗方法。毒理試驗應(yīng)按照國際或國家標(biāo)準(zhǔn)測試方法進(jìn)行，否則應(yīng)對試驗設(shè)計及結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)說明；若試驗設(shè)計有缺陷或試驗數(shù)據(jù)無統(tǒng)計學(xué)意義，即使按照標(biāo)準(zhǔn)測試方法得到的數(shù)據(jù)也不可靠。

b.試驗過程。一般情況下，試驗過程遵循GLP規(guī)范的數(shù)據(jù)可靠性較高，但GLP只是一種通過試驗記錄和操作過程控制來確保數(shù)據(jù)質(zhì)量的管理體系[13,26]，不是評價數(shù)據(jù)可靠性的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。

c.數(shù)據(jù)有效性。為保證試驗數(shù)據(jù)合理有效，對照組(包括空白對照組和溶劑對照組)與試驗組生物應(yīng)來自同一個種群，且對照組的參數(shù)變化范圍與歷史數(shù)據(jù)一致。例如，OECD指南要求藻類毒理試驗開始的72 h內(nèi)對照組的藻細(xì)胞呈指數(shù)增長[27]，溞類急性活動抑制試驗要求試驗結(jié)束時對照組的溞類受抑制率不超過10%，對照組和試驗組的溶解氧濃度不小于3 mg·L-1[28]。當(dāng)受試生物為非模式生物時，應(yīng)判斷其與模式生物的相似性，對照組的死亡率、生長率是否在該物種的正常范圍內(nèi)。

d.對照組。試驗必須設(shè)置空白對照組，如果使用助溶劑還需設(shè)置溶劑對照組，無對照組以及對照組中生物死亡過多或顯示出壓力、疾病跡象的數(shù)據(jù)禁止使用[20-21]；當(dāng)溶劑對照組的死亡率高于空白對照組時，應(yīng)以溶劑對照組為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，若溶劑對照組的死亡率過高，數(shù)據(jù)可靠性需進(jìn)行專家判斷[19]；當(dāng)測試指南要求設(shè)置陽性對照組時，缺乏陽性對照組會降低該毒理數(shù)據(jù)的可靠性[14-15]。

2.2 試驗試劑

a.受試物。首先應(yīng)明確受試物的準(zhǔn)確名稱及化學(xué)品登記號(CAS)。對于在大多數(shù)自然水體中以離子形式存在的化學(xué)品，其在化學(xué)平衡中的所有形式通常被認(rèn)為是一種物質(zhì)[21,29]，因此，當(dāng)受試物為無機鹽時，若測試結(jié)果以質(zhì)量濃度表示，應(yīng)說明試驗試劑的化學(xué)形式(鹽單質(zhì)、正/負(fù)離子、是否含結(jié)合水)。

b.試劑純度。一般來說試劑純度應(yīng)大于80%。歐盟規(guī)定當(dāng)試劑純度＜90%時，名義測試結(jié)果應(yīng)根據(jù)試劑純度進(jìn)行糾正[11]；OECD測試指南規(guī)定試驗試劑使用“合適的純度”，純度越低數(shù)據(jù)可靠性越差(以實測濃度表示的數(shù)據(jù)除外)；US EPA規(guī)定在適當(dāng)?shù)那闆r下可以使用工業(yè)級化學(xué)品的試驗數(shù)據(jù)，配方混合物和乳狀濃縮物的試驗數(shù)據(jù)只能提供輔助信息，不能用于基準(zhǔn)推導(dǎo)[21]。

c.配方混合物與雜質(zhì)。當(dāng)試驗試劑為配方混合物或含有雜質(zhì)時，應(yīng)確定混合物中對生物體產(chǎn)生暴露的每一種化學(xué)組分的含量及其生態(tài)毒性效應(yīng)，因為助溶劑等惰性成分可能會顯著提高或降低受試物的毒性效應(yīng)[19]。如果試劑含有堿性和酸性物質(zhì)，還應(yīng)提供測試樣品的中和反應(yīng)數(shù)據(jù)[12]。

2.3 受試生物

a.基本信息。包括受試生物的科學(xué)名稱、年齡或所處生命階段(幼年、青年、成年)，當(dāng)受試物為激素類物質(zhì)時，還應(yīng)說明受試生物的性別。

b.受試生物來源。為保證受試生物健康可靠，應(yīng)說明受試生物的來源(試驗室、野外)，野外收集的還應(yīng)說明具體地理位置；試驗前應(yīng)在試驗條件下馴養(yǎng)，避免因生存條件的改變而受到影響。由于野生物種可能在試驗前已經(jīng)暴露于受試物或其他污染物，因此受試生物來自野外的試驗數(shù)據(jù)可靠性偏低[19]。

2.4 暴露條件

a.試驗系統(tǒng)與試驗試劑。必須根據(jù)試驗試劑的物理化學(xué)性質(zhì)選擇適宜的試驗系統(tǒng)，并提供pH值、硬度、堿度等水質(zhì)參數(shù)。例如：針對疏水性物質(zhì)的試驗應(yīng)選擇玻璃容器，不應(yīng)使用塑料或其他具有吸附作用的材質(zhì)；靜態(tài)試驗系統(tǒng)適用于穩(wěn)定化學(xué)品的短期暴露，不適用于長期暴露；大部分試驗為開放型試驗系統(tǒng)，但揮發(fā)性物質(zhì)應(yīng)使用密閉式試驗系統(tǒng)；對于易揮發(fā)、易水解或易降解的物質(zhì)，只采用流水系統(tǒng)的試驗數(shù)據(jù)，且試驗過程中對受試物濃度進(jìn)行監(jiān)控，否則視為不可靠數(shù)據(jù)[19,21]。

b.試驗系統(tǒng)與受試生物。試驗系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)受試生物的生存特點進(jìn)行選擇。例如：淡水生物不應(yīng)用于咸水試驗系統(tǒng)；對于可光降解化學(xué)品，魚類和大型溞試驗在避光條件下進(jìn)行，但藻類生長需要光照條件；溫度、pH值、溶解氧等試驗條件應(yīng)根據(jù)受試生物的生存要求穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)；急性毒性試驗不允許喂食，慢性毒性試驗需定期喂食，但應(yīng)說明食物類型[20]并及時清理食物殘渣；對于需要基質(zhì)的昆蟲類水生生物試驗，應(yīng)選擇石英砂、玻璃珠等惰性材料做基質(zhì)[30]。

c.暴露濃度的有效性。如果暴露濃度不是實測濃度，當(dāng)暴露濃度高于溶解度時需要對其有效性進(jìn)行專家判斷，高于溶解度10倍的名義濃度通常認(rèn)為是不可靠數(shù)據(jù)[31]；試驗過程中出現(xiàn)沉淀物，說明試驗實際濃度低于名義濃度，數(shù)據(jù)不可靠。如果試驗需要助溶劑，其濃度不應(yīng)大于0.01%。

d.濃度間隔。試驗組濃度間隔不宜過大，尤其是用于推導(dǎo)無觀察效應(yīng)濃度(NOEC)的試驗數(shù)據(jù)。毒理試驗常用的濃度間隔系數(shù)為3.2，最大不超過10。

e.暴露時間。一般情況下，暴露時間指受試生物實際暴露時間，而非試驗持續(xù)時間。對于有延遲效應(yīng)的試驗，應(yīng)說明觀察時間與暴露結(jié)束的時間間隔。

f.濃度變化。首先應(yīng)明確用于計算效應(yīng)濃度的數(shù)據(jù)是試驗初始/終止?jié)舛?，還是算數(shù)平均/幾何平均濃度。穩(wěn)定化學(xué)品的急性毒性試驗或半靜態(tài)慢性毒性試驗可直接使用名義濃度，其他其他情況則需要考慮試驗過程中的濃度變化，至少需要提供試驗初始濃度和終止?jié)舛?。正常情況下，實測濃度為名義濃度的80%～120%，否則應(yīng)分析濃度變化原因，并說明分析方法。

g.生物負(fù)荷。生態(tài)毒理試驗應(yīng)控制容器內(nèi)單位體積的生物量，例如，OECD推薦靜態(tài)和半靜態(tài)魚類急性毒性試驗的最大負(fù)荷為1.0 g·L-1，流水試驗的生物負(fù)荷可以適度提高，但當(dāng)試劑的logKOW＞3時，需考慮生物吸附性，避免試劑濃度因生物負(fù)荷的提高而降低。

2.5 數(shù)據(jù)分析

a.平行樣。試驗應(yīng)按照測試標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置一定數(shù)量的平行樣，每個平行對照組和測試組中應(yīng)有足夠數(shù)量的受試生物。對于未按照試驗標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定平行樣的試驗數(shù)據(jù)，需評價其是否具有統(tǒng)計學(xué)意義。

b.統(tǒng)計分析方法。試驗數(shù)據(jù)應(yīng)針對不同測試終點(ECX/LCX/NOEC/LOEC)選擇相應(yīng)的統(tǒng)計分析方法，并詳細(xì)說明統(tǒng)計學(xué)參數(shù)。例如，計算ECX應(yīng)使用內(nèi)插法而非外推法，計算結(jié)果不應(yīng)低于或高于試驗濃度，當(dāng)EC10比最低試驗濃度低3倍以上時，數(shù)據(jù)可靠性較低；NOEC應(yīng)根據(jù)統(tǒng)計學(xué)顯著性的計算結(jié)果獲得，通過觀察圖/表得到的為不可靠數(shù)據(jù)[19]。

c.濃度-效應(yīng)關(guān)系。OECD評價指南規(guī)定，用于生態(tài)風(fēng)險評價的毒理數(shù)據(jù)必須具有明顯的濃度-效應(yīng)關(guān)系[32]，當(dāng)缺少濃度-效應(yīng)關(guān)系時，通過統(tǒng)計分析計算出的測試終點值為限制性可靠[19]。

d.原始數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)中應(yīng)提供詳細(xì)的原始數(shù)據(jù)，用于檢查試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學(xué)意義和對照組的有效性，驗證文獻(xiàn)給出的計算結(jié)果，還可以用于計算評價需要但文獻(xiàn)中未給出的測試終點(如NOEC)。缺少原始數(shù)據(jù)的毒理數(shù)據(jù)為限制性可靠[12,19]。

比較5種數(shù)據(jù)篩查與評價方法(表2)，盡管評價標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)節(jié)描述存在差異，但基本包含了所有關(guān)鍵因素，其中CRED方法考慮的最全面，并對各評價因素進(jìn)行了詳細(xì)的解釋，具有較強的實用性和可操作性。US EPA在“開放文獻(xiàn)的生態(tài)毒理數(shù)據(jù)評估指南”數(shù)據(jù)評估與分類部分闡述的數(shù)據(jù)質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容與另外4種方法大致相同，但根據(jù)ECOTOX數(shù)據(jù)庫接受標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)篩選僅致力于文獻(xiàn)中試驗方法和結(jié)果的充分性，對數(shù)據(jù)質(zhì)量評價因素考慮的較少，因此來自ECOTOX數(shù)據(jù)庫[33]的資料應(yīng)與原始文獻(xiàn)進(jìn)行核對，判斷其是否滿足風(fēng)險評價所要求的質(zhì)量水平[29]。

表2 數(shù)據(jù)篩查與評價方法所涉及的數(shù)據(jù)質(zhì)量評價因素?Table 2 Elements used for evaluating data quality in different methods*

3 生態(tài)毒理數(shù)據(jù)使用規(guī)范（Guideline for using ecotoxicity data）

對某一個特定化學(xué)品，當(dāng)有多個測試終點的數(shù)據(jù)可用時，應(yīng)根據(jù)具體的生態(tài)風(fēng)險評價目標(biāo)及評價模型篩選出最相關(guān)的數(shù)據(jù)，即評價數(shù)據(jù)的相關(guān)性與適用性；當(dāng)相關(guān)測試終點存在多個可靠數(shù)據(jù)時，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)一步整理，得到最精確的數(shù)據(jù)，用于生態(tài)風(fēng)險評價或水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)。

3.1 數(shù)據(jù)的相關(guān)性

Klimisch提出了3個相關(guān)性評價標(biāo)準(zhǔn)：受試生物及試驗暴露場景的設(shè)計是否與評價區(qū)域的污染情況一致，非標(biāo)準(zhǔn)模式生物的毒理數(shù)據(jù)是否有意義，試驗設(shè)計是否充分考慮了受試物的物理化學(xué)性質(zhì)。CRED從13個方面對受試生物和暴露場景的相關(guān)性評價進(jìn)行了更詳細(xì)的闡述。

a.受試生物與評價目標(biāo)的空間一致性。例如，陸生植物對某一化學(xué)品的敏感性與水生態(tài)風(fēng)險評價相關(guān)性不大；海水生物毒性數(shù)據(jù)是否適用于淡水生態(tài)系統(tǒng)，取決于所依據(jù)的生態(tài)風(fēng)險評價或水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)指南[19]。對于非本地種是否可以用來推導(dǎo)區(qū)域水生態(tài)基準(zhǔn)目前尚存在爭議[34]，US EPA規(guī)定必須以北美地區(qū)物種的毒理數(shù)據(jù)計算水質(zhì)基準(zhǔn)值[21]，澳大利亞也建議只用澳大利亞本地或區(qū)域水生態(tài)毒理數(shù)據(jù)[24,34]。然而，研究表明，地理分布區(qū)域?qū)τ跇?gòu)建物種敏感度分布曲線(species sensitivity distribution, SSD)沒有顯著性影響，而物種的種類則影響其敏感度分布[10,35]；Jin等[36]通過整理38種化學(xué)物質(zhì)的HC5(對5%生物產(chǎn)生危害的濃度)，比較和驗證了本土物種與非本土物種的敏感性差異。結(jié)果顯示在不使用安全系數(shù)的條件下，使用非本土物種的數(shù)據(jù)推導(dǎo)74%的化合物可以為本土物種提供足夠的保護(hù)，如果使用10作為安全系數(shù)，不確定的化合物的比例可以下降到10%。

b.受試生物與化學(xué)品的相關(guān)性。不同類型化學(xué)品的毒性效應(yīng)機理存在顯著差異，敏感性生物類群也不同[34-35]；對于內(nèi)分泌干擾物類化學(xué)品，雄性和雌性生物的毒性效應(yīng)也存在差異，因此，應(yīng)根據(jù)評價目的與評價方法選擇相關(guān)生物的毒理數(shù)據(jù)。當(dāng)評價化學(xué)品對某一個特定物種的潛在風(fēng)險時，應(yīng)同時關(guān)注敏感生物的毒性效應(yīng)，例如，研究殺蟲劑對某生物的毒性效應(yīng)時，應(yīng)同時關(guān)注昆蟲的毒理數(shù)據(jù)[19]；而對于繁殖/生殖毒性類化合物，魚類的繁殖損傷毒性數(shù)據(jù)相比無脊椎水生動物更為敏感[37-38]。對于水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)，US EPA規(guī)定在8個科中分別選擇1種最敏感生物的毒性數(shù)據(jù)[21]；而構(gòu)建SSD曲線則需要大量毒理數(shù)據(jù)，非敏感物種也具有相關(guān)性[38]。

c.測試終點與管理目標(biāo)的相關(guān)性。在水質(zhì)基準(zhǔn)和風(fēng)險評價研究中，應(yīng)針對不同的環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，選取恰當(dāng)?shù)亩拘詼y試終點。例如，對于偶發(fā)的環(huán)境污染事故，通常采用急性毒理數(shù)據(jù)；對于長期持續(xù)暴露的污染物風(fēng)險評價，主要采用慢性毒理數(shù)據(jù)[5]。US EPA規(guī)定在推導(dǎo)短期水質(zhì)基準(zhǔn)時，枝角類和蚊類以48 h EC50來表示，其他水生物種以96 h EC50表示，當(dāng)缺乏EC50時用LC50代替；推導(dǎo)長期水質(zhì)基準(zhǔn)時，優(yōu)先采用NOEC作為評價終點，當(dāng)未搜索到NOEC時，用LOEC替代[21]。

d.測試終點與作用模式的相關(guān)性。環(huán)境中污染物種類繁多，包括有毒有機污染物、重金屬、營養(yǎng)元素等，不同類別的污染物其作用位點和作用機制存在很大差異[6]。當(dāng)對有特殊作用模式的化學(xué)品進(jìn)行風(fēng)險評價時，以該特殊作用模式或有害結(jié)局路徑(adverse outcome pathway,AOP)為測試終點的數(shù)據(jù)相關(guān)性最大。例如，內(nèi)分泌類干擾物(endocrine disrupting chemicals,EDCs)對魚類繁殖毒性影響最大[37-38]，研究其對魚類雌激素、雄激素、類固醇生合成機制的干擾時，相關(guān)測試終點分別為卵黃蛋白原濃度、第二性征、性別比[39]。

e.測試指標(biāo)與種群水平的相關(guān)性。一般認(rèn)為只有生存、生長、繁殖等傳統(tǒng)測試終點具有種群相關(guān)性，然而研究表明某些非傳統(tǒng)測試指標(biāo)(如過濾速度和動物行為)也具有種群相關(guān)性[19]。因此，推導(dǎo)水質(zhì)基準(zhǔn)時，除了US EPA使用的傳統(tǒng)測試終點[21]，OECD還考慮了生化測試終點[32]，荷蘭在采用傳統(tǒng)測試終點的同時將生殖器官的病變、產(chǎn)卵量、受精率、孵化率等歸納為“繁殖效應(yīng)”[40]，加拿大將病理學(xué)、行為學(xué)、生理學(xué)的效應(yīng)作為次等數(shù)據(jù)用于推導(dǎo)臨時基準(zhǔn)[23]。

f.效應(yīng)量級的統(tǒng)計學(xué)顯著性與生物學(xué)的相關(guān)性。當(dāng)試驗控制變量相對較小時，微小的變化也具有統(tǒng)計學(xué)顯著性，但不一定具有生態(tài)相關(guān)性，此時應(yīng)由專家判斷該現(xiàn)象是否由受試物引起。推導(dǎo)慢性風(fēng)險值時，優(yōu)先考慮EC10和NOEC，缺乏EC10和NOEC時可以用EC50替代；歐盟規(guī)定推導(dǎo)急性風(fēng)險值時EC50優(yōu)于NOEC/EC10，當(dāng)數(shù)據(jù)庫中的某個急性EC50低于最小的慢性NOEC時，在風(fēng)險評價過程中應(yīng)根據(jù)該信息調(diào)整評價因子(assessment factor,AF)。

g.受試生物的生命階段?；跍y試終點和暴露時間，毒理試驗分為全生命周期、部分生命周期以及早期生命階段3類，受試生物的生命階段應(yīng)與研究目的一致。例如，一般認(rèn)為早期生命階段的試驗與發(fā)育效應(yīng)相關(guān)，與傳統(tǒng)的繁殖效應(yīng)不相關(guān)[19]；US EPA規(guī)定,計算慢性毒性值時優(yōu)先選擇全生命周期和部分生命周期的試驗數(shù)據(jù)，缺乏這兩類數(shù)據(jù)時，可以用早期生命階段試驗數(shù)據(jù)對其進(jìn)行預(yù)測[21,41]。

h.試驗條件與受試生物的相關(guān)性。試驗過程中暴露途徑與暴露條件應(yīng)與受試生物的自然生存條件一致，例如，淡水生物必須在淡水中進(jìn)行試驗，咸水生物在咸水中進(jìn)行試驗。當(dāng)受試生物(如，搖蚊)通過水相暴露時，作為棲身之地或產(chǎn)卵基質(zhì)的沉積物，應(yīng)選擇玻璃珠、石英砂、棉布等惰性材料，以避免對水相中的受試物造成干擾。

i.試驗周期與測試終點及受試物種的相關(guān)性。一般情況下，藻類暴露試驗不超過3～4 d，如果試驗所用藻種生長較慢，可延長至7 d；大部分測試標(biāo)準(zhǔn)建議魚類急性試驗周期為96 h，但5 d或10 d的暴露數(shù)據(jù)依然具有相關(guān)性[21]。

j.生物恢復(fù)性。除了歐盟對植物保護(hù)產(chǎn)品的風(fēng)險評價，大部分水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)和風(fēng)險評價指南未考慮生物恢復(fù)性。

k.試驗試劑與目標(biāo)化學(xué)品的相關(guān)性。對于配方混合物、鹽類或代謝產(chǎn)物類，應(yīng)考慮試驗試劑是否與待評價的化學(xué)品相關(guān)。對藥物類進(jìn)行風(fēng)險評價時，其代謝產(chǎn)物也許比藥物本身的毒理數(shù)據(jù)相關(guān)性更大；對于不穩(wěn)定化學(xué)品，應(yīng)考慮試驗過程中是否有代謝產(chǎn)物產(chǎn)生，如果引起毒性效應(yīng)的不是受試物本身而是其代謝產(chǎn)物，其數(shù)據(jù)相關(guān)性應(yīng)進(jìn)行專家判斷[19]。

l.試驗暴露場景與化學(xué)品的相關(guān)性。生態(tài)風(fēng)險評價應(yīng)選擇試驗暴露場景(包括試驗周期、暴露濃度、投藥量、給藥途徑、暴露方式等)與污染物實際暴露情況一致的毒理數(shù)據(jù)。例如，對于農(nóng)藥或獸藥類污染物，如果環(huán)境預(yù)測濃度為瞬時峰值，該污染物的魚類慢性毒理數(shù)據(jù)的相關(guān)性較?。环粗?，當(dāng)污染物持久存在時，魚類慢性毒理數(shù)據(jù)的相關(guān)性較大[19]。對于沒有環(huán)境濃度/劑量或施用率報道的化學(xué)品，美國ECOTOX數(shù)據(jù)庫拒絕收錄相關(guān)毒理數(shù)據(jù)[20]。

m.試驗暴露場景與受試生物的相關(guān)性。根據(jù)生態(tài)風(fēng)險評價框架與評價目的，某些暴露場景不一定適合受試生物。例如，持續(xù)時間為幾分鐘的短期暴露試驗適用于以魚卵為研究對象的繁殖毒性試驗，而不一定適用于成年魚的急性或慢性毒性效應(yīng)研究。

3.2 數(shù)據(jù)的精確性

由于目前存在大量生態(tài)毒理試驗相關(guān)的文獻(xiàn)報道，毒理數(shù)據(jù)在經(jīng)過可靠性和相關(guān)性篩選之后，還需要根據(jù)不同的情況對數(shù)據(jù)進(jìn)一步整理，使用最精確的數(shù)據(jù)來推導(dǎo)水質(zhì)基準(zhǔn)值或進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價。

當(dāng)一個測試物種有多個測試終點或生命階段的毒性數(shù)據(jù)可用時，一般選擇最敏感測試終點或最敏感生命階段的毒性數(shù)據(jù)[21,25,42]；當(dāng)某一物種在特定測試終點有多個毒性數(shù)據(jù)時，根據(jù)其相對質(zhì)量的評價或不確定性分析的分布值，可能適用于這些值的幾何平均數(shù)[11,24,32,42]、加權(quán)平均數(shù)或算術(shù)平均值[43]，也可以直接選擇最小值[20]；如果試驗參數(shù)(如，水的硬度或pH)的變化導(dǎo)致不同的效應(yīng)值，可以將這些變量作為函數(shù)參數(shù)建立毒性效應(yīng)模型，例如，US EPA關(guān)于硬度函數(shù)的金屬毒性對水生生物作用模型[44]；US EPA規(guī)定在將急性值與同一物種以及同一屬中的其他物種的急性和慢性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的過程中出現(xiàn)疑問時(例如，某一物種或?qū)俚募毙灾档牟町惔笥?0倍)，某些數(shù)值或全部相關(guān)數(shù)值均不得用于計算[21]。

此外，對于試劑純度、測試指標(biāo)、受試物種等方面不符合要求的數(shù)據(jù)或定性數(shù)據(jù)，如果是由重要物種獲得、已測定試驗濃度或測試終點在生物學(xué)上非常重要，這類數(shù)據(jù)可以作為輔助信息，用于說明可能發(fā)生毒性效應(yīng)的濃度范圍[19,21]。

4 展望（Perspective）

開展污染物生態(tài)風(fēng)險評價以及推導(dǎo)科學(xué)合理的水生態(tài)基準(zhǔn)值依賴于有足夠數(shù)量且高質(zhì)量的不同生物類群的生態(tài)毒理和理化數(shù)據(jù)。目前國外對生態(tài)毒理數(shù)據(jù)篩查方法的研究已經(jīng)相對成熟。數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠性評價主要以文獻(xiàn)中對試驗信息的描述為基礎(chǔ)，關(guān)于試驗方法、測試過程和統(tǒng)計分析的描述越詳細(xì)，數(shù)據(jù)篩查結(jié)果的精確性越高。一套完善的數(shù)據(jù)篩查與評價方法不僅為生態(tài)風(fēng)險評價與水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)提供技術(shù)支撐，還可以用于指導(dǎo)生態(tài)毒理試驗報告編寫，使試驗報告信息表述更加完整。然而，建立一套科學(xué)、完善的生態(tài)毒理數(shù)據(jù)篩查與評價方法還需要解決以下關(guān)鍵問題：

(1)由于不同生物類群的敏感性差異，物種的種類明顯影響物種敏感度分布曲線。敏感物種的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)結(jié)果決定生態(tài)風(fēng)險評價的結(jié)果。建立一個模式生物需要充分的生物學(xué)背景資料，以及充分的毒性和毒理測試數(shù)據(jù)條件，標(biāo)準(zhǔn)化過程通常需要多年的時間。同樣，任何一中標(biāo)準(zhǔn)化的測試方法需要從大量備選方法中篩選，并經(jīng)過質(zhì)量認(rèn)證和大量應(yīng)用性檢驗，以保證方法能夠獲得具有代表性的毒性數(shù)據(jù)。

(2)有毒化學(xué)品的種類繁多，不同類別的污染物其作用位點和作用機制存在很大差異。選擇污染物特殊作用模式或AOP特殊測試終點為研究對象的數(shù)據(jù)相關(guān)性最大。準(zhǔn)確評估污染物的生態(tài)風(fēng)險需要建立在深入研究其毒性作用模式的基礎(chǔ)之上。同時，如何利用生化指標(biāo)，分子生物學(xué)指標(biāo)，行為學(xué)以及其他一些非傳統(tǒng)的測試終點來實現(xiàn)對整個群落、生態(tài)系統(tǒng)水平影響的預(yù)測需要我們進(jìn)一步的研究。

(3)污染物的生態(tài)風(fēng)險評價和化學(xué)品水質(zhì)基準(zhǔn)研究需要大量的生態(tài)毒理數(shù)據(jù)，不可避免的會犧牲大量實驗生物。未來毒性測試的方法將盡可能少用甚至不用活體動物實驗，而代之以構(gòu)效關(guān)系模型預(yù)測、高通量體外毒性測試和應(yīng)用環(huán)境組學(xué)等預(yù)測毒理學(xué)手段，如何對這些預(yù)測毒理學(xué)數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行評價同樣是我們面臨的難題。

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Review of Criteria for Screening and Evaluating Ecotoxicity Data

Liu Na1,Jin Xiaowei2,*,Wang Yeyao1,2,Wang Zijian3

1.School of Water Resources and Environment,China University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083,China
2.China National Environmental Monitoring Center,Beijing 100012,China
3.Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100085,China

3 May 2016 accepted 9 May 2016

A large number of ecotoxicity data for various species taxon were needed in the research of ecological risk assessments(ERAs)and water quality criteria(WQC)for chemicals.Inevitably,there exist certain differences for ecotoxicity data due to abundant studies even for the same endpoint.Incorrect data will directly affect the final evaluation result.So,it is necessary to formulate a set of scientific,reasonable and strong operational criteria for da-ta screening and evaluation,in order to reduce the subjective effect of professionals in the process of data screening and evaluating.Five existing methodologies for data screening and evaluation from different countries and organizations are discussed in present study.Criteria for screening and evaluating ecotoxicity data were described from reliability,relevance and accuracy mainly based on the CRED method as well as the other 4 methods or guidelines for WQC and ERAs.More specifically,there are five evaluation criteria for the quality of ecotoxicity data as follow:(1)test design,including guideline method,experimental process,the validity of the test results and quality controls;(2)the purity of the test substances and other ingredients in formulation;(3)general information and source of test organisms;(4)exposure conditions,including the experimental system appropriate for the test substance,the experimental system appropriate for the test organisms,the reliability of nominal concentration,the spacing between test concentrations,exposure duration,verifing concentration and biomass loading;(5)data analysis, including replicate,statistical method,concentration-response curve and raw data.The correlation between assessment objective and test organisms,test endpoint and exposure scenarios as well as the requirement of data accuracy in ERAs and WQC derivation are mainly considered in guideline for using ecotoxicity data.With the review of these methods,it is hoped to provide reference in the process of data screening and evaluation,and make the results more objective and unitive.

ecotoxicity data;screening and evaluating;reliability;relevance;ecological risk assessment;water quality criteria

2016-05-03 錄用日期：2016-05-09

1673-5897（2016）3-001-10

X171.5

A

10.7524/AJE.1673-5897.20160503005

簡介：金小偉(1985—)，男，博士，中國環(huán)境監(jiān)測總站高級工程師，主要從事生態(tài)毒理以及生態(tài)風(fēng)險評價的研究，已發(fā)表論文30余篇。

國家自然科學(xué)青年基金(21307165)；國家水體污染控制與治理科技重大專項(2013ZX07502001)；環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合試驗室(中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心)開放基金(14K02ESPCR)

劉娜(1985-)，女，博士研究生，研究方向為生態(tài)毒理及風(fēng)險評價，E-mail:liuna_1231@163.com

*通訊作者（Corresponding author），E-mail:jxw85@126.com