水生态模拟系统及其在化学品生态风险评估中的应用

王蕾，刘建梅, 2，刘济宁，石利利,*

1. 环境保护部南京环境科学研究所，南京 210042 2. 南京工业大学生物与制药工程学院，南京 210009

水生态模拟系统及其在化学品生态风险评估中的应用

王蕾1，刘建梅1, 2，刘济宁1，石利利1,*

1. 环境保护部南京环境科学研究所，南京 210042 2. 南京工业大学生物与制药工程学院，南京 210009

水生态模拟系统是用于高层次化学品生态风险评估的测试模型，目前在国外已经广泛用于工业化学品、农药、兽药、重金属等单一化学物质和复杂混合物的生态风险评估研究，而我国的相关研究比较匮乏。随着我国化学品风险评估体系的完善，水生态模拟系统测试必将作为作为单一生物毒性测试的有效补充。在此背景下，简述了水生态模拟系统的分类、研究方法和结果外推方法；从单一化学物质暴露作用下的生态危害评估、多种化学物质联合暴露作用下的生态危害评估以及目标化学物质的归趋分析三个方面阐述了水生态模拟系统在国内外化学品风险评估科学研究中的应用，对比了水生态模拟系统和单一物种毒性测试结果和基于两种测试数据的生态危害评估结果。与此同时，分析了水生态模拟系统在国内外化学品环境管理中的应用情况。在此基础上，对我国发展水生态模拟系统所存在的问题及解决方案提出了建议。

化学品；水生态模拟系统；生态风险评估；生态危害评估；环境管理

化学品数量众多、性质各异，我国现有化学物质45 000多种，每年仍有近千种新化学物质在我国登记。这些化学品对人类健康和环境安全构成了巨大的潜在威胁。我国近年陆续出台《新化学物质环境管理办法》(环保部7号令)、《危险化学品安全管理条例》(国务院591号令)、《重点危险化学品环境管理登记办法》(环保部22号令)等法律法规和相关指南文件，明确以生态风险评估为工具开展化学品环境管理。

化学品生态风险评估是对特定化学物质引起单个生物、系统或(亚)种群有害效应概率的计算或估算[1]。生态危害评估、环境暴露评估和风险表征是化学品生态风险评估的一般步骤。其中，生态危害评估是定性和(或)定量评估生物体、系统或(亚)种群暴露于化学物质中的潜在危害性，是化学品生态风险评估的首要任务。传统的生态危害评估是基于化学品对某一种或几种敏感生物进行单一物种的毒性测试数据，如半效应/致死浓度EC50/LC50、无显著效应浓度NOEC。经济合作与发展组织、美国国家环保局以及我国环境保护部均已发布一系列基于单一生物的化学品急性、慢性毒性测试导则，均涉及到藻类、溞类、鱼类等水生生物和蚯蚓、蜜蜂等陆生生物以及鸟类等其它生物。然而随着生态毒理学的发展，20世纪70年代的毒理学家认识到基于单一物种毒性数据的危害评估不能较好地反映真实生态系统的种内、种间关系和反馈机制，其评估结果和实际效果可能存在较大偏差。由此生态学领域的“微宇宙”(也即“生态模拟系统”)技术被引入到生态危害评估中，即利用人工构建的生态系统开展测试进而评估化学品的环境归趋和生物危害。由于模拟生态系统在组成、结构和功能上更接近真实环境，因此该技术在欧美等发达国家和地区已作为化学品高层次生态风险评估的重要工具，为化学品高生态危害性的确认提供数据支持。由于我国的化学品环境管理起步较晚，目前的危害评估仍限于单一物种的毒性评估，近年来虽有学者针对模拟生态系统测试技术开展了科学研究，但研究水平、数量、规模和范围均远不及国外相关研究。因此，深入分析国外模拟生态系统的研究方法和应用情况、对比我国现有相关研究的差距，提出我国生态模拟系统应用研究的建议，为我国发展高层次化学品生态危害评估技术、提高化学品环境管理水平具有重要意义。

1 水生态模拟系统简介

生态模拟系统(model ecosystem)通常也被称为微(中)宇宙(microcosm/macrocosm)，是一种人工构建的、模拟自然生态系统组成和过程的实验模型，以水生态系统为模拟对象而构建的生态模拟系统就是水生态模拟系统。根据规模，水生态模拟系统可分为微宇宙或中宇宙，根据Crossland等[2]的分类，水体积小于15 m3或溪流长度小于15 m的水生态模拟系统称为微宇宙，而大于此标准的称为中宇宙。模型中的水、沉积物、生物、营养元素的组成以及环境条件均按照模拟研究对象的实际情况设置。根据研究方法不同，水生态模拟系统主要分为原位微宇宙(in situ microcosm)、室内微宇宙(indoor microcosm)和野外中宇宙(outdoor mesocosm)。原位微宇宙中的沉积物和水来自自然河(溪)流、池塘或海洋，在尽量维持柱状沉积物和水柱原状的情况下将系统置于自然水体中或直接在自然水体中用围隔(enclosure)圈入一定体积的水和底泥，最大限度地维持与自然系统相同条件。室内微宇宙的沉积物和水来自自然水体或人工配制，但来自自然水体的底泥和上层水均为独立采集，并不刻意维持其原有结构。野外中宇宙多是人工挖掘的池塘，体积较大，更加接近实际情况但也更复杂，需要更长的时间(约3～8月)才能达到稳态。野外模拟系统通常包含来自池塘本身的沉积物和水(或去氯自来水)，在预养过程中逐步加入无脊椎动物、鱼类、两栖类或其它生物指示种。

利用水生态模拟系统不仅可以研究不同营养级生物在外源化学品真实暴露情况下的响应和恢复，还可以研究化学物质在环境介质中的分配和归趋。与单一物种的水生态毒性测试结果相比，水生态模拟测试兼顾了种群之间的相互关系以及生态系统固有的反馈调节功能，因此更接近实际环境。

2 水生态模拟系统的研究方法

2.1 水生态模拟系统的测试技术

模拟系统在水生态风险评估中的应用始于20世纪70年代，发展之初主要用在农药的风险评价中。经过几十年的发展，国外在利用水生态模拟系统进行风险评价方面积累了丰富的经验，美国环境保护署预防、农药及有毒物质办公室(OPPTS，现已更名为“化学品安全与污染防治办公室”(OCSPP))、美国试验与材料协会(ASTM)、经合组织(OECD)均已出台相关导则指导并规范水生态模拟测试(表1)。此外，荷兰瓦格宁根大学环境风险评估研究所Sinderhoeve研究中心自20世纪80年代即开展了一系列微型和大型模拟系统的构建及农药毒性暴露规律的研究，发展了一套较为系统的水生态模拟系统测试方法[3]，并据此建立了关于水生态模拟系统测试的GLP实验室，在水生态模拟系统研究方面的经验非常值得借鉴。目前的水生态模拟系统研究已经涉及农药、抗生素、工业化学品、重金属等多类化学物质以及混合物、实际污染源。

美国OCSPP提出的室内水生态模拟系统共包括标准化微宇宙(standardized aquatic microcosm, SAM)、混合烧瓶微宇宙(naturally-derived mixed-flask microcosm, NDMFM)、池塘微宇宙(naturally-derived pond microcosm, NDPM)和特定地点微宇宙(site-specific aquatic microcosm, SSAM)。其中标准化微宇宙和混合烧瓶微宇宙中的水和沉积物是人工配制，而池塘模拟系统和特定地点系统的水和沉积物均取自自然水体。与池塘微宇宙相比，特定地点微宇宙进一步对原位水体和沉积物柱状样本增加了“尽可能无扰动”的要求。而除了标准化微宇宙外，其它几种系统均要求系统内部的生物来自自然生态系统。ASTM所提出的水生态模拟体系类似与OCSPP的标准化微宇宙基本相同，但在试验有效性标准和结果分析方面指导更加明确。与美国OCSPP相关导则相比，OECD的指南主要针对户外较大型的模拟系统，侧重于原理讲述和操作建议，没有具体的程序规定。表1从基质、生物组成、驯化、试验设计、毒性终点、有效性标准和结论几个方面比较了不同室内水生态模拟系统的测试技术。

表1 不同室内水生态模拟系统的测试技术对比Table 1 Comparisons of test techniques in different kinds of indoor aquatic model ecosystems

续表1

驯化与维持AcclimationandmaintainOS.和AM:驯化7d,根据pH、藻和溞密度筛除离群组;染毒后每周补充大型生物进行物种强化ONDM:驯化6周,接种3周内每周混合杂交2次;染毒后每周补充生物ONDP:驯化4周,染毒后未补充生物OSS:驯化0天,染毒后未补充生物OM:指示种年龄和性别结构与被模拟系统一致时训化结束,染毒后未补充生物SM:联通驯化2个月,染毒后未补充生物OS.andAM:acclimatedfor7daysandthenreexaminedtocullanyoutliersaccordingtothecriteriaoftheparametersofpH,theabundanceofdaphnidsandalgae;reinoculatedweeklyafteradministrationofthetestsubstance(ad.,similarlyhereinafter)ONDM:acclimatedfor6weeks,cross-seededatleasttwiceperweekfor3weeksfollowinginoculation,reinoculatedweeklyafterad.ONDP:acclimatedfor4weeks,noreinoculationafterad.OSS:noacclimationandnoreinoculationafterad.OM:acclimateduntiltheageandsexstructureofindicatorspeciesareclosetothenaturalsystemtobestudied,noreinocu-lationafterad.SM:acclimatedbyinterconnectionfor2months,noreinoculationafterad.试验设计ExperimentaldesignOS.,AM.,ONDM和ONDPM:至少4个浓度,每浓度6个平行,单次或周期性染毒OSS:至少4个浓度,每浓度5个平行,单次或周期性染毒OM:3～5个浓度,至少2个平行,单次或周期性染毒SM:3～5个浓度,周期性染毒OS.,AM.,ONDMandONDPM:atleast4testconcentrationswith6replicatesperconcentration,singleormultiplead.OSS:atleast4testconcentrationswith5replicatesperconcentration,singleormultiplead.OM:3～5testconcentrationswith2replicatesperconcentrationatleast,singleormultiplead.SM:3～5testconcentrations,multiplead.毒性终点ToxicendpointOS.和AM:生物丰度、理化参数(pH/DO/叶绿素/氮磷/浊度),受试物浓度分析ONDM:生物丰度、理化参数(pH/DO/叶绿素/氮磷/浊度),受试物浓度分析;14C葡萄糖分解率ONDP和OSS:生物丰度、理化参数(pH/DO/叶绿素/氮磷/浊度),受试物浓度分析OM和SM.:生物丰度、理化参数(pH/DO/叶绿素/氮磷/浊度),受试物浓度分析;生物分解率OS.andAM:speciesabundance,physicalandchemicalparameters(pH/DO/chlorophyll/nutrient/turbidity)(similarlyhereinafter),chemicalanalysisONDM:speciesabundance,physicalandchemicalparameters,chemicalanalysis,14CglucosedecompositionrateONDPandOSS:speciesabundance,physicalandchemicalparameters,chemicalanalysisOM和SM.:speciesabundance,physicalandchemicalparameters,chemicalanalysis,biodegradationrate有效性标准ValidityOSAM:空白对照组生物丰度AM:1)空白对照组生物丰度和健康状况;2)组内偏差3)参比物测试ONDM、ONDPM和OSS:空白对照组生物丰度OM和SM:未明确OSAM:speciesabundanceoftheblankcontrolAM:1)speciesabundanceandphysicalconditionoftheblankcontrol;2)deviationwithingroups;3)referencesubstancetestONDM,ONDPMandOSS:speciesabundanceofblankcontrolOMandSM:notspecified结果表示ResultsOS:NOEC,EC50;试验周期≥42dAM:定性外推可能受影响的生物类别、水质和种群结构变化;试验周期≥63dONDM和ONDP:NOEC,EC50,BCF;试验周期≥42dOSS:质量平衡方程;NOEC,EC50,BCF;试验周期≥30dOM:NOEC,多样性或相似性指数;试验周期视情况而定SM:NOEC;试验周期2个月～3个月OS:NOEC,EC50;testperiod≥42dAM:speciespossiblyinfluencedviaextrapolation,thechangeofwaterqualityandcommunitystructure;testperiod≥63dONDMandONDP:NOEC,EC50,BCF;testperiod≥42dOSS:massbalanceequations;NOEC,EC50,BCF;testperiod≥30dOM:NOEC,similarityindex;testperioddependsonthecircumstanceSM:NOEC;testperiodof2～3months

注：OS., ONDM., ONDP., OSS.分别代表OCSPP的SAM, NDMFM, NDPM 和SSAM测试技术；AM, OM, SM.分别代表ASTM, OECD和荷兰Sinderhoeve研究中心的水生态模拟系统测试技术。

Note:OS., ONDM., ONDP. and OSS. stand for SAM, NDMFM, NDPM and SSAM of OCSPP respectively; AM, OM and SM. stand for aquatic model ecosystems of ASTM, OECD and Sinderhoeve research center in Netherland, respectively.

2.2 水生态模拟系统测试数据的外推方法

水生态模拟系统危害测试虽比单一物种毒性测试更符合生态系统的自然特征，但两者均是在特定的环境条件下开展，与化学品的自然暴露过程仍存在一定差异。因此在考虑足够评价因素的基础上，对获取的危害测试数据进行合理外推、得到预测无效应浓度(PNEC)是对全面、合理地开展化学品危害评估的重要步骤。目前经济合作与发展组织(OECD)[4]、联合国环境规划署(UNEP)、美国[5]、日本等发达国家或地区均在其制定的化学品风险评估指南中对生态危害数据外推法进行了阐述[6]，主要包括评估因子外推法和统计外推法。然而这些外推主要涉及敏感物种毒性向多物种毒性的外推、短期毒性向长期毒性的外推、实验室数据向野外环境的外推，对多物种水生态模拟系统的测试数据的外推法普遍未明确，或提示“根据实际情况而定”。仅ECETOC将水生态模拟系统的测试数据的评估因子明确定为“1”，即水生态模拟系统测试获取的危害数据(如NOEC)可直接用作PNEC。尽管大多数国家或地区未明确水生态模拟系统的测试数据的外推法，但在评估因子外推法中均将其评估因子列在较低范围(≤10)，即认定水生态模拟系统测试获取的危害数据具有较小的不确定性、比单一物种危害数据更接近PNEC。

在科学研究中，利用水生态模拟系统进行化学品危害评估的文献报道主要采用评估因子法和物种敏感度分布法(SSD，species sensitivity distribution)实现由水生态模拟系统测试结果LOEC(种群最低显著效应浓度)或NOEC(种群最高无显著效应浓度)到PNEC的外推。其中评估因子法根据不确定度大小人为设定评估因子AF，然后根据PNEC=NOEC/AF外推得到PNEC。不同研究对评估因子的选取有不同要求。Brinke等[7]认为需要采用评估因子10去除水生态模拟系统测试结果NOEC(底栖生物种群)才能得到PNEC(底栖生物)。Sijm等[8]、Solomon等[9]以及Sanderson等[10]认为评估因子须根据试验测试结果做不同的选择：当LOEC浓度组中的测试指标(如物种丰度或丰富度)与空白对照组差异性≥50%时，NOEC=LOEC/评估因子10且PNEC=NOEC/评估因子1；当NOEC恰为试验最高浓度时，PNEC=NOEC/评估因子1。物种敏感度分布法是一种基于概率统计的毒性外推方法，该方法认为同种生物的不同毒性响应终点以及不同物种对同一污染物的敏感性存在差异，这种敏感性差异遵循一定的概率分布模型(曲线)。外推PNEC时，选择物种敏感度分布曲线上累积概率为p%的危害浓度(HCp，hazardous concentration for p% of the species)作为对系统中比例为(1%～p%)的生物无显著危害作用的浓度[11]，即PNEC。Brain等[12]即将p值分别取1和5，采用SSD法分别外推得到8种药物混合物和4种四环素混合物对水生态模拟系统中大型植物99%和95%概率下无显著危害效应的PNEC。结果表明，SSD外推法不仅能够科学地获取PNEC值，而且根据SSD曲线还可以反推某一暴露浓度下可能对某种生物或生物系统造成危害的概率，为化学品的生态危害评估提供更科学、更全面的指导。

由此可见，评估因子法是一种保守的外推方法，对基础数据需求较少，适于低层次的初级危害评估。物种敏感度分布法基于科学假定和统计理论，对基础数据有较高要求，对生物的多种毒性终点和不同生物的毒性响应敏感性均有考虑，相对于评估因子法更切合实际，适于高层次的危害评估。

3 水生态模拟系统在化学品生态风险评估中的应用

3.1 国内外化学品生态风险评估相关研究中的应用

在化学品生态风险评估相关研究中，水生态模拟系统主要用于目标化学品的生物效应分析和环境归趋分析。其中，效应分析包括多物种单一污染物暴露作用下的危害评估和多物种多污染物联合暴露作用下的危害评估；归趋分析即通过模拟化学品在水、沉积物、生物体等环境介质中分配、迁移、归趋和转化来确定化学品在某一种环境介质中的暴露浓度。仅当化学品在某环境介质中的暴露浓度和对该介质中栖息生物的毒性效应均可获取时，化学品的生态风险评估才能在确认水平得到有效结果。

(1)单一化学物质暴露作用下的危害评估

基于生猪自产自销户防疫工作中存在的问题，养殖人员应完善防疫措施，遵循防疫原则，针对防疫工作中的问题，制定相应的解决对策，以保证生猪自产自销的顺利进行，全面提升基层民众的经济水平。

水生态模拟系统作为高层次危害评估工具，其测试结果与单一物种测试结果的相关性和差异性是单一化学物质水生态模拟系统测试研究的焦点。这些研究涉及农药、兽药、重金属以及内分泌干扰物等对象，包括淡水和海水两种介质。Wijngaarden等[13]分别利用水生态模拟系统和单一物种(大型无脊椎动物和藻类)测试评估了对杀菌剂氟啶胺的敏感性：将14种无脊椎动物单一物种急性毒性数据结果(50%效应浓度EC50或10%效应浓度EC10)利用物种敏感度分布曲线(SSD)模型外推对生态系统中95%物种无显著危害作用浓度HC5，同时根据水生态模拟系统生物丰度值计算出群落无显著效应浓度NOEC。两者对比结果表明：基于EC10和EC50的HC5值95%置信区间下限均低于模拟系统群落NOEC，而基于EC50的HC5值比模拟系统群落NOEC稍高。Wijngaarden等[3]对毒死蜱和氯氟氰菊酯的比对研究同样表明，水生态模拟系统测试得到的50%急性效应浓度EC50比单一敏感物种——大型溞急性毒性测试得到的EC50低10倍。Vervliet-Scheebaum等[14]在野外水生态模拟系统中开展的除草剂西马津对沉水植物、挺水植物和浮游藻类的效应表明：西马津对模拟系统的84 d无观测生态负效应浓度(NOEC)为0.05 mg·L-1，这一浓度远低于单一藻类毒性测试得到的96 h-NOEC(0.6 mg·L-1[15])。De LaBroise等[16]直接以表层海水构建的原位水生态模拟系统评估了1、10 和 100 μg·L-1的苯达松和二甲酚草胺对浮游植物的慢性(13 d)毒性效应，结果显示所有浓度均引起了浮游植物种群的显著改变，表明被污染海域的群落结构发生明显变化，这一阈值与苯达松和二甲酚草胺实验室单一海水藻类毒性测试阈值存在差异(苯达松NOEC为1.13～2.25 mg·L-1[17])。Schramm等[18]在230 L水生态模拟系统中测试了炔雌醇6周暴露危害和12周恢复试验，结果显示暴露期内7～220 ng·L-1浓度组枝角类和桡足类动物丰度均显著下降，经过12周恢复期220 ng·L-1浓度组仍无法恢复。这一浓度远低于炔雌醇对单一枝角类和桡足类毒性测试得到的NOEC(200～1 000 μg·L-1[19-20])。Billoir等[21]通过藻类、浮萍、大型溞、端足虫、摇蚊幼虫五种生物构成的室内水生态模拟系统测试，得到镉对大型溞21 d暴露期内存活影响的NOEC为1.776 μg·L-1，对繁殖生长影响的NOEC为0.1498 μg·L-1，这比镉对单一物种大型溞的慢性毒性NOEC低(存活影响的NOEC为 3.43 μg·L-1,繁殖影响的NOEC为1.97 μg·L-1[22])。为了全面对比水生态模拟系统与单一物种测试结果，De Laender等[23]通过总结USEPA ECOTOX数据库中的49组数据，发现单一物种测试和多物种测试得到的ECx(x=10～90)之间的比接近于1，但前提是这两组结果是由同一个研究小组同时得出的。

鉴于水生态模拟系统与单一物种测试结果的差异性，以水生态模拟系统测试结果为参照、考察利用单一物种测试结果外推PNEC的初级危害评估结果是否能够充分地保护生态环境的论题也得到了较多研究。根据Wijngaarden等[24]对1980-2001年期间公开发布的胆碱酯酶抑制剂类和拟除虫菊酯类农药对水生态模拟系统和单一敏感物种毒性测试结果的整理和分析，毒死蜱、杀螟硫磷、胺甲萘等10种胆碱酯酶抑制剂类农药对水生态模拟系统的NOEC为其对单一敏感物种(溞类或鱼类)EC50的10%～500%左右，氟氯氰菊酯、氯氰菊酯、溴氰菊酯等8种拟除虫菊酯农药对水生态模拟系统的NOEC为其对单一敏感物种EC50的1%～50%左右。因此该研究认为欧盟化学品风险评估导则采用100作为评估因子、利用溞或敏感鱼类急性毒性EC50外推得到的低层次生态危害阈值PNEC可以对水生态系统起到保护作用。Versteeg等[25]比较了11种不同类别污染物(包括重金属、农药、表面活性剂和常见的有机及无机物质)的单一物种毒性数据和水生态模拟系统数据，同样证实由单物种外推法得到的PNEC值可以保护整个模拟系统。

此外，水生态模拟系统的规模、测试环境条件等相关因素对测试结果的影响也已经被关注和研究。Wijngaarden等[3]在一系列小型和中型的模拟生态系统中开展了毒死蜱和氯氟氰菊酯单一污染物的暴露毒性研究。结果表明：在长期暴露下，不同季节条件、不同体积、室内和野外的模拟系统推导出的种群和群落水平的NOEC都是相似的；但高于此阈值水平时，种群的恢复时间和响应情况会随实验条件不同而变化。

(2)多种化学物质联合暴露作用下的危害评估

水生态模拟系统作为一种从环境受体和暴露胁迫因子两方面更加接近真实环境状况的毒性测试模型，利用水生态模拟系统开展化学物质联合暴露研究的主要目的是确认多种化学物质对生态系统的联合危害效应和环境风险。Wijngaarden等[26]在单一物种急性毒性试验的基础上，在0.6 m3室内淡水生态模拟系统中开展了氟啶胺、黄草灵、苯嗪草酮、高效氯氟氰菊酯4种农药的13周联合毒性研究。结果表明0.5%暴露水平(实际施药量的0.5%)的大型无脊椎动物、昆虫和群落代谢率均呈现不同程度的短期效应，数量有所下降；2%和5%暴露水平的大型无脊椎动物、大型植物或微型甲壳类、轮虫、植物群落出现长期显著作用。Van den Brink等[27]在室内水生态模拟系统中研究了除草剂莠去津和杀虫剂林丹联合暴露作用对藻类和无脊椎动物的28 d慢性毒性以及7周后的恢复情况。结果显示大型无脊椎动物群落在除最低受试浓度以外的所有暴露浓度下都受到了严重的影响。Richards等[28]在12 m3的野外水生态模拟系统中开展了为期35 d的布洛芬、氟西汀和环丙沙星3种药物的复合暴露研究，结果表明在低暴露浓度(三种药物分别为6、10和10 μg·L-1)、中等暴露浓度(三种药物分别为60、100的100 μg·L-1)和高等暴露浓度(三种药物分别为600、1 000和1 000 μg·L-1)下浮游植物和浮游动物的多样性均降低，中、高等暴露浓度分别在35 d和4 d内引起了鱼类的死亡。Laird等[29]利用12 000 L野外水生态模拟系统测试了抗抑郁症药物(SSRIs，包括氟伏沙明、氟西汀、舍曲林等)的生态危害阈值(PNEC)等于19 nmol·L-1。

值得一提的是，上述研究普遍证实欧美化学品风险评估导则目前针对单一物种毒性测试数据所设置的评估因子可以在上述多种化学物质联合暴露作用下保护整个系统的生物。该结论对化学品风险评估方法在实际暴露条件下的有效性验证和应用范围的拓展具有重要的支撑作用。

(3)目标化学物质的环境归趋分析

3.2 国内外化学品环境管理中的应用

欧美等发达国家或地区均将生态风险评估作为化学品环境管理的重要工具，且化学品生态风险评估主要采取层级评估的方式：即首先开展筛选水平的、保守的初级风险评估，如果初级评估显示可能存在风险，须进入更高级别的评估。初级风险评估以单一生物标准实验室测试毒性数据为依据，水生态模拟系统测试则是高级别风险评估中确认化学品毒性终点的主要技术之一。为此，OECD和美国EPA也分别制定了标准化的水生态模拟系统测试技术导则[4-5]，为化学品高级别风险评估提供规范、有效的危害评估结果。

我国的“危险化学品安全管理条例”(国务院令第591号)和“新化学物质环境管理办法”(环保部令第7号)虽明确了以生态风险评估作为危险化学品和新化学物质环境管理的重要工具，但化学品生态风险评估目前仍缺少具体的实施细则。根据“新化学物质申报登记指南”和“新化学物质危害性鉴定导则”(征求意见稿)，我国目前对新化学物质的危害评估仅以单一物种毒性试验测试数据为依据，尚未将水生态模拟系统测试数据纳入评估依据之中。这一方面是由于我国化学品生态风险评估技术研究起步较晚，对水生态模拟系统的研究很少，未能建立相应的标准化测试导则；另一方面因为我国层级风险评估模式尚未全面构建起来，选择测试周期短、成本低的单一物种毒性试验作为危害评估依据才能有效应对大量的新化学物质和危险化学品环境管理登记需求。

4 问题与建议

虽然基于单一物种毒性测试数据的化学品危害评估方法也可以保护水生态系统的安全，但是水生态模拟系统测试数据可以反映化学品暴露下的生态功能及种间关系的变化，而且以此为基础的生态危害评估也更接近实际、可以降低单一物种毒性测试数据的不确定性。因此水生态模拟系统测试技术是单一物种毒性测试技术的有效补充和验证。

我国是化学品生产、使用大国，参照“新化学物质环境管理办法”初步识别的“危险类”、“重点环境管理危险类”新化学物质以及参照“危险化学品安全管理条例”筛选出的“重点环境管理的危险化学品”数量将不断增加。为了进一步确认这些初步判定有风险的化学品的环境危害性，降低基于单一物种毒性数据的初级危害评估的不确定性，发展水生态模拟系统将是必然趋势和必要工具。对比欧美等发达国家或地区对于水生态模拟系统的研究和在化学品生态危害评估中的应用，我国在本领域的理论研究及应用研究存在以下问题：

(1)水生态模拟系统的理论、技术研究较少、水平较低。我国对水生态模拟系统的研究很少，现有的、为数不多的研究所构建的水生态模拟系统营养级别少、种间关系简单，生物效应、功能效应测试终点缺少系统、深入分析，测试结果不能全面反映化学品暴露作用引起的系统组分和功能的变化。

(2)水生态模拟系统在化学品生态危害评估中的应用很少，缺少化学品风险评估的数据认可和政策支撑。目前，水生态模拟系统测试技术在欧美等发达国家或地区已经比较成熟和标准化，相应的测试数据也作为化学品高级别生态风险评估的重要依据。我国目前尚未系统构建层级化的化学品风险评估框架，缺少标准化水生态模拟系统测试导则或标准，因此现有的化学品危害评估并未将水生态模拟系统危害测试数据作为考察依据。

基于上述存在的问题，在借鉴发达国家技术经验并参照我国化学品环境管理实际情况的基础上，本研究对发展水生态模拟系统测试技术、丰富和完善化学品环境危害评估方法提出以下建议：

(1)在技术研究层面，推进生物分类学与生态毒理学的结合，构建基于本土生物和环境特性的多营养级水生态模拟系统，发展多层次生物快速识别、分类和统计技术，深入研究多营养级生物效应、生态系统能量代谢等功能性效应终点的标志，开发系统多变量综合分析技术，推进水生态模拟系统的标准化。

(2)开展基于单一物种和水生态模拟系统毒性测试的化学品生态危害比对研究，探索水生态模拟系统测试数据外推技术，为水生态模拟系统应用于化学品生态危害评估提供数据和理论支持。

(3)及早构建层级化的化学品风险评估框架，明确化学品风险评估技术细则，为水生态模拟系统作为高级别危害评估工具应用于化学品生态风险评估提供政策支持。

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Application of the Aquatic Model Ecosystem in Ecological Risk Assessment of Chemicals

Wang Lei1, Liu Jianmei1,2, Liu Jining1, Shi Lili1,*

1. Nanjing Institute of Environmental Sciences, MEP, Nanjing 210042, China 2. College of Biotechnology and Pharmaceutical Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 210009, China

10 February 2014 accepted 9 July 2014

As a high level test model for ecological risk assessment of chemicals, the aquatic model ecosystem (AME) has been extensively developed, and widely applied in different countries for both single and mixedchemicals, including pesticides, veterinary drugs and heavy metals. However, the regarding studies about AME in China are still insufficient. To optimize our system for hazard assessment of chemicals, AME acts as a critical complement beyond single species test. This paper describes the classification, research approaches and data extrapolation methods of established AMEs. We mainly focus on the discussion of the various application of AMEs in risk assessment of chemicals, including the exposure pathways and fate analysis of single or multiple target chemicals. We have also compared the results derived from AME, single species test or both. This paper also introduces the present application status of AMEs in environmental management of chemicals both abroad and in China. Based on the above analysis and description, we propose the potential solutions to address the current problems of utilizing AMEs in China.

chemicals; aquatic model ecosystem； ecological risk assessment; environmental management

国家高技术研究发展计划(863计划)(No. 2013AA06A308)；“PBT/PvB分类技术体系及智能筛选平台开发”(科研院所技术开发研究专项)

王蕾(1983-)，女，硕士，助理研究员，研究方向为化学品生态毒理学，E-mail: wanglei@nies.org;

*通讯作者(Corresponding author)，E-mail: sll@nies.org

10.7524/AJE.1673-5897.20140210001

2014-02-10 录用日期：2014-07-09

1673-5897(2015)2-36-09

X171.5

A

石利利(1965—)，女，硕士，研究员，主要从事化学品生态风险评估、环境与健康风险评估研究工作。

王蕾，刘建梅，刘济宁, 等. 水生态模拟系统及其在化学品生态风险评估中的应用[J]. 生态毒理学报，2015, 10(2): 36-44

Wang L, Liu J M, Liu J N, et al. Application of the aquatic model ecosystem in ecological risk assessment of chemicals [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2015, 10(2): 36-44 (in Chinese)