張水航 徐 麗 姚玲愛 趙學敏 虢清偉 裴德富 馬千里

（1.沈陽建筑大學市政與環(huán)境工程學院，沈陽，100168；2.生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學研究所，生態(tài)環(huán)境部生態(tài)環(huán)境應(yīng)急研究所，廣州，510530）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類對礦產(chǎn)資源及各類人工合成化學品的消費數(shù)量大量增加.而高強度的人類活動常常導致各類污染物輸入水體，包括現(xiàn)有污水處理工藝未能去除的污染物[1?2]，突發(fā)水污染事件中單次大量輸入的污染物[3?5]，生產(chǎn)活動中的非目標污染物[6?7]等，各類污染物的大量輸入使得水生態(tài)環(huán)境面臨前所未有的壓力.輸入水體的污染物可被水體懸浮物吸附逐漸沉降于河床或通過絮凝沉降等突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急處置措施短時間內(nèi)沉降于河床[8?10]，匯入沉積物環(huán)境.部分污染物通過沉積物的生物或化學過程降解，但仍有大量的難以降解的金屬污染物、有機污染物長期累積在河床沉積物中.而當水體外在環(huán)境條件（如pH、水溫、流量等）發(fā)生改變時，沉積物中的污染物可能重新釋放進入水體[11?12]，此時，沉積物成為水體的二次污染源.沉積物在源與匯的轉(zhuǎn)化之間可能對生物群落乃至整個水生態(tài)系統(tǒng)造成危害[13?15].

針對污染物進入沉積物帶來的環(huán)境風險和生態(tài)風險，化學分析是了解沉積物污染程度和生物毒性最基礎(chǔ)的工作，其結(jié)果直接提供了沉積物中各類元素成分和污染物的含量[16]，而生物毒性測試則被認為是判斷沉積物中的污染物對生物影響的更為直接且可靠的方法[17?18]，因此生物毒性測試在沉積物污染的生態(tài)風險評價中逐漸運用.本文梳理了水生生物毒性測試在沉積物污染評價中的應(yīng)用，指出了水生生物測試應(yīng)用于沉積物毒性研究的重要性，并針對目前不同學者的研究，從沉積物基質(zhì)、受試生物、毒性測試終點3 個方面對水生生物測試技術(shù)應(yīng)用的方法學進行了總結(jié)歸納，并為今后的發(fā)展方向進行了展望，以期為沉積物生物毒性測試標準方法的建立提供參考.

1 水生生物毒性測試在沉積物污染研究中的應(yīng)用（Application of aquatic life toxicity testing in sediment pollution studies）

在20 世紀60—70年代開始，有學者關(guān)注到沉積物污染及其對水生生物的毒性影響[19?21]，在進行城市河道疏浚底泥的化學分析時，發(fā)現(xiàn)其中含有大量且成分復雜的化學污染物，對其毒性感到擔憂[22]，并且逐漸認識到僅開展沉積物成分與含量的化學分析難以說明沉積物中污染物對生物的具體影響.因此基于生物毒性測試的技術(shù)方法逐漸成為評估沉積物中污染物毒性效應(yīng)的有效手段[23]，并由此發(fā)展了多種關(guān)于沉積物質(zhì)量評價的方法和相關(guān)研究.

1.1 水生生物毒性測試在沉積物毒性評價中的應(yīng)用

對于成分復雜的沉積物環(huán)境，單純的化學分析或是生物測試對于評價沉積物的毒性都是不夠的.效應(yīng)導向分析（effect-directed analysis，EDA）[24]和沉積物毒性鑒別評價（toxicity identification evaluation，TIE）[25]將沉積物環(huán)境的污染狀況與生物效應(yīng)相關(guān)聯(lián)，又可篩查出污染沉積物中的致毒因子，是評價沉積物毒性的重要研究手段.兩種方法的具體操作流程如圖1 所示.

圖1 EDA（a）和TIE（b）主要操作流程圖Fig.1 operation flowchart of EDA（a）and TIE（b）

EDA 是一套僅針對有機污染物的分析測試方法，它綜合運用了生物測試與化學分析，污染物經(jīng)提取后運用一種或多種生物測試方法檢測樣品可能導致的生物效應(yīng)，然后經(jīng)過組分分析等步驟鑒定出主要的效應(yīng)化合物，最后通過污染物與生物間的劑量-效應(yīng)關(guān)系檢驗化學測定結(jié)果[26?28].TIE 起初是由美國環(huán)保局（U S EPA）于1984年提出的用于工業(yè)廢水和生活污水中毒性物質(zhì)鑒別與評價的一套完整方案，隨后其應(yīng)用到沉積物重污染物的毒性鑒別評價中.其操作方法與EDA 較為相似，不過所能鑒別的污染物種類較EDA 更為豐富，包含了氨氮、重金屬、有機物等.首先通過生物測試檢測毒性的有無或大小，最后結(jié)合化學分析測定致毒污染物的身份及含量情況[29].在沉積物毒性物質(zhì)鑒別應(yīng)用中逐漸發(fā)展了沉積物孔隙水TIE 和全沉積物TIE，使鑒定結(jié)果更加準確，也使更多的水生生物類群用于TIE 的毒性檢測中.兩種方法中生物毒性的測試均是重要的操作步驟，沉積物TIE 主要采用活體水生生物測試，不同營養(yǎng)級的模式生物在TIE 的發(fā)展中逐漸被運用.而EDA 除了可以應(yīng)用水生生物毒性效應(yīng)測試外，應(yīng)用更多的則是體外生物測試，例如特異性效應(yīng)，如遺傳毒性、致突變性、芳香烴受體效應(yīng)、內(nèi)分泌干擾效應(yīng)等.整體來說，水生生物毒性測試在沉積物毒性評價中是十分關(guān)鍵的內(nèi)容.

1.2 水生生物毒性測試在沉積物風險評價中的應(yīng)用

隨著對沉積物污染問題的研究，陸續(xù)形成不同的沉積物風險評價方法，如地累積指數(shù)法、富集系數(shù)法、潛在生態(tài)風險系數(shù)法、風險評價碼、重金屬-硫化物（AVS-SEM）差值法等，這些評價方法均基于沉積物中污染物的化學分析.物種敏感性分布法（species sensitivity distributions，SSD）[30]和證據(jù)權(quán)重法（weight of evidence，WOE）[31]則是基于沉積物中污染物毒性研究的較為經(jīng)典的沉積物風險評價方法，兩種方法的具體操作流程如圖2 所示.

SSD 是表征特定污染物在沉積物中對生物的生態(tài)風險的方法，集合毒性實驗數(shù)據(jù)信息，模擬不同物種對環(huán)境中污染物的敏感度，預測可保護大多數(shù)物種的環(huán)境濃度，從而保護生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[32].WOE 采取綜合評價的策略對沉積物質(zhì)量進行評價，整合了沉積物化學分析、毒性實驗和底棲生物群落結(jié)構(gòu)調(diào)查的證據(jù)線索，利用信息處理與解譯方法得出科學全面的沉積物污染評價結(jié)論[33].美國、加拿大、荷蘭和英國等國家已經(jīng)把證據(jù)權(quán)重法應(yīng)用到官方的受污染沉積物風險評價指南中[34?36].獲取生物毒性數(shù)據(jù)是SSD 評估的首要任務(wù)，進行水生生物毒性測試則是獲取毒性數(shù)據(jù)的唯一渠道，U S EPA 要求構(gòu)建SSD 曲線需滿足3 門8 科水生生物的毒性數(shù)據(jù)，歐洲委員會則要求至少8 科10 種生物的毒性數(shù)據(jù).在對沉積物進行綜合評價的WOE 方法中，生物毒性測試的結(jié)果是一條重要的證據(jù)線索，對評價結(jié)果起到了重要支撐作用.

1.3 水生生物毒性測試在沉積物質(zhì)量基準研究中的應(yīng)用

為科學有效地評價和治理沉積物污染逐漸發(fā)展起來了沉積物質(zhì)量基準（sediment quality guideline，SQG），是指特定的化學物質(zhì)在沉積物中不對底棲水生生物或其他有關(guān)水體功能產(chǎn)生危害的實際允許值[37?39].沉積物質(zhì)量基準研究方法有10 余種，鐘文玨等[40]根據(jù)理論基礎(chǔ)可分為兩大類：一類是以生物效應(yīng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法；第二類是以相平衡分配原理為依據(jù)的相平衡分配法，如圖3 所示.近年來我國已在太湖、鄱陽湖等大型湖泊及海河、遼河、長江等流域[41?46]開展沉積物環(huán)境基準值研究.基于生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法能夠充分利用廣泛多樣的生物毒性效應(yīng)數(shù)據(jù)而備受關(guān)注，然而在國內(nèi)的發(fā)展卻受到限制，主要由于我國開展的關(guān)于污染沉積物生物效應(yīng)的研究仍較少，導致水生生物毒性效應(yīng)數(shù)據(jù)不足.因此利用水生生物毒性測試手段，獲取沉積物中各類污染物的毒性數(shù)據(jù)可為我國全面建立沉積物質(zhì)量基準奠定基礎(chǔ).

圖3 SQG 建立的主要方法Fig.3 Main methods of SQG establishment

2 水生生物毒性測試方法學（Methodology of aquatic organism toxicity testing）

水生生物是研究沉積物污染物毒性時的首選生物類型，因此如何對沉積物進行處理、如何篩選受試生物、如何確定毒性測試終點十分重要.經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）已發(fā)布使用帶絲蚓（Lumbriculus）和搖蚊（Chironomid）為受試生物的沉積物生物毒性測試技術(shù)規(guī)范[47?49]，而我國尚未正式出臺沉積物生物毒性的測試技術(shù)規(guī)范或標準方法，沉積物生物毒性測試技術(shù)標準化的建立有助于推動沉積物環(huán)境污染治理與修復的發(fā)展.根據(jù)大部分學者的研究，文章從沉積物基質(zhì)、受試生物選擇和測試終點3 部分內(nèi)容對沉積物毒性的水生生物測試方法進行梳理概括，如圖4 所示.

圖4 沉積物毒性水生生物測試方法體系Fig.4 Aquatic testing methodology of sediment toxicity

2.1 沉積物基質(zhì)

沉積物生物毒性測試的基質(zhì)主要包括直接采集受污染沉積物、干凈沉積物（或土壤）以及人工配制沉積物進行加標染毒3 種，研究人員基于不同的分析目的采用不同的基質(zhì)開展毒性測試.

2.1.1 受污染沉積物

采用受污染沉積物進行生物毒性試驗，其結(jié)果直接反映了調(diào)查區(qū)域沉積物污染的生物效應(yīng)[50].裴舟韜等[51]利用大型溞為受試生物，以常州市典型城市黑臭水體為對象，對污染河流治理前后沉積物毒性變化進行了監(jiān)測，所獲得的沉積物毒性變化數(shù)據(jù)對河道治理手段和效果評價提供了科學依據(jù).Massei 等[52]采集了瑞典博特尼亞灣的3 個污染地點的沉積物，進行了斑馬魚胚胎的急性毒性測試，暴露在污染沉積物下的胚胎可以觀察到特定的脊髓畸形和孵化延遲.現(xiàn)場采集的沉積物開展生物毒性測試更具現(xiàn)實意義，受污染的沉積物組分復雜多變，毒性效應(yīng)不止由單一污染物所引起，如果想要獲取沉積物的主要致毒污染物信息，則需借助EDA 和TIE 兩種方法對污染物進行篩查.布吉紅等[45，53]在研究遼河支流表層沉積物的毒性現(xiàn)狀時，將污染沉積物經(jīng)預處理后采集間隙水進行了搖蚊幼蟲10 d 活體毒性測試，又結(jié)合沉積物毒性鑒別評價（TIE）方法甄別出遼河不同支流的主要污染因子.基于受污染沉積物的水生生物毒性測試結(jié)果對于評價污染沉積物的生態(tài)風險具有重要意義

2.1.2 干凈沉積物加標染毒

通過已知濃度的單一毒物或添加特定性質(zhì)的沉積物進行生物測試可以確定“毒物劑量-生物效應(yīng)”間的關(guān)系，加標法制備的沉積物基質(zhì)在研究特定的污染物在沉積物中的歸趨和生物學毒性效應(yīng)時具有明顯的優(yōu)勢.首先需要選取干凈的沉積物或土壤（即其中所含受試污染物的本底濃度不會對受試生物產(chǎn)生毒害作用的沉積物），然后按照試驗所需摻入受試污染物進行水生生物的毒性測試.韓雨薇等[54]在研究沉積物中金屬Pb 和Cd 對河蜆的毒性效應(yīng)中，由于較難獲得重金屬本底值較低的天然沉積物，便采用潔凈的農(nóng)田土壤加標的方式模擬天然沉積物進行試驗.Yang 等[55]研究了水生生物群落對沉積物中Cu 的敏感性響應(yīng)，所用沉積物采集于未受污染地區(qū)的濕地土壤，在實驗室進行加標染毒.但值得注意的是，雖然此種方法采用的沉積物相對“清潔”，但仍需要在進行試驗時做好對照組試驗，有必要時需要對沉積物中其他組分進行掩蔽處理，以保證試驗結(jié)果的準確性.此外，在沉積物加標過程中針對不同加標物的理化特征選擇不同的加標方式：當加標物為可以溶于水的物質(zhì)（如水溶性農(nóng)藥、重金屬等），可制備一定濃度的儲備液，按試驗所需加入沉積物中；而當加標物為微溶甚至不溶于水的物質(zhì)（如部分痕量有機物、油類等），則需特定的介質(zhì)輔助加標，比如甲醇、乙醇、丙酮等有機溶劑，加標后需要將有機溶劑揮發(fā)干凈，避免對試驗產(chǎn)生干擾.大量試驗結(jié)果表明，污染物加標的方法可以得到所需合理范圍內(nèi)的污染物濃度梯度，明確地指示污染物的劑量-效應(yīng)關(guān)系，其結(jié)果豐富了不同污染物的毒性數(shù)據(jù)庫，而且準確的毒性結(jié)果對于SQG 的建立具有重要意義.

2.1.3 人工配制沉積物

天然的沉積物和土壤是一種復雜的基質(zhì)，長久暴露在環(huán)境中不可避免的含有一些痕量的污染物或其他復雜化學成分，采用各種實驗室材料，如沙子、高嶺土、磨細泥炭等所配制的人工沉積物避免了天然沉積物或土壤中的污染物[56]，在實際的沉積物生物測試中同樣具有廣泛的應(yīng)用.OECD 和U S EPA 發(fā)布過配制人工沉積物進行的毒性試驗的相關(guān)規(guī)范[47，57]，文婷等[58]參照了OECD 的方法配制出人工沉積物，考察加入四氧化三鐵納米顆粒后對斑馬魚胚胎發(fā)育和氧化應(yīng)激水平的影響.相較于天然沉積物，人工沉積物可根據(jù)試驗所需更加靈活地調(diào)節(jié)粒度大小、有機物含量等沉積物的性質(zhì)，然而人工沉積物與各類型污染物的結(jié)合特性、氧化還原條件、微生物組合方面與天然沉積物的差異目前仍有待進一步研究.

2.2 受試生物

不同的生物類群由于其生存環(huán)境、生理特征、營養(yǎng)等級、生命周期、污染物耐受性等的差異，對于沉積物中的各類污染物可能具有不同的“劑量-效應(yīng)”關(guān)系，在沉積物生物毒性測試中，受試生物選擇的一般原則包括：在環(huán)境中在廣泛存在且具有重要生態(tài)價值、對污染物具有較高敏感性、在實驗室中易于培養(yǎng)等[59].沉積物毒性的水生生物測試中常用的受試生物包括浮游植物、底棲生物、浮游動物和魚類.

2.2.1 浮游植物

浮游植物是原生生物界一類能夠進行光合作用的真核生物，是水體中的初級生產(chǎn)者[60].由于其生長繁殖快速、對水體污染物敏感等特點，常被用于各類污染物的毒理學試驗.對于常規(guī)的以水為介質(zhì)或是沉積物提取間隙水、上覆水的毒性測試，利用浮游植物進行試驗十分便捷有效.鄧惜汝等[61]選擇了銅綠微囊藻、普通小球藻和梅尼小環(huán)藻進行了慢性毒性測試，通過藻類生長抑制試驗測定了林丹和毒死蜱兩種農(nóng)藥對藻類的毒性效應(yīng)，結(jié)果表明兩種農(nóng)藥對3 種藻的生長存在不同程度的抑制效應(yīng)，且質(zhì)量濃度越高抑制效應(yīng)越強.由于浮游植物生長受水體濁度影響較大，水體濁度升高對浮游植物的生長具有一定的負面影響，且無法統(tǒng)計浮游植物的生長狀況，因此在“藻類固定化”的概念被提出前，浮游植物只被用于間隙水、上覆水等水相的毒性試驗，藻類固定化擴大了浮游植物在沉積物毒性試驗中的應(yīng)用范圍.Moreira 等[62]試驗證明，三角褐指藻用4.9%海藻酸鹽和4%的鍶溶液制備的固定化藻球是最穩(wěn)定、最適合微藻生長.Zhang 等[63]改進優(yōu)化了藻類固定化方法，使用淡水綠藻制備出海藻酸鈉-鈣藻球，置于沉積物-水體系中進行毒性測試，后加入3%檸檬酸鈉溶液溶解藻球計數(shù).有研究認為，由于藻球內(nèi)藻類生長較弱，敏感性降低，限制了固定化藻球的應(yīng)用，從而提出了“底泥固定化”的方法.Pei 等[64]利用凍干沉淀物和3%（W/V）海藻酸鹽混合制成固定化底泥，在4%（W/V）CaCl2溶液中硬化，試驗表明底泥固定后，污染物的擴散能力沒有降低.底泥固定化的思路拓寬了以浮游植物為受試生物的沉積物毒性測試方法的選擇.

2.2.2 浮游動物

浮游動物是一類經(jīng)常在水中營浮游性生活，且本身不能制造有機物的異養(yǎng)型無脊椎動物和脊索動物幼體的總稱，是中上層魚類和其他經(jīng)濟動物的重要餌料[65].鹵蟲和溞類動物是水體中典型的浮游動物，采用浮游動物進行生物毒性測試具有繁殖周期短、實驗室易培養(yǎng)、產(chǎn)仔量多等優(yōu)勢[66].研究中多將浮游動物用于沉積物提取液的毒性的檢測.李純厚等[67]選用浮游橈足類群體和鹵蟲進行疏浚淤泥溶出液對海洋浮游動物的毒性測試，試驗結(jié)果表明一定溫度條件下溶出液對受試生物有致毒作用.范文宏等[68]將采集于北京密云水庫內(nèi)湖的沉積物加標染毒后提取出上覆水，在上覆水中加入50 只大型溞進行上覆水體系暴露試驗，暴露于上覆水體系中的大型溞體內(nèi)的生物積累量和金屬硫蛋白（MT）含量隨沉積物Cd 含量的升高而升高.實際上，浮游動物在水相和水土接觸界面均可進行生存活動，而且攝食、生長等活動離不開沉積物環(huán)境，因此在考察沉積物間隙水、上覆水毒性，以及進行全沉積物的毒性測試，浮游動物均可被應(yīng)用，且全沉積物體系的毒性測試更好地模擬了現(xiàn)實環(huán)境.Li 等[13]以大型溞作為受試生物，考察了上覆水與水-沉積物共存兩種體系中金屬鎘（Cd）的毒性狀況，以生物積累量、金屬硫蛋白含量以及死亡率作為考察指標，分析討論了水體沉積物中重金屬對生物毒性的作用機制.

2.2.3 底棲動物

底棲動物是指棲息于水域底內(nèi)或底表的動物，是水生生物中的一個重要生態(tài)類群，是魚類和鳥類等食物鏈中消費者的食物來源[69].水體中的沉積物為眾多底棲動物提供生產(chǎn)的場所，底棲動物主要以沉積物中的有機顆粒為食，沉積物環(huán)境質(zhì)量是底棲動物的種類和數(shù)量的重要影響因素.OECD 出臺的沉積物生物毒性測試技術(shù)規(guī)范中的受試生物均是底棲動物，可見選取底棲生物作為沉積物毒性研究的受試生物對揭示污染物在水生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化過程及其對人類健康的影響都具有極其重要的研究意義[70].搖蚊幼蟲是底棲動物的代表性生物之一，在水體中分布廣泛.鄧鑫等[71]研究了加標水體和沉積物中Cd2+對伸展搖蚊幼蟲和黃色羽搖蚊幼蟲的急性（96 h）和慢性（20 d）毒性，觀測指標為死亡率、羽化率、羽化時間和口器畸形率.毒性測試結(jié)果和指標監(jiān)測表明伸展搖蚊對沉積物中鎘污染的敏感性要高于黃色羽搖蚊.Martinez 等[72]將搖蚊幼蟲分別暴露在3 種不同濃度的Cd 和Cu 加標的沉積物中，考察了搖蚊的生長發(fā)育反應(yīng)以及口器畸形率，證明金屬Cd 和Cu 都會對搖蚊幼蟲產(chǎn)生致畸作用.水絲蚓[70]、蝦[73]和一些雙殼類動物[74]也是常被應(yīng)用于毒理學測試中的水生底棲動物.底棲動物類群多用于全沉積體系的毒性測試，可直接暴露于沉積物環(huán)境與污染物直接接觸，這也是底棲動物較其他生物類群在沉積物毒測試應(yīng)用中的優(yōu)點.

2.2.4 魚類

魚類是水生食物鏈中最高等級的生物，對有毒有害物質(zhì)十分敏感，同時，由于其作為重要的水產(chǎn)品，與人類健康的關(guān)系十分密切，可對其進行充分的解剖觀察、開展不同組織器官的污染物累積化學分析等[75]，因此在各類環(huán)境毒理學試驗中都被頻繁選用.在通常認知中，魚類只生活于水中，所以試驗相多為上覆水或間隙水，選擇全沉積物相做毒性測試的較少.然而，Camargo 等[76]的研究認為，由于魚類產(chǎn)卵是在沉積物表面進行的，魚類數(shù)量的下降或許與沉積物毒性有關(guān).另外水動力學條件改變引起沉積物上浮，這些沉積物有極大可能性會被魚類攝入.魚類作為受試生物在沉積物毒性研究中具有極強重要性.俞云鵬[77]采集了湛江近海樣點濱湖公園附近海域沉積物，使用超聲波提取技術(shù)和硅膠柱凈化法相結(jié)合來制備沉積物多氯聯(lián)苯（PCBs）的提取物，將斑馬魚暴露在不同染毒濃度和不同時間的PCBs 提取物中，試驗證明沉積物提取物中的PCBs 能引起斑馬魚腸道的病變并造成腸道微生物菌群的組成和豐度的改變.文婷等[58]就沉積物中四氧化三鐵納米顆粒（Fe3O4NPs）的安全閾值開展研究，將2 hpf（受精后時間，小時）的斑馬魚胚胎暴露在含有不同濃度Fe3O4NPs 的沉積物中，96 hpf 后考察對斑馬魚胚胎發(fā)育和氧化應(yīng)激水平的影響.泥鰍以底泥中的腐屑為食，是水環(huán)境中典型的底棲魚類，已經(jīng)被廣泛用來作為監(jiān)測水體沉積物污染程度的敏感指示生物，趙艷民等[78]以泥鰍死亡率、血液紅細胞數(shù)量、紅細胞體積、紅細胞微核率和核異常率作為測試指標，考察了鎘加標沉積物對其的毒性狀況.斑馬魚作為模式生物在各類環(huán)境污染物的毒性研究中已相當成熟，但是基于沉積物毒性的研究卻是缺乏的，泥鰍與水體中其他常見的魚類相比具有不一樣的生活習性，十分適合作為全沉積物體系毒性測試的模式生物，可以進行更加深入的研究.另外可考慮選取其他國內(nèi)本土的魚種進行深入的研究，擴大魚類作為沉積物毒性測試的模式生物種類數(shù)量.

2.3 測試終點

水生生物測試沉積物毒性的終點可分為急性毒性測試和慢性毒性測試，二者在受試生物的暴露時間、效應(yīng)終點和效應(yīng)指標方面存在區(qū)別，因此選擇合理的試驗終點也是進行毒性測試的關(guān)鍵.與水體毒性測試類似，沉積物毒性測試中試驗終點和效應(yīng)終點也與受試生物的選擇有關(guān)，表1 中歸納了不同研究者進行沉積物毒性實驗的常用受試物種以及測試時間及效應(yīng)終點等內(nèi)容.浮游植物和浮游動物類群生物的生命周期一般較短，選其進行急性毒性測試的較多，而多數(shù)底棲動物和魚類生物的生命周期相對較長且體型較大，更加利于考察生長代謝、基因表達和繁殖水平等慢性毒性的效應(yīng)終點，因此在慢性毒性測試中更傾向于選擇這兩類生物.

表1 沉積物水生生物毒性測試常見受試生物及其測試終點Table 1 Commonly used tested organisms in sediment toxicity tests and the test endpoints

急性毒性測試較慢性毒性測試在受試生物的暴露時間上有明顯的縮短，一般為24 h、48 h、72 h、96 h 等，對于生命周期較長的受試生物，急性毒性的暴露時間可能也會有相應(yīng)的延長.效應(yīng)終點一般為存活（死亡率、存活率）和生長（體重、體長、生長率、生物量等）兩種，常用的效應(yīng)指標有LC50、EC50等.鐘文玨等[79]研究了沉積物中芘對花翅羽搖蚊幼蟲和淡水單孔蚓兩種淡水底棲動物的急慢性毒性效應(yīng)，其中對花翅羽搖蚊幼蟲進行96 h 急性毒性測試，LC50為189 mg·kg?1干重，淡水單孔蚓對芘的耐受力較強，急性毒性測試測得了芘對淡水單孔蚓體表損傷（包括尾部發(fā)白、尾部凹陷及自斷）14 d-EC50為222 mg·kg?1干重.考察沉積物中污染物對受試生物的致死率是最基礎(chǔ)但極具意義的工作，設(shè)置不同毒性濃度梯度對沉積物加標染毒進行急性毒性測試可以快速獲得某一類污染物在沉積物中的毒性數(shù)據(jù)，這是急性毒性測試的主要優(yōu)勢.

然而，有研究指出，衡量生存影響的短期暴露通常只能用于識別高濃度或高毒性的污染沉積物[80].對于沉積物中毒性較低的污染物或者含量較低的污染物，只有通過慢性毒性測試才能反映出污染物對水生生物的影響.慢性毒性測試的暴露時間通常大于一周，甚至可長達1—2 個月.慢性毒性測試效應(yīng)終點除存活和生長兩類外，還包括繁殖（孵化率、孵化時間、性別比等），常用的效應(yīng)指標有MATC、EC10、EC20、NOEC、LOEC 等.韓雨薇等[81]以泥鰍死亡率、鰓部滲血率和體質(zhì)量變化為測試的效應(yīng)終點，研究了沉積物中Pb、Cd 對泥鰍的慢性毒性影響.另外，隨著研究的深入，慢性試驗終點所考察的指標上升到基因表達、酶活性等分子水平，Boulanger 等[82]在研究加拿大境內(nèi)圣路易斯湖沉積物污染時，將受精后的斑馬魚胚胎分別暴露于受污染和不受污染的沉積物中，與多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、二噁英和呋喃幾種污染物反應(yīng)有關(guān)的基因在暴露于污染沉積物中有著更高水平的表達，也表明該地點沉積物可能對生命早期階段的魚類產(chǎn)生有害影響.慢性毒性測試的優(yōu)勢主要在于能夠幫助說明沉積物中污染物對受試生物的致死原因，生理生化、生長代謝、基因表達等指標的考察解釋了污染物對受試生物的影響機理，將沉積物毒理學的發(fā)展推向了更高的水平.

3 總結(jié)與展望（Summary and outlook）

面對沉積物環(huán)境的復雜多變、各類新型污染物的出現(xiàn)以及我國關(guān)于淡水沉積物環(huán)境質(zhì)量標準的缺乏，水生生物測試在沉積物質(zhì)量評價中發(fā)揮了重要作用，并且應(yīng)有更加深入的發(fā)展.以下將從3 個方面對水生生物毒性測試的應(yīng)用與發(fā)展進行討論與展望.

（1）文章所討論的水生生物測試是一種體內(nèi)生物測試，而體外生物測試則是指在體外培養(yǎng)從通常的生物學環(huán)境中分離出的生物體組分進行的實驗，包括細胞毒性、遺傳毒性以及重組受體報告基因細胞實驗.體內(nèi)生物測試優(yōu)點在于可以選擇不同營養(yǎng)級的代表性水生生物進行毒性試驗，全面反映沉積物中污染物質(zhì)對生物的脅迫效應(yīng)情況.一方面受試生物的培養(yǎng)對實驗室要求嚴格、對實驗人員的專業(yè)要求較高以及實驗方法未全面進行標準化，另一方面越來越重視受試生物的倫理學問題，限制了水生生物毒性測試在沉積物質(zhì)量評價中的發(fā)展.因此，在對沉積物進行水生生物的毒性測試時，應(yīng)選取適當?shù)氖茉嚿?，最好將體外生物測試與體內(nèi)生物測試相結(jié)合，試驗結(jié)果相互補充，以對沉積物毒性進行客觀、全面地評價，為沉積物環(huán)境中污染物的精準管控提供重要依據(jù).

（2）我國目前對于各類水生生物的毒性數(shù)據(jù)較為缺乏.物種敏感性分析（SSD）將污染物現(xiàn)狀與水環(huán)境中的生物毒性效應(yīng)結(jié)合，在沉積物生態(tài)風險評價中有著廣泛應(yīng)用，也是推導沉積物質(zhì)量基準的常用方法.SSD 的應(yīng)用需要獲取一定量的水生生物毒性數(shù)據(jù)，在國內(nèi)學者的研究中，絕大多數(shù)污染物對水生生物的毒性數(shù)據(jù)來自于U S EPA 的ECOTOX 數(shù)據(jù)庫或國際農(nóng)藥行動聯(lián)盟建立的PAN 農(nóng)藥數(shù)據(jù)庫，而國內(nèi)水生生物對污染物的毒性數(shù)據(jù)較為缺乏.因此，在未來發(fā)展中應(yīng)建立充實不同類型污染物、不同營養(yǎng)等級水生生物的毒性數(shù)據(jù)庫，立足中國沉積物環(huán)境污染問題，注重本土受試物種的標準化，保證毒性數(shù)據(jù)準確性，有助于建立我國的沉積物質(zhì)量基準.

（3）隨著對水體沉積物的不斷深入研究發(fā)現(xiàn)，例如微塑料、納米材料等越來越多的非傳統(tǒng)污染物出現(xiàn)在沉積物中，污染物間的相互作用讓沉積物環(huán)境的污染物毒性效應(yīng)更加復雜化.利用水生生物測試沉積物中新型污染物的毒性效應(yīng)正處于起步階段，在未來應(yīng)用中應(yīng)重視污染物間的拮抗、協(xié)同作用，發(fā)展新型污染物的毒性效應(yīng)的測試方法，了解更多種類污染物對水生生物的毒性機理，推動沉積物污染治理領(lǐng)域的深入發(fā)展.