吳愛明， 趙曉麗， 馮 宇， 趙天慧， 汪 浩， 吳豐昌，2， 陳 瑞

1.昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 云南 昆明 650500 2.中國環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100012 3.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院， 北京 100875 4.北京市通州區(qū)新城中心區(qū)建設(shè)管理委員會(huì)， 北京 101101

美國生態(tài)毒理數(shù)據(jù)庫(ECOTOX)對中國數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的啟示

吳愛明1， 趙曉麗2*， 馮 宇4， 趙天慧3， 汪 浩3， 吳豐昌1，2， 陳 瑞1

1.昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 云南 昆明 650500 2.中國環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100012 3.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院， 北京 100875 4.北京市通州區(qū)新城中心區(qū)建設(shè)管理委員會(huì)， 北京 101101

生態(tài)毒性數(shù)據(jù)庫對于環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究特別是環(huán)境基準(zhǔn)研究具有非常重要的作用.目前，尚缺乏能夠支撐我國環(huán)境管理工作的基礎(chǔ)毒性數(shù)據(jù)庫和平臺(tái)，已成為制約我國開展環(huán)境基準(zhǔn)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估、環(huán)境質(zhì)量評價(jià)、污染治理、毒理學(xué)等方面研究的瓶頸之一，因此亟需建立具有中國本土生物的毒性數(shù)據(jù)庫和平臺(tái).ECOTOX(Ecotoxicology Knowledgebase，美國生態(tài)毒理數(shù)據(jù)庫)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)對中國同類數(shù)據(jù)庫構(gòu)建有重要的啟示作用.該研究系統(tǒng)綜述了ECOTOX構(gòu)建的核心內(nèi)容：文獻(xiàn)收集條件、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)采集過程和數(shù)據(jù)收集元素，并與國內(nèi)目前的毒性數(shù)據(jù)庫和與生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)密切相關(guān)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了對比研究.ECOTOX存在數(shù)據(jù)收集內(nèi)容有待增加、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法落后、非英文文獻(xiàn)中的毒性數(shù)據(jù)收集較少、與生態(tài)毒理學(xué)相關(guān)研究鏈接不夠緊密的問題，同時(shí)我國毒性數(shù)據(jù)庫的實(shí)用性和可靠性也有待進(jìn)一步提高.從開展環(huán)境基準(zhǔn)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估和毒理學(xué)深入研究的角度，提出構(gòu)建中國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)庫的建議，如提供完整、有效和共享的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)資源，形成毒理數(shù)據(jù)整編標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，銜接國內(nèi)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫，采用大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù)，注重中國本土生物和新型污染物毒性數(shù)據(jù)收集等.

ECOTOX(美國生態(tài)毒理數(shù)據(jù)庫)； 中國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)庫； 啟示； 數(shù)據(jù)收集

在開展水質(zhì)環(huán)境基準(zhǔn)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估、環(huán)境質(zhì)量評價(jià)、污染治理、毒理學(xué)等方面的研究時(shí)，搜集和篩選相關(guān)毒性數(shù)據(jù)已經(jīng)成為主要工作量之一[1]，水質(zhì)基準(zhǔn)研究和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估是基于一系列以生態(tài)毒性數(shù)據(jù)為核心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開展[2- 4]，由于數(shù)據(jù)的調(diào)查、整理、編輯和實(shí)地獲取頗為耗時(shí)，國內(nèi)相關(guān)工作較少.

水質(zhì)基準(zhǔn)是依據(jù)環(huán)境污染特征、暴露數(shù)據(jù)、污染物與特定對象之間的劑量效應(yīng)關(guān)系，通過風(fēng)險(xiǎn)評估的方法確定的污染物濃度限值[2].我國水質(zhì)基準(zhǔn)研究很大程度上依賴于國外數(shù)據(jù)庫，如ECOTOX[5- 6]、國際農(nóng)藥聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(PAN，Pesticide Action Network-Pesticide Database)、毒物網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(TOXNET，Toxicology Data Network)等[3]，這些數(shù)據(jù)大都從英文文獻(xiàn)或具有英文摘要的非英語文獻(xiàn)中獲得，包含大量的國外生物的毒理數(shù)據(jù)，中國本土生物毒性數(shù)據(jù)相對較少.大量采用國外生物毒性數(shù)據(jù)開展污染物水質(zhì)基準(zhǔn)研究、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估時(shí)，往往會(huì)因生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能、優(yōu)控污染物特征[7- 8]、地域間物種差異性[3]、區(qū)域間污染物背景濃度和基本性質(zhì)[9]、人體污染物暴露途徑和數(shù)量[10]等方面差異而造成結(jié)果偏差，降低了相關(guān)研究的科學(xué)性，而且還可能導(dǎo)致環(huán)境“欠保護(hù)”或“過保護(hù)”的風(fēng)險(xiǎn)[11- 12].目前，我國缺乏能夠支撐我國環(huán)境管理工作的基礎(chǔ)毒性數(shù)據(jù)庫和平臺(tái)，同時(shí)也成為制約我國開展環(huán)境基準(zhǔn)[13]、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估、環(huán)境質(zhì)量評價(jià)、污染治理、毒理學(xué)等方面研究的瓶頸.因此，急需建立具有中國本土生物的毒性數(shù)據(jù)庫和平臺(tái)[8].

ECOTOX為我國的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)庫和平臺(tái)提供了很好的范例，借鑒ECOTOX 30年來系統(tǒng)總結(jié)的數(shù)據(jù)收集規(guī)范和平臺(tái)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，不但可以為文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)查整編提供參考，而且可以確保我國毒性數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)與國際接軌，全面系統(tǒng)地收集在環(huán)境化學(xué)、毒理學(xué)和生態(tài)學(xué)等方面的可用毒性數(shù)據(jù)信息，減少數(shù)據(jù)收集工作的重復(fù)補(bǔ)充，有效地避免國家在項(xiàng)目數(shù)據(jù)調(diào)研方面重復(fù)投入資金.調(diào)查ECOTOX的發(fā)展歷程、數(shù)據(jù)收集條件、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)采集過程和數(shù)據(jù)元素，對比分析國內(nèi)毒性數(shù)據(jù)庫和ECOTOX的優(yōu)缺點(diǎn)，對構(gòu)建中國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)具有重要啟示作用.

1 美國ECOTOX數(shù)據(jù)庫概述

ECOTOX數(shù)據(jù)平臺(tái)由美國國家環(huán)境保護(hù)局研究與發(fā)展辦公室(US EPA，Office of Research and Development (ORD))的國家健康與環(huán)境影響研究實(shí)驗(yàn)室-中大陸生態(tài)分區(qū)(NHEERL MED)開發(fā)和維護(hù)，它整合了3個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)庫(AQUIRE，PHYTOTOX和TERRETOX)成一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要從水生生物和陸生動(dòng)植物的文獻(xiàn)中搜集并提供某一種化學(xué)物質(zhì)對水生生物、陸生動(dòng)植物的毒性數(shù)據(jù).

ECOTOX主要包含污染物信息、試驗(yàn)生物參數(shù)、試驗(yàn)毒物濃度或劑量、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間、毒性效應(yīng)和毒性終點(diǎn)參數(shù)五方面的數(shù)據(jù).其中，污染物信息主要有化學(xué)名稱及其溶劑(載體)名稱、CAS號(hào)、純度、純度值和劑型；試驗(yàn)生物參數(shù)包括受試生物的名稱、數(shù)量、生活期、來源及其特征描述；試驗(yàn)條件包括試驗(yàn)位置、暴露方式、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間以及對照組試驗(yàn)信息；毒性效應(yīng)和終點(diǎn)參數(shù)包括致死、亞致死和殘留毒性的效應(yīng)和終點(diǎn).

ECOTOX開發(fā)團(tuán)隊(duì)盡量為用戶收集更加全面的毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的收集通常都是在文獻(xiàn)出版6個(gè)月或6個(gè)月之后才會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的編碼入庫.當(dāng)用戶需要最新的毒性數(shù)據(jù)時(shí)，需要在數(shù)據(jù)庫中搜索最近幾年出版的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來判斷是否所需數(shù)據(jù)已經(jīng)錄入數(shù)據(jù)庫中.如果用戶需要了解更詳細(xì)的試驗(yàn)背景信息，還是需要查看原始文獻(xiàn)[14].

1.1 ECOTOX數(shù)據(jù)收集條件

ECOTOX數(shù)據(jù)收集條件：文獻(xiàn)中的毒性數(shù)據(jù)必須有化學(xué)物質(zhì)名稱、物種名稱、試驗(yàn)毒物濃度或劑量、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間和毒性效應(yīng)這五方面的數(shù)據(jù)，缺少任何一種數(shù)據(jù)，該條數(shù)據(jù)不予收集.ECOTOX中只包含一種化學(xué)毒物的暴露試驗(yàn)數(shù)據(jù)，不收集混合毒物〔石油(燃料油)〕、細(xì)菌和病毒、空氣污染物(CO2、臭氧)的毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù)和體外毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù).其中，水生生物毒性數(shù)據(jù)庫中還不包括沒有說明水中(上覆水或間隙水)毒物濃度的沉積物毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù).ECOTOX數(shù)據(jù)收集條件見表1.

表1 ECOTOX數(shù)據(jù)收集條件[14]

1.2 ECOTOX數(shù)據(jù)來源

ECOTOX的數(shù)據(jù)主要由1970年到現(xiàn)在已發(fā)表文獻(xiàn)中的水生生物和陸生生物毒性數(shù)據(jù)組成.數(shù)據(jù)收集人員主要通過檢索美國環(huán)境保護(hù)局中大陸生態(tài)分區(qū)(EPA MED)圖書館藏獲得數(shù)據(jù)來源.除此之外，ECOTOX還收錄了美國國家環(huán)境保護(hù)局農(nóng)藥項(xiàng)目辦公室數(shù)據(jù)庫 〔EPA：Office of Pesticides Program Database (OPP)〕、黑頭呆魚急性毒性數(shù)據(jù)庫〔EPA：Fathead Minnow Acute Toxicity Database (MED)〕、美國地質(zhì)調(diào)查局急性毒性數(shù)據(jù)庫(USGS Acute Toxicity Database)和歐洲(法國、德國、荷蘭、俄羅斯)的數(shù)據(jù)庫(集)[14].

1.3 數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程

ECOTOX數(shù)據(jù)采集過程主要包括訓(xùn)練數(shù)據(jù)收集人員、數(shù)據(jù)收集過程和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查三部分組成.訓(xùn)練數(shù)據(jù)收集人員是數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程的第一步，目的是為了確保文獻(xiàn)數(shù)據(jù)收集的一致性和準(zhǔn)確性.ECOTOX數(shù)據(jù)收集過程和質(zhì)量檢查主要采用了Unify Toxicity Module軟件，該軟件主要分為質(zhì)量保證參數(shù)、化學(xué)物質(zhì)信息、物種信息、試驗(yàn)信息、野外試驗(yàn)信息、試驗(yàn)結(jié)果參數(shù)、試驗(yàn)基質(zhì)參數(shù)7個(gè)主要模塊.數(shù)據(jù)收集必須按照編碼指南[15]的要求、參考編碼表[16]和編碼附錄[17]填寫數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查包括數(shù)據(jù)收集人員自我檢查(自檢)，有經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)收集人員檢查(他檢)和數(shù)據(jù)管理員終檢，具體檢查步驟見圖1.

1.4 ECOTOX水生生物數(shù)據(jù)庫和陸生生物數(shù)據(jù)庫

ECOTOX分為水生生物數(shù)據(jù)庫和陸生生物數(shù)據(jù)庫，用戶可以根據(jù)需要選擇數(shù)據(jù)庫進(jìn)行搜索.

圖1 10%的ECOTOX文獻(xiàn)檢查步驟[15]Fig.1 The procedure of checking the data of the Ecotoxicology Knowledgebase from 10% of literature

水生生物數(shù)據(jù)庫中收錄的數(shù)據(jù)包括[14]：①一種化學(xué)毒物對水生生物的毒性暴露數(shù)據(jù)；②兩棲動(dòng)物和昆蟲只在水生生活階段的毒性數(shù)據(jù)；③水生植物的毒性暴露數(shù)據(jù).但不包括：①沉積物毒性研究中只說明沉積物中毒物濃度，沒有說明水中毒物濃度的毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù)；②混合毒物，水化學(xué)效應(yīng)參數(shù)(如pH)和混合污水的生物毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù)；③微生物群落(細(xì)菌和病毒)的毒性數(shù)據(jù).

陸生生物數(shù)據(jù)庫中收錄的數(shù)據(jù)包括[14]：①一種化學(xué)毒物對陸生生物的毒性暴露數(shù)據(jù)；②兩棲動(dòng)物和昆蟲只在陸生生活階段的毒性數(shù)據(jù)；③與水生環(huán)境有聯(lián)系的生物(如鳥類、哺乳動(dòng)物、爬行動(dòng)物)毒性數(shù)據(jù)；④使用水培法和營養(yǎng)溶液進(jìn)行陸生植物毒性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)；⑤定量毒性數(shù)據(jù)；⑥與水生環(huán)境有關(guān)，但用肺呼吸的動(dòng)物(如鴨、鯨)毒性數(shù)據(jù)；⑦禽類(如野鴨、野雞、美洲鶉)，哺乳動(dòng)物(如田鼠、鹿鼠或貂)，有益的無脊椎動(dòng)物(如蚯蚓、蜜蜂、切葉蜂或彩帶蜂)等動(dòng)物的毒性數(shù)據(jù)；⑧美國本土作物或雜草的毒性數(shù)據(jù).但不包括：①受污染的土壤毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，沉積物研究數(shù)據(jù)和化學(xué)混合物毒性數(shù)據(jù)；②定性毒性數(shù)據(jù).

1.5 ECOTOX數(shù)據(jù)元素

ECOTOX水生生物和陸生生物數(shù)據(jù)元素主要包括化學(xué)物質(zhì)、試驗(yàn)生物、暴露試驗(yàn)條件、試驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)信息.每種數(shù)據(jù)元素都是由不同的數(shù)據(jù)字段來描述的，不同的數(shù)據(jù)查詢結(jié)果報(bào)表中設(shè)有數(shù)據(jù)元素字段和數(shù)據(jù)元素對應(yīng)的最大值、最小值、平均值及其符號(hào)或備注字段，而每種數(shù)據(jù)元素都有試驗(yàn)信息對應(yīng)的編碼，水生生物和陸生生物主要數(shù)據(jù)元素設(shè)置見表2.

表2 ECOTOX數(shù)據(jù)元素[14]

注： [a]表示在水生生物數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)元素； [b]表示在陸生生物數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)元素.

2 對中國構(gòu)建生態(tài)毒性數(shù)據(jù)庫的啟示

ECOTOX不但為構(gòu)建定量結(jié)構(gòu)活性(QSAR)模型提供支持[18]，而且被美國國家環(huán)境保護(hù)局多個(gè)項(xiàng)目辦公室采用，有效地支撐化學(xué)污染物的風(fēng)險(xiǎn)評估工作[14]，促進(jìn)了美國環(huán)境基準(zhǔn)研究、化學(xué)污染物毒性預(yù)測模型開發(fā)等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估工作的開展；同時(shí)，也為全世界的毒理學(xué)，生物學(xué)，環(huán)境基準(zhǔn)乃至環(huán)境科學(xué)研究提供了大量的重要數(shù)據(jù)來源[2].反觀我國，一部分化學(xué)物質(zhì)毒性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)整理了國外的數(shù)據(jù)[19- 21]，還有一部分根據(jù)醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、化學(xué)災(zāi)害應(yīng)急處理[19]、食品添加劑[22]和農(nóng)獸藥[23]等方面需求建立的毒性數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫為開展相關(guān)領(lǐng)域的工作和研究提供數(shù)據(jù)支持，發(fā)揮了越來越重要的作用，但對環(huán)境基準(zhǔn)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估和毒理學(xué)等方面的深入研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠.中國現(xiàn)存的毒性數(shù)據(jù)庫與ECOTOX相比，主要區(qū)別見表3.

此外，ECOTOX也存在一些不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①缺少對于化學(xué)品(農(nóng)藥)管理、人體健康保護(hù)、環(huán)境管理等方面尤為重要的化學(xué)物質(zhì)國際研究狀況、各國標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)值、職業(yè)場所暴露限度的數(shù)據(jù)整理；上述數(shù)據(jù)在國際農(nóng)藥聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和化學(xué)物質(zhì)毒性數(shù)據(jù)庫中均有系統(tǒng)整理，可通過相同化學(xué)物質(zhì)名稱建立簡單鏈接或?qū)ο嗤瑪?shù)據(jù)來源的數(shù)據(jù)整理收集即可實(shí)現(xiàn).②ECOTOX采用了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，導(dǎo)致海量數(shù)據(jù)查詢耗時(shí)長，顯示的數(shù)據(jù)量受限，與瀏覽器兼容性不穩(wěn)定和易出現(xiàn)查詢下載錯(cuò)誤等問題；如下載帶分隔符“|”的記事本格式和Excel格式的數(shù)據(jù)時(shí)，僅能下載10 000條數(shù)據(jù)，而以網(wǎng)頁表格形式只能顯示5 000條數(shù)據(jù)；下載數(shù)據(jù)時(shí)，常會(huì)導(dǎo)致瀏覽器異常；在網(wǎng)頁上不能下載重金屬銀對魚的毒性數(shù)據(jù)(Excel格式)，總出現(xiàn)下載錯(cuò)誤提示.③非英文文獻(xiàn)中的毒性數(shù)據(jù)收集較少.④僅定位作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，與生態(tài)毒理學(xué)相關(guān)研究鏈接不夠緊密.如收集生態(tài)毒理數(shù)據(jù)僅是開展水質(zhì)基準(zhǔn)研究的主要環(huán)節(jié)，還應(yīng)收集國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，基準(zhǔn)值數(shù)據(jù)，水體基本理化參數(shù)，水生生物調(diào)查數(shù)據(jù)等.

表3 中國毒性數(shù)據(jù)庫與ECOTOX的區(qū)別

據(jù)此，筆者建議應(yīng)從如下幾方面著手建立中國生態(tài)毒性云數(shù)據(jù)庫.

2.1 提供完整、有效和共享的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)資源

毒性數(shù)據(jù)應(yīng)包括以下六方面的信息(見表4)，鼓勵(lì)科研工作者提供完整、有效的數(shù)據(jù)信息.

表4 生態(tài)毒性數(shù)據(jù)發(fā)表要求

注： [a]表示任何毒性試驗(yàn)必須說明的毒性數(shù)據(jù)信息； [b]表示如果試驗(yàn)中有相關(guān)毒性數(shù)據(jù)信息時(shí)， 才必須說明的毒性數(shù)據(jù)信息.

另外，國內(nèi)各類科研活動(dòng)中產(chǎn)生的大量科學(xué)數(shù)據(jù)，由于缺乏數(shù)據(jù)共享的機(jī)制，無法發(fā)揮其應(yīng)有的作用，數(shù)據(jù)的潛力沒有得到充分的挖掘和利用[24].應(yīng)建立國家基礎(chǔ)研究項(xiàng)目數(shù)據(jù)共享的必要法律約束，采用法律強(qiáng)制手段打破數(shù)據(jù)私有主義的壁壘，鼓勵(lì)開展科技計(jì)劃項(xiàng)目數(shù)據(jù)匯交管理與共享，促進(jìn)科學(xué)數(shù)據(jù)的整合集成，增強(qiáng)國家科技投入的效益[25].

2.2 建立毒性數(shù)據(jù)整編標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

系統(tǒng)、全面的毒性數(shù)據(jù)整編標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范將充分保證數(shù)據(jù)收集和整編工作質(zhì)量，減少數(shù)據(jù)收集和整編的重復(fù)性工作，提高數(shù)據(jù)實(shí)用性.我國目前尚未建立毒性數(shù)據(jù)的調(diào)查和整編技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，導(dǎo)致一些已有毒性數(shù)據(jù)庫的建立過程中不可避免地出現(xiàn)一些重復(fù)性工作，開展生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估和環(huán)境基準(zhǔn)等方面的深入研究時(shí)無法直接使用.而ECOTOX在過去30年數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中總結(jié)的數(shù)據(jù)收集規(guī)范、數(shù)據(jù)質(zhì)量保證程序和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查程序可以為我國開展生態(tài)毒性數(shù)據(jù)的整編提供參考，有望補(bǔ)齊我國在毒性數(shù)據(jù)整編技術(shù)方面的“短板”.毒性數(shù)據(jù)的收集和整編規(guī)范一般主要包括數(shù)據(jù)收集人員訓(xùn)練規(guī)范、文獻(xiàn)采集和篩選規(guī)范、數(shù)據(jù)錄入與加工規(guī)范和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查規(guī)范四部分組成，毒性數(shù)據(jù)收集過程見圖2所示.數(shù)據(jù)錄入與加工和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查均可在計(jì)算機(jī)軟件中完成，而采集和篩選文獻(xiàn)數(shù)據(jù)至可用原始數(shù)據(jù)資源庫主要由人工完成.

圖2 毒性數(shù)據(jù)收集過程Fig.2 The procedure of Ecotoxicology data collection

2.3 銜接國內(nèi)現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源

ECOTOX的構(gòu)建并非一蹴而就，而是在匯集了國外多個(gè)毒性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(集)的基礎(chǔ)上建立起來的.中國的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)庫可通過如下幾種方式銜接其他數(shù)據(jù)庫：①對于生態(tài)毒性數(shù)據(jù)密切相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(如國際農(nóng)藥聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、化學(xué)物質(zhì)毒性數(shù)據(jù)庫等)，一方面可以增加相關(guān)毒性數(shù)據(jù)收集項(xiàng)(如基標(biāo)準(zhǔn)值、暴露限度值等數(shù)據(jù)項(xiàng)).既增加中國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)收集內(nèi)容，又能吸收其他數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)據(jù)(可通過相同的化學(xué)物質(zhì)建立聯(lián)系實(shí)現(xiàn))；另一方面，針對關(guān)鍵毒性信息(如受試生物的詳細(xì)分類名稱、試驗(yàn)條件、效應(yīng)識(shí)別方法等)收集較少或沒有收集的數(shù)據(jù)庫(集)(如上海有機(jī)所物質(zhì)毒性數(shù)據(jù)庫[21]、食品添加劑毒理學(xué)數(shù)據(jù)庫[22]、農(nóng)獸藥數(shù)據(jù)庫[23]等)，可以參考其數(shù)據(jù)來源開展毒性數(shù)據(jù)補(bǔ)充收集；②對于與生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)密切相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(集)(如中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(CERN)、中國湖泊科學(xué)數(shù)據(jù)庫、國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)等)，可以通過相同數(shù)據(jù)項(xiàng)(如化學(xué)物質(zhì)名稱、生物名稱、基質(zhì)理化參數(shù)等)建立聯(lián)系，查找毒性數(shù)據(jù)的同時(shí)也可查找相關(guān)生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)(如重金屬和有機(jī)污染物含量分布數(shù)據(jù)、生物調(diào)查數(shù)據(jù)，水體基本理化參數(shù)等)；③對于數(shù)據(jù)收集格式差異大(如國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)、973計(jì)劃資源環(huán)境領(lǐng)域項(xiàng)目數(shù)據(jù)匯交服務(wù)網(wǎng)等)，與生態(tài)毒性數(shù)據(jù)聯(lián)系不太緊密，但對環(huán)境基準(zhǔn)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估、衛(wèi)生毒理學(xué)、農(nóng)藥管理等方面的相關(guān)研究又有重要作用的數(shù)據(jù)庫(集)，可以按照不同科研需求，將不同的數(shù)據(jù)資源有效整合在一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)中，建立相關(guān)研究領(lǐng)域的“數(shù)據(jù)超市”.

2.4 利用大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù)

中國本土生物生態(tài)毒性數(shù)據(jù)主要來源于：①ECOTOX、TOXNET、PUBMED、Web of Science、中國知網(wǎng)等相關(guān)國內(nèi)外數(shù)據(jù)庫；②國內(nèi)外水質(zhì)基準(zhǔn)文件、國際標(biāo)準(zhǔn)測試方法導(dǎo)則及其編制說明、來源可靠的實(shí)驗(yàn)室研究報(bào)告等；③國家或地方完成項(xiàng)目.

生態(tài)毒性數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大，毒性參數(shù)復(fù)雜，數(shù)據(jù)記錄格式和數(shù)據(jù)采集規(guī)范不盡相同的特點(diǎn)，在構(gòu)建數(shù)據(jù)庫時(shí)應(yīng)滿足以下要求：①高效性.由于毒性數(shù)據(jù)量大，參數(shù)設(shè)置復(fù)雜，需要高效的任務(wù)調(diào)度策略和分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理和存儲(chǔ)；②穩(wěn)定性.隨著用戶訪問量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量的增加，需要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)的可靠性以及出現(xiàn)故障時(shí)，可以快速檢測和自動(dòng)恢復(fù)；③安全性.能夠防御外界的惡意攻擊，系統(tǒng)主動(dòng)防御、系統(tǒng)恢復(fù)等保障系統(tǒng)安全的機(jī)制和數(shù)據(jù)在遭到一定的安全威脅時(shí)，能夠有數(shù)據(jù)復(fù)制、數(shù)據(jù)備份恢復(fù)、數(shù)據(jù)隔離等機(jī)制[26]；④擴(kuò)展性.毒性數(shù)據(jù)庫可以根據(jù)需求變化同其他數(shù)據(jù)庫合并，應(yīng)具有便捷、高度的軟件和硬件擴(kuò)展性，能夠快速配置更符合實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)；⑤標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范性.能夠滿足數(shù)據(jù)調(diào)查整編標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理要求的規(guī)范.

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫大多采用并行計(jì)算、分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算等技術(shù)[26]，隨著數(shù)據(jù)量的增加和服務(wù)請求的增長，將會(huì)面臨可擴(kuò)展性差、海量數(shù)據(jù)條件下讀寫性能低下、管理復(fù)雜困難且運(yùn)行維護(hù)成本較高等諸多問題[27]，如在ECOTOX進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢時(shí)，常常需要耗費(fèi)大量時(shí)間等待數(shù)據(jù)檢索結(jié)果報(bào)表.而云數(shù)據(jù)庫是在SaaS(software-as-a-service，軟件及服務(wù))成為應(yīng)用趨勢的大背景下發(fā)展起來的云計(jì)算技術(shù)，它極大地增強(qiáng)了數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)能力，消除了人員、硬件、軟件的重復(fù)配置，讓軟、硬件升級(jí)變得更加容易，同時(shí)也虛擬化了許多后端功能，具有動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展、高可用性、較低的使用代價(jià)、易用性和大規(guī)模并行處理等特點(diǎn)，是海量存儲(chǔ)需求的必然選擇[28]，因此，采用云數(shù)據(jù)庫技術(shù)構(gòu)建中國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)庫是解決上述問題的一條有效途徑.此外，大數(shù)據(jù)與云計(jì)算是相輔相成的[29].大數(shù)據(jù)著眼于“數(shù)據(jù)”，提供數(shù)據(jù)采集、挖掘、分析的技術(shù)和方法，主要專注于實(shí)際業(yè)務(wù)，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力；云計(jì)算主要關(guān)注“計(jì)算”和IT架構(gòu)，提供IT解決方案，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)處理能力.利用大數(shù)據(jù)結(jié)合云計(jì)算技術(shù)來挖掘生態(tài)毒性數(shù)據(jù)將極大地釋放高海量毒性數(shù)據(jù)的內(nèi)在價(jià)值，充分發(fā)揮其對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估、環(huán)境基準(zhǔn)、化學(xué)物質(zhì)毒性預(yù)測模型、毒理學(xué)等方面研究的支撐作用，使我國環(huán)境管理決策更加可靠、科學(xué).

中國開展環(huán)境基準(zhǔn)研究很大程度上還依賴于國外發(fā)達(dá)國家的水生生物毒性數(shù)據(jù)庫，率先建立水生生物毒性數(shù)據(jù)庫勢在必行.而陸生生物和人體健康毒性數(shù)據(jù)庫建立方面我國已有一定基礎(chǔ)，ECOTOX的陸生生物毒性數(shù)據(jù)相比國內(nèi)已有毒性數(shù)據(jù)庫更全面，更實(shí)用；因此，同樣可以參照ECOTOX整理陸生生物毒性數(shù)據(jù)的方法和規(guī)范對我國現(xiàn)有的陸生生物毒性數(shù)據(jù)庫進(jìn)行完善，并及時(shí)更新毒性數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)水生生物和陸生生物毒性數(shù)據(jù)的綜合整理，再借助云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)最終建立中國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)云平臺(tái)，為我國環(huán)境管理和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估、環(huán)境基準(zhǔn)研究、生態(tài)學(xué)、毒理學(xué)等相關(guān)研究提供豐富、可靠的數(shù)據(jù)支持.

確定系統(tǒng)用戶界面對系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)能夠起紐帶作用[26].經(jīng)初步設(shè)想，中國生態(tài)毒性云數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的前臺(tái)和后臺(tái)應(yīng)主要包括圖3、4所示的功能模塊.

圖3 中國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)云平臺(tái)后臺(tái)功能Fig.3 The backstage management module of the cloud platform for Chinese Ecotoxicology data

圖4 中國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)云平臺(tái)前臺(tái)功能Fig.4 The onstage functional module of the cloud platform for Chinese Ecotoxicology data

2.5 注重收集中國本土生物和新型污染物毒性數(shù)據(jù)

盡管美國已經(jīng)建立了生物毒性數(shù)據(jù)庫，可以為水環(huán)境基準(zhǔn)制定、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估等方面的研究提供有力的數(shù)據(jù)支持，但仍有很大一部分的環(huán)境污染物，特別是新型污染物[30]〔如POPs(持久性有機(jī)污染物)、PTS(持久性有毒物質(zhì))、PBT(持久性生物累積性有毒物質(zhì))、SVHC(高關(guān)注物)、EDCS(內(nèi)分泌干擾物)、PBDEs(多溴聯(lián)苯醚)〕由于沒有充足有效的毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù)而缺乏相應(yīng)的基準(zhǔn)值[31].

當(dāng)前，中國的水質(zhì)基準(zhǔn)研究很大程度上依賴于發(fā)達(dá)國家的水生態(tài)基準(zhǔn)毒性數(shù)據(jù)[5].雖然進(jìn)行一定量的本土生物試驗(yàn)，但本土生物的毒性數(shù)據(jù)及相關(guān)研究不足，難以有效保護(hù)我國本土生物[32]，支持符合中國國情的水質(zhì)基準(zhǔn)研究，國內(nèi)生物區(qū)系毒性數(shù)據(jù)的積累和完善是環(huán)境基準(zhǔn)研究發(fā)展的關(guān)鍵問題之一.因此，在開展生態(tài)毒性數(shù)據(jù)收集時(shí)，需注重優(yōu)先設(shè)置涉及本土生物和新型污染物的主要關(guān)鍵詞進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，優(yōu)先搜集國內(nèi)外報(bào)告、項(xiàng)目和數(shù)據(jù)庫中包含本土生物和新型污染物的毒性數(shù)據(jù)資源.

3 結(jié)論

a) ECOTOX數(shù)據(jù)收集條件、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)采集過程和數(shù)據(jù)元素，可為我國建立相關(guān)毒性數(shù)據(jù)庫和開展毒性數(shù)據(jù)的系統(tǒng)整編提供參考.ECOTOX的文獻(xiàn)收集條件指文獻(xiàn)中的毒性數(shù)據(jù)必須有化學(xué)物質(zhì)名稱、物種名稱、試驗(yàn)毒物濃度或劑量、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間和毒性效應(yīng)這五方面的數(shù)據(jù)，缺少任何一種數(shù)據(jù)，該條數(shù)據(jù)不予收集；數(shù)據(jù)來源包括主要由文獻(xiàn)數(shù)據(jù)收集人員收集1970年到現(xiàn)在已發(fā)表文獻(xiàn)中的水生生物和陸生生物毒性數(shù)據(jù)組成，還包括其他毒性數(shù)據(jù)庫(集)；數(shù)據(jù)采集過程主要包括訓(xùn)練數(shù)據(jù)收集人員、數(shù)據(jù)收集過程和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查三部分組成；數(shù)據(jù)收集元素主要包括化學(xué)物質(zhì)、試驗(yàn)生物、暴露試驗(yàn)條件、試驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)信息.

b) 調(diào)研并對比了中國毒性數(shù)據(jù)庫與ECOTOX的主要區(qū)別和問題；據(jù)此，從深入開展生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估、環(huán)境基準(zhǔn)、生態(tài)學(xué)、毒理學(xué)等相關(guān)研究的數(shù)據(jù)需求出發(fā)，提出構(gòu)建中國生態(tài)毒性數(shù)據(jù)庫的建議和設(shè)想：通過引導(dǎo)生態(tài)毒性數(shù)據(jù)發(fā)表和文獻(xiàn)寫作與加強(qiáng)數(shù)據(jù)共享的必要法律約束，提供完整、有效和共享的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)資源；借鑒ECOTOX在過去30年數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中總結(jié)的數(shù)據(jù)收集規(guī)范、數(shù)據(jù)質(zhì)量保證程序和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查程序建立我國統(tǒng)一的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)整編標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；充分利用國內(nèi)外現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源完善毒性數(shù)據(jù)庫；運(yùn)用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù)，解決數(shù)據(jù)量的增加和服務(wù)請求的增長可能帶來的技術(shù)難題；著眼于環(huán)境基準(zhǔn)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估等方面的科研需求，注重收集中國本土生物和新型污染物毒性數(shù)據(jù).

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The Enlightenment of the Ecotoxicolohy Knowledgebase(ECOTOX) for Its Establishment in China

WU Aiming1， ZHAO Xiaoli2*， FENG Yu4， ZHAO Tianhui3， WANG Hao3， WU Fengchang1,2， CHEN Rui1

1.Faculty of Environmental Science and Engineering， Kunming University of Science and Technology， Kunming 650500， China 2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment， Chinese Research Academy of Environmental Sciences， Beijing 100012， China 3.College of Water Sciences， Beijing Normal University，Beijing 100875， China 4.Construction Management Committee of the New Town Center of Tongzhou District of Beijing City， Beijing 101101， China

The ecotoxicology database plays an important role in Chinese environmental protection and scientific research，particularly in the study of environmental criteria.At present，the lack of a basic toxicity database and platform supporting China′s environmental management work has become one of the bottlenecks restricting the country in carrying out the creation of environmental standards，ecological risk assessment，environmental quality assessment，pollution control，toxicology and so on.Therefore，the establishment of a local biological toxicity database and platform is urgently needed in China.The technology and experience of the Ecotoxicology Knowledgebase (ECOTOX)are widely implied for the creation of similar databases in China.The present paper systematically summarized the core content of the ECOTOX′s formation，namely literature collection，data sources，data acquisition and data collection elements，and compared the current domestic toxicity database and other databases closely related to the ecological survey data.Some problems exist in the ECOTOX，for instance，data entries (fields)still need to be increased further；the database construction is counter-intuitive；relatively few toxicity data have been collected in non-English literature；the connection with research related to ecotoxicology is not enough close；and the existing Chinese toxicity database lacks practicability and has poor reliability.From the perspectives of environmental standards，ecological risk assessment and toxicology research development，this paper proposes the creation of a Chinese ecological toxicity database，including complete，shared and effective ecological toxicity data resources；the formation of toxicological data processing standards and norms；the cohesion of existing domestic databases；and the use of large data cloud computing technology，with a focus on the collection of the local Chinese biology and toxicity data of new pollutants.

ECOTOX(Ecotoxicology Knowledgebase)； Chinese Ecotoxicology Knowledgebase； enlightenment； data collection

2016- 07- 14

2016- 12- 20

科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)(2014FY120600)

吳愛明(1992-)，男，四川巴中人，1203401871@qq.com.

*責(zé)任作者，趙曉麗(1981-)，女，河北邢臺(tái)人，副研究員，博士，主要從事水質(zhì)基準(zhǔn)理論與方法學(xué)和納米材料研究，zhaoxiaoli_zxl@126.com

X327

1001- 6929(2017)04- 0636- 09

A

10.13198j.issn.1001- 6929.2017.01.76

吳愛明，趙曉麗，馮宇，等.美國生態(tài)毒理數(shù)據(jù)庫(ECOTOX)對中國數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的啟示[J].環(huán)境科學(xué)研究，2017，30(4)：636-644.

WU Aiming，ZHAO Xiaoli，F(xiàn)ENG Yu，etal.The Enlightenment of the Ecotoxicolohy Knowledgebase(ECOTOX) for Its Establishment in China[J].Research of Environmental Sciences，2017，30(4)：636-644.