吳 凡，王曉南*，王旭升，王佳琪，張 聰，劉征濤

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險評估國家重點實驗室，北京 100012

2.海油環(huán)境科技（北京）有限公司，北京 100027

微宇宙(microcosm)被稱為模型生態(tài)系統(tǒng)，即盡可能地模擬自然生態(tài)系統(tǒng)[1]，把復(fù)雜多變的自然生態(tài)系統(tǒng)加以簡化并對其過程進(jìn)行模擬，但是模擬的微宇宙并非完全復(fù)制自然生態(tài)系統(tǒng)；此外一些難以到達(dá)的特殊生態(tài)系統(tǒng)，如沙漠、遠(yuǎn)洋和火山口等也可以通過微宇宙進(jìn)行研究.微宇宙可以分為陸生微宇宙、水生微宇宙以及濕地(水陸生)微宇宙三類[2].

隨著人類社會的發(fā)展，污染物的排放對水生態(tài)系統(tǒng)造成了危害[3-4]，相較于單物種毒性實驗，水生微宇宙作為模型生態(tài)系統(tǒng)，可以進(jìn)行群落水平對污染物響應(yīng)的研究[2,5]，在污染物的生態(tài)毒性以及污染物與環(huán)境DNA(eDNA)的降解研究中得到應(yīng)用.孫健等[6]采用35 d 的水生微宇宙毒性實驗，得出三唑酮對中華薄殼介(Dolerocypris sinensis)、隆線溞(Daphnia carinata)等8 種浮游動物組成群落的無效應(yīng)濃度(NOECcommunity)＞2 078.88 μg/L.Essid 等[7]采用水生微宇宙系統(tǒng)研究了內(nèi)分泌干擾物苯甲酸雌二醇對線蟲(nematodes)等小型底棲生物群落的影響，發(fā)現(xiàn)高濃度(12.9 ng/L)組會造成線蟲群落的Shannon-Wiener指數(shù)下降.為充分反映污染物對群落的生態(tài)毒性，袁丙強等[8]擴充了生態(tài)位，選用大型溞(Daphnia magna)、萼花臂尾輪蟲(Brachionus calyciflorus)、羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)等浮游生物組成群落，開展了63 d 的水生微宇宙毒性實驗，結(jié)果顯示，三唑磷對浮游生物群落的NOECcommunity和最低觀察效應(yīng)濃度(LOECcommunity)分別為17.5 和52.5 μg/L.為了全面探索有毒污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，水生微宇宙技術(shù)也被引入污染物的降解轉(zhuǎn)化等研究中.Yi 等[9]采用小球藻(Chlorellasp.)與鉤蟲貪銅菌(Cupriavidus necator)的微宇宙系統(tǒng)開展了苯酚的降解研究，發(fā)現(xiàn)小球藻與鉤蟲貪銅菌共存時對苯酚的降解能力增強.McKeever等[10]采用水生微宇宙實驗發(fā)現(xiàn)，加入好氧微生物群落后二溴化乙烯的降解速率是之前的8 倍.但這些實驗過程均未考慮環(huán)境因素的影響，Mouafo 等[11]將環(huán)境因素納入實驗發(fā)現(xiàn)，在酸性水生微宇宙環(huán)境中高溫不利于銅綠假單胞菌降解聚乙烯.為了計算生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性，近年來eDNA 技術(shù)常被用于分析環(huán)境中的目標(biāo)物種[12]，然而受到環(huán)境因素的影響，eDNA的降解會影響檢測結(jié)果的可靠性[13]，水生微宇宙可以模擬不同的環(huán)境條件，有助于研究環(huán)境因素對eDNA 降解的影響.Strickler 等[13]通過水生微宇宙實驗發(fā)現(xiàn)，在低溫(5 ℃)、低紫外線輻射以及堿性條件下，牛蛙蝌蚪的eDNA 降解速率最低；而Wei 等[14]通過水生微宇宙實驗發(fā)現(xiàn)，高濃度細(xì)菌可以增加日本大螯蜚(Grandidierella japonica) eDNA 的降解速率.

在水生生物毒性實驗中，水質(zhì)參數(shù)，如pH[15-16]、硬度[17-18]和溶解氧[19]等均會對污染物的毒性效應(yīng)產(chǎn)生影響，毒性預(yù)測模型的研究可以定量水質(zhì)參數(shù)對毒性效應(yīng)的影響.Schlekat 等[20]成功構(gòu)建了鎳對水中大型溞和隆線溞的毒性預(yù)測模型，其中包含的水質(zhì)參數(shù)有pH、硬度及溶解有機碳.Wang 等[21]將可溶性有機碳作為影響因子構(gòu)建了水體中銅對鯉魚(Cyprinus carpio)的毒性預(yù)測模型，并使用急性毒性實驗數(shù)據(jù)對預(yù)測模型進(jìn)行了驗證.

微宇宙作為一種新型模型生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)用領(lǐng)域逐漸增多.因此，該研究采用CiteSpace 軟件，對國內(nèi)外所有涉及微宇宙的文獻(xiàn)進(jìn)行計量分析，分析國內(nèi)外水生微宇宙的研究現(xiàn)狀和熱點趨勢；搜集基于水生微宇宙的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)，并與單物種毒性實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，分別構(gòu)建了通過單物種及水質(zhì)參數(shù)預(yù)測微宇宙毒性數(shù)據(jù)的回歸模型，以期為水生微宇宙的深入研究提供參考.

1 標(biāo)準(zhǔn)水生微宇宙實驗體系及實驗系統(tǒng)

在標(biāo)準(zhǔn)微宇宙系統(tǒng)的構(gòu)建中，系統(tǒng)介質(zhì)以及沉積物一般采用T82MV 培養(yǎng)液以及由石英砂、幾丁質(zhì)和纖維素制成的人工沉積物[5-6].由圖1 可見：在向經(jīng)過滅菌處理的容器中加入培養(yǎng)液以及沉積物3～7 d 后加入浮游植物，約一周時間后加入浮游動物；在全部受試生物接種入微宇宙3～7 d 后投入受試物質(zhì)，記當(dāng)天為實驗的第0 天[7].

圖1 標(biāo)準(zhǔn)水生微宇宙實驗流程Fig.1 The flow chart of standard aquatic microcosm test

基于不同研究目的，構(gòu)建的微宇宙系統(tǒng)也會存在差異，現(xiàn)階段主要的微宇宙實驗系統(tǒng)如表1 所示.依據(jù)微宇宙內(nèi)部循環(huán)特征，將水循環(huán)納入體系的微宇宙系統(tǒng)稱為流動微宇宙[1]，反之則為靜止微宇宙.其中，靜止微宇宙使用較為廣泛，實驗時間范圍為22～281 d，實驗容器體積較小.流動微宇宙實驗時間范圍為59～77 d，實驗容器體積較大，一般參考加拿大奎爾夫大學(xué)的室外微宇宙系統(tǒng)[30]進(jìn)行設(shè)計.受試生物方面，一般采用甲殼類和輪蟲(rotifers)等浮游動物，綠藻、藍(lán)藻和硅藻等浮游植物、沉水植物等.此外，受試生物的種類也受實驗容器體積的影響，容器體積較大的微宇宙會涉及沉水植物以及大型無脊椎動物，其中沉水植物主要為金魚藻屬(CeratophyllumL.)或狐尾藻屬(MyriophyllumL.)等多年生草本植物，大型無脊椎動物主要為鉤蝦(Gammarussp.)、椎實螺(Lymnaeasp.)和石蛭(Erpobdellasp.)等.

表1 微宇宙系統(tǒng)以及相應(yīng)受試生物Table 1 Microcosm system and corresponding test organisms

2 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 數(shù)據(jù)的獲取

為了更好地探索國內(nèi)外水生微宇宙領(lǐng)域的研究進(jìn)展，基于中國知網(wǎng)、Elsevier 以及Web of Science 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了文獻(xiàn)數(shù)據(jù)搜集，并對搜集到的中英文文獻(xiàn)全記錄數(shù)據(jù)使用CiteSpace 進(jìn)行關(guān)鍵詞聚類分析.在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中以“水生微宇宙”“模擬水生生態(tài)系統(tǒng)”以及“生態(tài)毒理學(xué)”為主題關(guān)鍵詞分別進(jìn)行檢索，從1990 年至2022 年8 月10 日共得到105 篇有效文獻(xiàn).在Web of Science 核心數(shù)據(jù)集中以“aquatic microcosm”以及“ecotoxicology”為主題關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，從1962 年至2022 年8 月10 日共得到2 115 篇有效文獻(xiàn)，其中，國內(nèi)文獻(xiàn)198 篇，國外文獻(xiàn)1 917 篇.

2.2 國內(nèi)外發(fā)文量對比

以每10 年為時間切片單位，將國內(nèi)外文獻(xiàn)數(shù)據(jù)集各時間切片內(nèi)的發(fā)文量進(jìn)行對比(見圖2).由圖2可見，國內(nèi)水生微宇宙領(lǐng)域的研究相對較為滯后，從21 世紀(jì)10 年代開始國內(nèi)發(fā)文量有顯著增加趨勢，到21 世紀(jì)20 年代后國內(nèi)發(fā)文量占比已從21 世紀(jì)10年代的16.1%提至26.1%，表明國內(nèi)近些年關(guān)于微宇宙的研究正在迅速發(fā)展.國外在20 世紀(jì)60-80 年代開始對水生微宇宙進(jìn)行探索，到90 年代后相關(guān)發(fā)文量顯著提升.由于水生微宇宙可以模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的特性，該領(lǐng)域的研究熱度越來越高，21 世紀(jì)20 年代的總發(fā)文量已經(jīng)接近20 世紀(jì)90 年代的總發(fā)文量.

2.3 關(guān)鍵詞聚類圖、時間線圖分析

論文關(guān)鍵詞是對論文內(nèi)容的高度總結(jié)，可以反映文章的研究主題以及主要研究內(nèi)容，也具有較好的繼承以及延伸性，因此對關(guān)鍵詞的分析可以更好地把握某一研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢以及當(dāng)下研究熱點.

中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫關(guān)鍵詞聚類如圖3(a) 所示，聚類模塊值(Modurality Q)=0.857 8(＞0.3)，聚類平均輪廓值(Mean Silhouette)=0.638 6(＞0.5)，表明聚類顯著.聚類標(biāo)簽序號越小，表示該聚類下包含的關(guān)鍵詞數(shù)量越多，同一聚類中的關(guān)鍵詞聯(lián)系較為密切，選取前10個聚類進(jìn)行展示.由圖3(a)可見，與水生微宇宙相關(guān)的中文文獻(xiàn)研究主題多與宏觀層面的生態(tài)系統(tǒng)層級相關(guān)，部分選用微生物作為實驗對象.

圖3 國內(nèi)水生微宇宙研究領(lǐng)域文獻(xiàn)關(guān)鍵詞分析Fig.3 Key words analysis map in domestic literatures about aquatic microcosm

由圖3(b)可見，多數(shù)聚類在近幾年較為缺乏，相關(guān)實驗仍需進(jìn)一步拓展.在聚類“#1 富營養(yǎng)化”“#3 微宇宙系統(tǒng)”“#4 微生物”中分別發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵詞“三唑磷”“銅離子”和“恩諾沙星”等，已有學(xué)者采用水生微宇宙進(jìn)行相應(yīng)污染物的生態(tài)毒理實驗[6,37-38]，表明國內(nèi)文獻(xiàn)中生態(tài)毒理已成為水生微宇宙研究領(lǐng)域的熱點之一.

Web of Science 數(shù)據(jù)庫關(guān)鍵詞聚類如圖4(a)所示，聚類模塊值(Modurality Q)=0.454(＞0.3)，聚類平均輪廓值(Mean Silhouette)=0.732(＞0.7)，表明聚類顯著.“#0 Dynamics(動態(tài))”和“#1 Ecotoxicology(生態(tài)毒理學(xué))”是包含關(guān)鍵詞數(shù)量排名前二位的聚類，在數(shù)據(jù)庫中分別檢索到1 008 和539 篇相關(guān)文獻(xiàn).在其他聚類如“#2 Bioaugmentation(生物強化)” 和“#4 Impact(影響)”中也包含了“rhizosphere(根際)”“silver nanoparticle(納米銀離子)”等生態(tài)毒理常用的關(guān)鍵詞.如Lin 等[26]在水生微宇宙中研究了亞微米塑料對植物根際微生物的毒性效應(yīng)；B?ttcher 等[39]采用微宇宙毒性實驗，通過21 d 的暴露實驗研究了異丙隆對浮萍(Lemna minor)根際的影響；還有許多學(xué)者采用水生微宇宙進(jìn)行了納米銀離子的生態(tài)毒性實驗[40-44].這表明在其他聚類中也包含與生態(tài)毒理學(xué)密切相關(guān)的關(guān)鍵詞，綜合中英文獻(xiàn)關(guān)鍵詞聚類分析可以看出，生態(tài)毒理學(xué)在水生微宇宙的研究中占比較大.

圖4 國外水生微宇宙研究領(lǐng)域文獻(xiàn)關(guān)鍵詞分析Fig.4 Key words analysis map in international literatures about aquatic microcosm

英文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞時間線圖〔見圖4(b)〕顯示，第一篇水生微宇宙研究文獻(xiàn)于20 世紀(jì)60 年代發(fā)表，但20 世紀(jì)90 年代之前水生微宇宙相關(guān)文獻(xiàn)較少，在90 年代其數(shù)量顯著增長，因此包含關(guān)鍵詞較多的聚類從90 年代開始計算.其中，聚類“#0 Dynamics(動態(tài))”包含關(guān)鍵詞數(shù)量最多，從20 世紀(jì)60 年代至今一直有相關(guān)研究，且持續(xù)有新研究方向的關(guān)鍵詞出現(xiàn)在聚類中.動態(tài)代表了生物體對生態(tài)系統(tǒng)生境的所有適應(yīng)性反應(yīng)[45]，以及生態(tài)系統(tǒng)本身與生物體通過相互作用所形成的進(jìn)化機制[46-47]，因此相關(guān)實驗涉及范圍廣泛，需要跨學(xué)科的研究方法，聚類“#0 Dynamics(動態(tài))”的關(guān)鍵詞涉及“l(fā)itter decomposition (凋落物降解)”“ecosystem function (生態(tài)系統(tǒng)功能)”“species richness(物種豐富度)”等領(lǐng)域研究.聚類“#1 ecotoxicology(生態(tài)毒理學(xué))”的文獻(xiàn)數(shù)量較多，但近階段沒有新關(guān)鍵詞出現(xiàn)在該聚類中，這可能與生態(tài)毒理聯(lián)系較為密切的關(guān)鍵詞出現(xiàn)在其他聚類中有關(guān)，如“#0 Dynamics(動態(tài))”“#4 Impact(影響)”和“#8 Microbial communities(微生物群落)”中出現(xiàn)的“Risk(風(fēng)險)”，以及“#5 Antifouling(防污)”中出現(xiàn)的“oxidative stress(氧化壓力)”等.這表明水生微宇宙作為模型生態(tài)系統(tǒng)，相關(guān)實驗逐漸包含生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部更多的生態(tài)學(xué)進(jìn)程，并向交叉學(xué)科的研究發(fā)展，不局限于單一的研究方向.通過對國內(nèi)外水生微宇宙領(lǐng)域文獻(xiàn)關(guān)鍵詞聚類進(jìn)行對比(見表2)可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外都開展了水生微宇宙的群落影響、微生物實驗，但國內(nèi)更多集中在生態(tài)系統(tǒng)宏觀層面的實驗，國外除了宏觀層面的實驗外，也開展了生態(tài)毒理學(xué)和微觀層面的實驗.

表2 國內(nèi)外水生微宇宙文獻(xiàn)關(guān)鍵詞聚類對比Table 2 Comparison of keyword clusters in domestic and foreign literatures about aquatic microcosm

3 基于微宇宙的毒性數(shù)據(jù)分析

從上述文獻(xiàn)聚類結(jié)果可以看出，生態(tài)毒理是采用微宇宙進(jìn)行實驗的主要研究方向之一.傳統(tǒng)的生態(tài)毒理實驗一般是基于單一物種對污染物進(jìn)行劑量-效應(yīng)評估.在20 世紀(jì)80 年代研究[48-49]發(fā)現(xiàn)，單物種毒性實驗結(jié)果無法用于評估生態(tài)系統(tǒng)層級的反應(yīng)，因為物種在生態(tài)系統(tǒng)中會參與各種生態(tài)學(xué)進(jìn)程，并受到物種間相互作用以及非生物部分相互作用的影響，所以基于單物種的毒性實驗并不能完全反映污染物對生態(tài)系統(tǒng)中該物種產(chǎn)生的影響.鑒于單物種毒性實驗的局限性，需要運用更接近自然生態(tài)系統(tǒng)的實驗方式，因此水生微宇宙技術(shù)被引入到生態(tài)毒性實驗當(dāng)中.此外，水質(zhì)參數(shù)會對水生微宇宙中污染物的毒性效應(yīng)產(chǎn)生影響.因此，該研究進(jìn)一步開展了基于微宇宙生態(tài)毒性數(shù)據(jù)的研究，比較了單物種毒性實驗和微宇宙毒性實驗兩種實驗所得毒性值的差異，并分析了兩種毒性實驗所得毒性值的聯(lián)系，以及水質(zhì)參數(shù)對微宇宙毒性效應(yīng)的影響.

3.1 數(shù)據(jù)的獲取、篩選和處理

對基于2.1 節(jié)搜集的中文文獻(xiàn)進(jìn)行篩選，保留包含生態(tài)毒性數(shù)據(jù)以及對應(yīng)水質(zhì)參數(shù)的文獻(xiàn)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理；采用Elsevier 和Web of Science 數(shù)據(jù)庫以“aquatic microcosm”和“toxicity”為主題對英文文獻(xiàn)中水生微宇宙的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索整理.并在上述數(shù)據(jù)庫和美國ECOTOX數(shù)據(jù)庫中分別搜索微宇宙毒性實驗涉及污染物對應(yīng)的單物種毒性實驗數(shù)據(jù)，搜集到的數(shù)據(jù)包含NOEC、LOEC(最低觀察效應(yīng)濃度)、EC10和EC50.

由于不同污染物和物種的毒性數(shù)據(jù)差異較大，為使數(shù)據(jù)呈正態(tài)化分布，對所有搜索得到的毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)處理.對部分水質(zhì)參數(shù)缺少的數(shù)據(jù)，使用R 4.2.1 以及RStudio 軟件中的“mice”程序包進(jìn)行多重插補，這是一種基于重復(fù)模擬的處理缺失值的方法，在土壤性質(zhì)參數(shù)[50]以及水質(zhì)參數(shù)[51]等方面具較好的填補效果.

3.2 單物種毒性數(shù)據(jù)與微宇宙毒性數(shù)據(jù)的對比分析

為確保實驗環(huán)境條件基本一致，分別選取采用標(biāo)準(zhǔn)實驗準(zhǔn)則(如OECD 202 等)進(jìn)行單物種毒性實驗以及采用美國材料與試驗協(xié)會準(zhǔn)則ASTM E 1366-02進(jìn)行微宇宙毒性實驗的文獻(xiàn)，并進(jìn)一步對文獻(xiàn)中相同暴露時間下單物種[52-59]和微宇宙[31,34-36,60-63]兩種毒性實驗得出的毒性指標(biāo)(NOEC、LOEC、EC10和EC50)分別計算平均值，如兩種實驗方式下阿特拉津?qū)σ翗吩?Elodea canadensis)的EC50(14 d)、氯乙酸對西伯利亞狐尾藻(Myriophyllum sibiricum)的EC50(4 d)、多菌靈對觸角豆螺(Bithynia tentaculata)的NOEC(28 d)等.由于相同暴露時間下可選擇數(shù)據(jù)較少，NOEC、LOEC 和EC10的平均值包含6 組數(shù)據(jù)，EC50平均值包含9 組數(shù)據(jù).對比分析(見圖5)發(fā)現(xiàn)，微宇宙毒性實驗數(shù)據(jù)平均值較單物種毒性實驗平均值降低了56%，其中兩種實驗方式下的NOEC、LOEC 和EC10平均值均存在顯著差異(微宇宙毒性實驗結(jié)果較單物種毒性實驗結(jié)果降低了49%，t檢驗，P＜0.05)，EC50平均值也存在顯著差異(微宇宙毒性實驗結(jié)果較單物種毒性實驗結(jié)果降低了64%，t檢驗，P＜0.01).結(jié)果表明，在種間相互作用的影響下物種對污染物更為敏感.

圖5 單物種毒性實驗和微宇宙毒性實驗毒性平均值的對比Fig.5 Comparison of mean toxicity data between single species test and microcosm test

種間作用的影響導(dǎo)致單物種毒性實驗和微宇宙毒性實驗所得毒性值存在顯著差異，因此本研究分別選取兩種實驗的9 組NOEC (LOEC、EC10)和EC50數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析構(gòu)建回歸預(yù)測模型(見圖6).由圖6可見，單物種毒性實驗和微宇宙毒性實驗的毒性數(shù)據(jù)之間呈顯著正相關(guān)〔NOEC (LOEC、EC10) 數(shù)據(jù)的P＜0.05，EC50數(shù)據(jù)的P＜0.01〕.風(fēng)險評估的常用評價標(biāo)準(zhǔn)一般基于單物種毒性實驗所得毒性值，但污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后的毒性效應(yīng)需考慮群落水平的影響[48-49]，單物種毒性實驗所得毒性值無法充分反映群落水平的間接作用，因此基于群落水平的微宇宙毒性實驗所得毒性值在風(fēng)險評估中更加可靠[59].圖6 中顯示的2個預(yù)測模型可以通過單物種毒性試驗所得毒性值推導(dǎo)出微宇宙毒性試驗中相應(yīng)物種的毒性值，表明該模型可為基于群落水平的生態(tài)風(fēng)險評估提供參考.

圖6 毒性數(shù)據(jù)回歸分析Fig.6 Regression analysis of toxicity data

3.3 水質(zhì)參數(shù)對微宇宙毒性效應(yīng)的影響

采用R 4.2.1 軟件，基于逐步回歸分析剔除了相關(guān)性較差的水質(zhì)參數(shù)后，構(gòu)建了水生微宇宙中不同水質(zhì)參數(shù)對浮游動物[24,27,35-36]以及被子植物[23,29,31,62,64-65]的毒性數(shù)據(jù)預(yù)測模型(見表3).由表3 可見，在水生微宇宙毒性實驗中有機殺菌劑(四環(huán)素類、鹵乙酸類、三嗪類和鹵代烴類)對浮游動物的毒性主要受溶解氧和pH 影響(R2為0.822)，對被子植物的毒性主要受pH 和堿度的影響(R2為0.984)，其中，溶解氧和pH 均增強了有機殺菌劑對浮游動物的毒性效應(yīng)，pH和堿度均減弱了其對被子植物的毒性效應(yīng).研究[66]發(fā)現(xiàn)，pH 等土壤參數(shù)以影響污染物生物有效性的方式對毒性效應(yīng)產(chǎn)生影響，其構(gòu)建了基于pH 等土壤性質(zhì)的毒性預(yù)測模型，為生態(tài)風(fēng)險評估和毒性預(yù)測提供支持.在水質(zhì)參數(shù)的影響研究方面，US EPA 采用基于溫度和pH 的模型來推導(dǎo)氨氮水質(zhì)基準(zhǔn)[67]，另有學(xué)者構(gòu)建了pH 對有機殺菌劑五氯酚的生態(tài)毒性預(yù)測模型[68].研究中多選用pH 等水質(zhì)參數(shù)構(gòu)建毒性預(yù)測模型，是因為其通過影響污染物在水體中的有效態(tài)含量，從而影響其對水生生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)的有效含量，即生物有效性.

表3 水質(zhì)參數(shù)預(yù)測毒性數(shù)據(jù)回歸模型Table 3 Regression models for predicting toxicity data from water quality parameters

該研究采用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)[30,31,61-62,69-72]對預(yù)測模型結(jié)果進(jìn)行驗證，其中，選用8 組浮游動物數(shù)據(jù)、4 組被子植物數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證(用于驗證的數(shù)據(jù)未被用于模型的構(gòu)建)，并對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行分析(見圖7).由圖7 可見，模型預(yù)測值和微宇宙毒性實驗實測值相似，且均在95%預(yù)測帶內(nèi)，表明該模型可對上述有機殺菌劑對浮游動物和被子植物的毒性效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測，已有學(xué)者對土壤毒性預(yù)測模型進(jìn)行了相似結(jié)果驗證[73-75].后續(xù)數(shù)據(jù)的補充可以更好地驗證該模型的精確度，為基于微宇宙的生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險評估提供參考.

圖7 模型結(jié)果驗證Fig.7 Verification of model results

4 結(jié)論

a) 根據(jù)聚類與時間線分析發(fā)現(xiàn)，生態(tài)毒理學(xué)是水生微宇宙的重要研究方向，近年來微宇宙毒性實驗逐漸向交叉學(xué)科的方向發(fā)展，不再局限于單一的研究方向.

b) 基于15 組相同暴露條件下的微宇宙與單物種毒性實驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，微宇宙毒性實驗的毒性數(shù)據(jù)(NOEC、LOEC、EC10和EC50) 均顯著低于單物種毒性實驗的毒性數(shù)據(jù)(t檢驗，P＜0.05)，其中微宇宙毒性實驗數(shù)據(jù)平均值總體降低了56%，表明物種在種間關(guān)系的影響下對污染物更為敏感；同時構(gòu)建了單物種與微宇宙毒性實驗所得毒性值的回歸模型，發(fā)現(xiàn)該模型可以較好地通過單物種毒性實驗所得毒性值對微宇宙毒性實驗的毒性值進(jìn)行預(yù)測(P＜0.05).