黃軼，閆振廣，張?zhí)煨?，鄭?/p>

1.環(huán)境基準與風險評估國家重點實驗室，中國環(huán)境科學研究院 2.海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點實驗室，中國海洋大學環(huán)境科學與工程學院

水質基準是指水環(huán)境中的污染物或有害因素對人體健康和水生態(tài)系統(tǒng)不產(chǎn)生有害效應的最大劑量或水平[1]，是制定水質標準的科學依據(jù)[2]。水質基準的建立通常需要大量的水生毒性數(shù)據(jù)，但由于數(shù)據(jù)獲取時物種選擇、毒性終點、推導方法及毒性數(shù)據(jù)質量評估等的差異，會導致建立的水質基準定值不同[3-4]。其中，毒性數(shù)據(jù)質量評估具有較大的不確定性，是影響水質基準的重要因素。

早在20世紀90年代Klimisch等[5]就提出了毒性數(shù)據(jù)的質量評估方法，該方法從可靠性和相關性2個方面對毒性數(shù)據(jù)進行評估，可靠性指試驗方法和過程是否遵循了標準方法，以及試驗結果的呈現(xiàn)是否符合標準，而相關性則取決于評估的目的。在可靠性方面將毒性數(shù)據(jù)分為4個等級：1)無限性可靠，即數(shù)據(jù)來自公開文獻并且試驗過程以及參數(shù)設計符合國際公認的實驗室作業(yè)規(guī)范(good laboratory practice，GLP)[6]；2)限制性可靠，即部分信息不符合GLP標準；3)不可靠，即試驗方法及參數(shù)設計不符合GLP標準；4)不確定，即沒有具體的試驗細節(jié)，數(shù)據(jù)來自摘要或二次引用文獻。根據(jù)GLP標準[6]進行測試時，由于受到反應程度及物質中所含雜質的影響，使用不同純度的物質可能導致不同的試驗結果。盡管使用不同純度物質均可得到較高可靠性的試驗結果，但只有不含反應性雜質的試驗結果才可用于風險評估。因此，相關性評估非常重要，但只有專家才能判斷哪種試驗結果更具有相關性。目前，Klimisch方法[5]已在國內外廣泛應用，但由于其評價指標不夠詳細，如沒有不同類別數(shù)據(jù)的評判標準，數(shù)據(jù)相關性分析方面無相應的解釋說明，因此不同人員評估時得到的評判結果不同[7-8]。Durda等[9]在Klimisch方法基礎上開發(fā)了兩階段的毒性數(shù)據(jù)質量評估方法，要求測試方法須由國家和國際測試機構編制[10-15]，并將測試方法和數(shù)據(jù)驗收標準共同作為數(shù)據(jù)質量審查的標準；該方法提出了30個評判依據(jù)，根據(jù)質量等級將數(shù)據(jù)分為高、中、低、可靠和不可靠5個等級。此外，Markich等[16]通過修改AQUIRE數(shù)據(jù)庫標準[17]開發(fā)了一套評分系統(tǒng)用于評估毒性數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)設置了20個賦分題，將每個問題的分項得分相加得到總分，根據(jù)總分將數(shù)據(jù)分為高質量、可接受和不可接受3種類型。2009年Schneider等[18]開發(fā)了ToxRTool軟件，其適用于各種類型的試驗數(shù)據(jù)、研究報告以及同行評議的出版文獻，與Klimisch方法相同，其評判結果將數(shù)據(jù)分為無限性可靠、有限性可靠、不可靠和不確定4種類型。上述已建立的4種毒性數(shù)據(jù)質量評估方法在方法描述和結果表達方面仍不太完整[7,19]，?gerstrand等[7]對這4種方法進行了對比分析，發(fā)現(xiàn)不同的評估方法會導致不同的評估結果。

2017年，原環(huán)境保護部發(fā)布的《淡水水生生物水質基準制定技術指南》[1]明確了對生態(tài)毒性數(shù)據(jù)進行質量評估的必要性。筆者在介紹目前發(fā)達國家制定的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)質量評估方法的基礎上，提出了適用于我國水質基準制定的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)評估方法，以期為水質基準制定中生態(tài)毒性數(shù)據(jù)評估提供參考。

1 國外生態(tài)毒性數(shù)據(jù)質量評估方法

1.1 美國

2011年，美國國家環(huán)境保護局(US EPA)發(fā)布了水質基準研究中的《生態(tài)毒性數(shù)據(jù)質量評估指南》[20]，用于指導公開發(fā)表的生態(tài)毒理學數(shù)據(jù)的識別、選擇和獲取，內容包括數(shù)據(jù)篩選、評估、分類和應用。該指南提出的評估因素主要包括：1)受試物質的特性；2)物種的年齡、性別、大小、生命階段和來源；3)每個處理組所包含物種的數(shù)量和處理組的數(shù)量；4)試驗暴露的方法與途徑、暴露頻率及暴露時間；5)對照組；6)受試生物的表現(xiàn)和觀察；7)試驗條件；8)數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法。該指南也規(guī)定了需要參考的輔助因素，包括受試物質特性、水質條件、陰性對照與助溶劑對照、終點選擇?；谏鲜鲆蛩貙Χ拘詳?shù)據(jù)進行評估，最終將毒性數(shù)據(jù)分為定量數(shù)據(jù)、定性數(shù)據(jù)和無效數(shù)據(jù)3種類型。定量數(shù)據(jù)指可用于計算風險評估中風險熵值的數(shù)據(jù)；定性數(shù)據(jù)指不足以用于計算風險熵值，但可用于支持風險評估結論的數(shù)據(jù)；無效數(shù)據(jù)指不符合科學要求，不能用于風險評估的數(shù)據(jù)。

1.2 歐盟

歐盟發(fā)表了生態(tài)毒性數(shù)據(jù)報道與評價標準(criteria for reporting and evaluating ecotoxicity data，CRED)[21]，該評估方法是在現(xiàn)有評估和報告方法[5,7,9,22-26]的基礎上起草的，旨在提高生態(tài)毒性數(shù)據(jù)研究的可靠性和相關性，包括重現(xiàn)性、一致性和透明度，是一種定性評估方法。CRED包括20個可靠性標準和13個相關性標準，其中可靠性評價標準的內容和分類方法與Klimisch方法基本相同，也將數(shù)據(jù)分為無限性可靠、有限性可靠、不可靠以及不確定4種類型，但在試驗設計、試驗試劑、受試生物、暴露條件和試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析方面，CRED給出了更加詳細的解釋與說明；為提高生態(tài)毒性數(shù)據(jù)在生態(tài)風險評估中的應用，CRED補充了試驗生物和暴露環(huán)境與生態(tài)風險評估相關性評價的標準，將數(shù)據(jù)相關性分為無限性可靠、有限性可靠、不可靠及不確定4個等級。Kase等[27]的研究表明，不同評估人員使用CRED進行評估得到的結果高度一致，并且CRED比Klimisch方法更準確和更容易理解。

1.3 澳大利亞和新西蘭

2018年，澳大利亞和新西蘭在前期研究[16,22,28-29]的基礎上，制定與發(fā)布了對水質標準研究中生態(tài)毒性數(shù)據(jù)質量評估的技術指南[30]。該指南中提出一種定量評估方法，對毒性數(shù)據(jù)質量評估設置了20個問題，評估要素主要集中于試驗設計、試驗過程、水質參數(shù)的影響、數(shù)據(jù)分析等方面。將每個問題的分項得分相加，得到總分即為每個數(shù)據(jù)的合計得分，然后將合計得分與滿分相除(合計得分滿分)。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型和污染物，滿分可分成4種：金屬-水生動物類數(shù)據(jù)的滿分為103分；非金屬-水生動物類數(shù)據(jù)的滿分為94分；金屬-植物類數(shù)據(jù)的滿分為100分；非金屬-植物類數(shù)據(jù)的滿分為91分。最后根據(jù)評估結果將數(shù)據(jù)分為3類：合計得分滿分≤50%時，為不可接受數(shù)據(jù)；51%≤合計得分滿分≤79%時，為可接受數(shù)據(jù)；合計得分滿分≥80%時，為高質量數(shù)據(jù)。

1.4 國外評估方法的比較與適用性分析

盡管美國和歐盟制定的毒性數(shù)據(jù)質量評估方法的評估標準涉及各個方面，但其均屬于定性評估方法，在評估過程中會受到評估人員主觀性的影響，不同評估人員的評估結果可能不同，并且這2種毒性評估方法主要用于環(huán)境風險的生態(tài)評價或化學品危害評估，與本研究水質基準制定中生態(tài)毒性數(shù)據(jù)評估的目的有所不同。澳大利亞和新西蘭毒性數(shù)據(jù)質量評估方法是為水質基準制定中毒性數(shù)據(jù)評估而制定的，但我國水質基準研究有其特殊性，不能直接采用澳大利亞和新西蘭毒性數(shù)據(jù)質量評估方法，因此需提出適用于我國水質基準制定的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)評估方法。

2 我國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)質量評估方法的建立

2.1 我國水質基準的要求

水質基準具有明顯的區(qū)域環(huán)境差異，包括水的理化性質(溫度、溶解氧、pH、硬度、有機質等)，水生生物的群落結構，水污染程度和污染物的環(huán)境地球化學特征等[31-33]。在保護特定的水功能或生物時，水質量控制往往局限于特定的環(huán)境條件。水體的理化性質、生物多樣性和氣候因素會因水環(huán)境條件的不同而不同，從而影響水質基準對各種水生態(tài)系統(tǒng)的保護效果[33-34]。區(qū)域物種敏感性的差異是導致水質基準差異的最重要因素，如鮭魚科是美國的代表性魚類，而中國一半的淡水魚屬于鯉魚科[35]。因此，我國水質基準要結合我國環(huán)境特點和自然背景建立，明確我國與其他國家在生態(tài)環(huán)境特征、污染特征、生物區(qū)系等方面的差異。

2.2 我國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)質量評估方法建議思路

我國《淡水水生生物水質基準制定技術指南》從數(shù)據(jù)的來源和可靠性2個方面制定了生態(tài)毒性數(shù)據(jù)的收集和篩選原則。數(shù)據(jù)的來源主要包括淡水水生生物毒性、水體理化參數(shù)、物質固有的理化性質和環(huán)境分布數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)可靠性的判斷依據(jù)主要包括：1)是否使用國際、國家標準測試方法和行業(yè)技術標準，操作過程是否遵循良好的GLP標準；2)對于非標準測試方法的試驗，所用試驗方法是否科學合理；3)試驗過程和結果的描述是否詳細；4)文獻是否提供了原始數(shù)據(jù)。

為使生態(tài)毒性數(shù)據(jù)能夠科學、合理地應用于水質基準制定中，筆者依據(jù)《淡水水生生物水質基準制定技術指南》毒性數(shù)據(jù)篩選原則，從數(shù)據(jù)來源、化學物質、受試生物、試驗過程和試驗結果5個方面建立了我國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)質量評估方法，技術路線如圖1所示。

圖1 生態(tài)毒性數(shù)據(jù)質量評估技術路線Fig.1 Technology roadmap of ecotoxicity data quality assessment

2.3 我國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)質量評估方法細則

借鑒國外毒性數(shù)據(jù)的評估方法，提出適用于我國水質基準制定的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)評估方法。為盡量避免評估過程的主觀性，采用定量方法進行評估，建立的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)評估的評分系統(tǒng)如表1所示。評分系統(tǒng)設置5個方面共25個問題，以便客觀、全面地進行評估。除對每個問題進行賦分外，還添加了數(shù)據(jù)無效項[20]。當評估過程中出現(xiàn)無效的評判結果時，意味著該數(shù)據(jù)不能用于水質基準的制定，評估終止。提出的評估要素主要包括數(shù)據(jù)來源、化學物質、受試生物、試驗過程、試驗結果5個方面，并根據(jù)總體賦分進行質量分級。

表1 生態(tài)毒性數(shù)據(jù)質量評估的評分系統(tǒng)

2.3.1數(shù)據(jù)來源

美國[36-37]、加拿大[38]、澳大利亞和新西蘭[39]等國提出的水質基準推導和生態(tài)風險評價指南，以及我國發(fā)布的《淡水水生生物水質基準制定技術指南》均規(guī)定數(shù)據(jù)收集是水質基準制定的首要步驟，明確了數(shù)據(jù)來源在評估過程中的重要性。因此，設置以下4項賦分題：問題1為“數(shù)據(jù)是否來源于全文”；問題2為“文獻全文是否公開”，若數(shù)據(jù)來自摘要或二次引用文獻，由于無法得到全文，缺乏詳細的資料，因此數(shù)據(jù)無效；問題3為“是否是生物個體水平的數(shù)據(jù)”，生物個體水平數(shù)據(jù)的使用受到當前水質基準方法學的限制，在現(xiàn)階段應用其他水平(如分子、群體水平)的毒性數(shù)據(jù)推導水質基準不符合指南的要求；問題4為“是否屬于中國本土生物或相關物種的數(shù)據(jù)”，水質基準的首要目標是保護本土物種，只有《淡水水生生物水質基準制定技術指南》中指出的中國本土物種或相關物種的毒性數(shù)據(jù)才可用于水質基準制定，因此不符合規(guī)定的毒性數(shù)據(jù)無效。

2.3.2化學物質

在進行毒性試驗前了解測試物質的理化性質及其在相關環(huán)境中的行為十分必要，如測試物質的濃度不應超過在水中的最大溶解度，揮發(fā)性物質與疏水性物質的暴露條件應不同，同時還應考慮測試物質可能發(fā)生的水解反應。因此設置問題5“化學物質名稱是否明確，化學物質的形式是否恰當”，個別化學物質溶于水中，除目標物質外，還可能產(chǎn)生其他有毒因子，干擾被測物質的毒性，因此有必要對化學物質的名稱和形態(tài)進行明確而恰當?shù)慕缍āＲ话闱闆r下，測試物質的純度應為80%或更高，除非已知雜質不會引起毒性效應，也不會影響測試物質的毒性。盡管經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(Organization for Economic Cooperation and Development，OECD)測試指南[11]中對測試物質的純度只提到了適當純度，但使用低純度物質進行研究的總體可靠性可能降低，因此設置問題6“所用化學試劑為分析純或可能的最高純度”，考慮到某些特定物質很難獲得純度很高的試劑，問題中設置了“可能的最高純度”。

2.3.3受試生物

進行數(shù)據(jù)質量評估時，必須知道試驗中使用了哪些生物體。為了使研究可靠，至少應該知道受試生物的年齡或生命階段的名稱和信息。當檢查荷爾蒙物質時，生物體(如當受試生物為魚類時)的性別可能會影響結果；當用魚或蟲做試驗時，幼魚和幼蟲通常比成蟲更敏感。因此，在評估測試或比較不同測試的結果時，了解測試的生命階段十分重要。由此設置問題7“是否說明了受試生物的特征(如體長、生物量、年齡等)”、問題9“對照組生物的非致死表現(xiàn)是否正?！?，了解受試生物明確的生物學體征以及非致死表現(xiàn)的正常與否并不能直接否定數(shù)據(jù)質量，但知道受試生物的年齡或生物階段可以提高研究成果的可靠程度。受試生物應保持健康并適應試驗條件(如水的類型、溫度)，避免因條件變化而影響試驗結果；試驗條件(除非這是研究問題的一部分)或其他因素不應使生物體受到影響，若試驗條件使受試生物出現(xiàn)高死亡率時，研究結果就不可靠了。因此設置問題8“受試生物是否免于提前暴露在受試物質中”，如果受試生物提前暴露于測試物質中，由于群落對毒性脅迫的適應，可能會影響受試生物對測試物質的敏感性，使現(xiàn)場收集的受試生物進行毒性試驗的結果可能產(chǎn)生偏差，導致數(shù)據(jù)無效。

2.3.4試驗過程

試驗過程是數(shù)據(jù)質量評估的重點，共包括12項賦分問題。試驗中對照組的設置與受試生物物種和采用的方法指南有關，對照組一般分為助溶劑對照、陰性對照和陽性對照，因此設置與對照組相關的問題10～問題12。問題10為“是否設計了適宜的對照組(如空白對照和助溶劑對照等)”，問題11為“是否檢測了對照組的污染狀況”。一般情況下空白對照組的死亡率不超過20%的數(shù)據(jù)才可使用，如果在試驗中增加了助溶劑對照組，則對照組的助溶劑濃度應與試驗中使用的最高助溶劑濃度相同，并且助溶劑對照組的死亡率最好與空白對照組的死亡率無顯著差異。問題12為“對照組和試驗組是否包含重復”，當研究的試驗設計或執(zhí)行過程存在缺陷時，即使是統(tǒng)計學分析結果顯著也并不意味著研究是可靠的，因此各處理組都應該設置重復。在試驗中使用國際、國家標準測試方法和行業(yè)技術標準，操作過程遵循良好GLP可以盡可能地保證最新結果的再現(xiàn)性和可接受性，因此設置與具體試驗過程相關的問題13～問題21。問題13為“試驗過程是否符合測試方法標準”。使用國際、國家標準測試方法和行業(yè)技術標準并不一定反映研究的可靠性，使用非指南方法進行研究時，如果能提供足夠的試驗設計細節(jié)，則其結果與使用指南的研究同樣可靠；但若在試驗設計或結果解釋中存在缺陷，或結果引起懷疑，則研究不可靠。本評估方法設置該標準，目的是使評估過程更加公開、透明。美國[40-41]、歐盟[42-43]以及我國[44-45]都發(fā)布了毒性試驗測定方法，對不同水質、生物、化學品的測定方法以及毒性效應測試終點的選擇提出了明確的規(guī)定：如淡水生物必須在淡水中進行試驗，咸水生物必須在咸水中進行試驗；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；大部分測試標準建議魚類急性試驗周期為96 h；急性毒性效應測試終點〔主要包括半致死濃度(LC50)和半最大效應濃度(EC50)〕宜使用暴露時間小于等于4 d的毒性數(shù)據(jù)，慢性毒性效應測試終點〔主要包括無觀察效應濃度(NOEC)和最低觀察效應濃度(LOEC)〕宜使用暴露時間大于等于21 d的毒性數(shù)據(jù)。根據(jù)國際、國家標準測試方法設置該指標下的賦分題，使毒性數(shù)據(jù)的評估結果更加可靠。其中問題16(是否有適宜的暴露時間)、問題17(是否有適宜的毒理學終點)賦分分值最高，因為這2項要素直接影響了毒性值，從而影響了水質基準定值。

2.3.5試驗結果

試驗結果應根據(jù)測試標準要求進行統(tǒng)計，并對統(tǒng)計結果進行描述，以保證評估結果的可靠性。OECD評價指南[46]規(guī)定，用于生態(tài)風險評價的毒理數(shù)據(jù)必須具有明顯的濃度-效應關系，當缺少濃度-效應關系時，通過統(tǒng)計分析計算出的測試終點值為限制性可靠。因此設置問題22“是否表述了劑量-效應關系”，若研究以驗證劑量對毒性效應無影響為目的，則不一定需要劑量-效應關系來得出NOEC；但一般情況下，沒有觀察到劑量-效應關系就無法獲得準確的NOEC。問題23為“是否使用了正確的統(tǒng)計方法獲取數(shù)據(jù)”，問題24為“對于致死濃度(LC)最大效應濃度(EC)，是否提供了誤差范圍；對于NOECLOEC，統(tǒng)計學上是否有顯著性(P≤0.05)”。統(tǒng)計分析的驗證是數(shù)據(jù)評估過程的組成部分，因此，研究應說明使用了哪些統(tǒng)計比較方法(如T檢驗、方差分析、卡方檢驗)，并提供描述性統(tǒng)計數(shù)據(jù)。問題25為“水質參數(shù)的監(jiān)測類別對于判斷水質對物質毒性的影響是否足夠”，水質參數(shù)對于不同化學物質的毒性有顯著影響，如pH會影響氨氮、五氯苯酚等的毒性，部分重金屬的毒性會隨著水質參數(shù)的變化而變化。

2.3.6總體賦分

依據(jù)賦分標準將毒性數(shù)據(jù)獲得的分數(shù)直接相加獲取得分，評分系統(tǒng)總體賦分為100分。根據(jù)評分結果將毒性數(shù)據(jù)分為3類：得分≥80分，為高質量數(shù)據(jù)；得分60～80分，建議為可用數(shù)據(jù)；得分<60分，建議為不可用數(shù)據(jù)。

3 結語

保證毒性數(shù)據(jù)的質量是制定高質量水質基準的前提之一，由于研究目的、試驗方法等差異較大，出版文獻中的許多毒性數(shù)據(jù)不符合水質基準制定的技術要求，不能用于水質基準的制定。本研究依據(jù)《淡水水生生物水質基準制定技術指南》毒性數(shù)據(jù)篩選原則，借鑒國外毒性數(shù)據(jù)的評估方法，從數(shù)據(jù)來源、化學物質、受試生物、試驗過程和試驗結果5個方面建立了我國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)質量評估方法，該方法可較全面地對毒性數(shù)據(jù)進行質量評估，為水質基準研究中生態(tài)毒性數(shù)據(jù)質量的評估提供了思路，同時也為進一步豐富我國水質基準制定的技術方法提供了基礎。