ISO 21716-12020 船舶和海上技术筛选防污漆的生物测定方法第1部分一般要求标准立项发展报告

船舶和海上技术筛选防污漆的生物测定方法第1部分：一般要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Shipsandmarinetechnology—Bioassaymethodsforscreeninganti-foulingpaints—Part1:Generalrequirements摘要随着全球航运业的快速发展，船舶生物污损问题日益凸显，不仅增加燃油消耗和温室气体排放，还会引发生物入侵等生态风险。为有效控制污损，防污漆被广泛应用，但其对非靶标生物的毒性效应也引发了高度关注。在此背景下，制定科学、标准化的防污漆生物测定方法，对于平衡船舶运营效率与海洋生态保护至关重要。本报告聚焦于国际标准ISO21716-1:2020《船舶和海上技术筛选防污漆的生物测定方法第1部分：一般要求》的立项与发展。报告首先梳理了该标准的研究背景，指出传统防污漆测试方法缺乏统一性与可比性，急需建立国际通用的生物测定框架。主要内容部分详细阐述了该标准的核心技术要素，包括样品制备与处理、试验生物选择、测试环境条件控制（如温度、盐度、光照周期）、测试周期与终点判定以及数据有效性准则。报告强调了该标准作为系列标准的基础性文件地位，为后续第2部分（特定物种测定方法）和第3部分（生态风险评估）提供了方法论基础。重要结论指出，ISO21716-1的成功发布，统一了全球范围内对防污漆进行基础生物毒性筛选的技术语言，为船东、涂料制造商、环保监管机构及第三方检测实验室提供了权威的技术依据。该标准的实施有望显著提高防污漆环保性能评估的透明度与可信度，促进低毒性、高效能环保型防污涂料的研发与应用，推动全球航运业向绿色、可持续方向转型。未来，随着生物测定技术进步，该标准将适时修订，以适应纳米材料防污漆、生物基防污剂等新型产品的测试需求。关键词：船舶；海上技术；防污漆；生物测定；筛选方法；一般要求；ISO21716-1；海洋环境保护Keywords:Ships;Marinetechnology;Anti-foulingpaints;Bioassay;Screeningmethods;Generalrequirements;ISO21716-1;Marineenvironmentalprotection正文1.引言船舶及其他海上构筑物在水下环境中长期浸泡，极易遭受海洋微生物、藻类、贝类等生物的附着，即生物污损。生物污损不仅增加船体表面粗糙度，导致航行阻力增大、燃油消耗上升（最高可增加40%）和温室气体排放加剧，还会加速船体腐蚀，并可能将入侵物种携带至全球各地，破坏当地生态平衡。为应对这一挑战，防污漆（Anti-foulingPaints,AFPs）自20世纪中期以来被广泛应用于水下船体表面。然而，传统防污漆（尤其是有机锡类）对海洋生态系统造成了严重危害。国际海事组织（IMO）已通过《国际控制船舶有害防污底系统公约》（AFS公约），自2008年起禁止使用有机锡类防污漆。此后，以氧化亚铜、吡啶硫酮锌等替代型防污剂为主的防污漆成为市场主流。但这些替代品同样具有潜在生态毒性，其释放速率、对非靶标生物的急性与慢性毒性效应，以及在海洋环境中的持久性，均需要科学的评估方法进行监控。在此背景下，全球各国虽各自发展了防污漆的测试方法，但方法原理、试验物种、暴露条件、终点指标等差异巨大，导致测试结果缺乏国际可比性。这不仅给涂料生产商进行跨国产品认证带来高昂成本，也使得环保监管机构难以进行有效评估。因此，国际标准化组织（ISO）下属的ISO/TC8“船舶与海洋技术”技术委员会，着手制定一套统一的、标准化的防污漆生物测定方法体系，ISO21716-1:2020正是这一体系的开篇之作。2.标准制定背景与立项历程2.1驱动因素ISO21716-1的制定主要受三大因素驱动：1.法规合规需求：随着各国及国际组织对船舶防污漆的管控日益严格（如欧盟REACH法规对防污剂的授权与限制，美国EPA对防污剂的注册管理），制造商需要提供标准化的毒理学数据以证明产品合规性。2.技术迭代需求：新一代环保型防污漆（如污损脱附型涂层、生物信号干扰型涂层）的防污机理与传统毒性释放型不同，需开发更灵敏、更具针对性的生物测定方法。3.市场统一需求：打破各国（如ASTM、OECD、EPA等）测试标准壁垒，建立全球通用的技术语言，降低贸易成本，促进公平竞争。2.2立项过程ISO21716系列标准的制定工作由ISO/TC8/SC2“海上环境保护”分委会发起，并得到了中国、日本、德国、英国、美国、挪威等主要造船和涂料生产国家的大力支持。该系列标准旨在提供一套从基础要求到具体操作再到风险评估的完整技术框架。ISO21716-1作为基础性部分，其立项目的在于：-确立术语定义和一般性原则；-规范试验生物的选择标准；-明确测试环境条件的控制范围；-统一数据有效性和报告格式。经各成员国多轮投票和技术审议，该标准草案最终在2020年11月27日正式发布，标准编号为ISO21716-1:2020。3.标准核心技术内容解读本报告所依据的标准ISO21716-1:2020，标题为“Shipsandmarinetechnology—Bioassaymethodsforscreeninganti-foulingpaints—Part1:Generalrequirements”。该标准全文共包含8个章节及若干附录，其核心内容可归纳为以下几个方面：3.1适用范围与目的标准明确指出，本文件规定了在受控实验室条件下，利用海洋生物对防污漆及其沥滤液进行筛选型生物测定（screeningbioassay）的一般要求。它强调的是“筛选”，即快速、初步地评估防污漆的急性毒性和基本生物效应，而非进行完全的环境风险评估。其目的在于为不同防污漆之间提供一套可比性的毒性基准数据。3.2试验生物的选择与维护标准要求测试应选择至少一种代表目标受纳环境（如温带、热带或特定海域）的指示生物。推荐使用的物种类别包括：-海洋微藻：如*Phaeodactylumtricornutum*（三角褐指藻），用于评估对初级生产者的毒性。-海洋无脊椎动物：如*Artemia*spp.（卤虫，即丰年虾）的幼虫，或*Acartia*spp.（纺锤水蚤）等桡足类动物，用于评估对浮游动物的急性毒性。-海洋附着生物幼虫：如紫贻贝（*Mytilusedulis*）或藤壶（*Balanus*spp.）的幼虫。这是最关键的试验物种，因为它们直接暴露于防污漆表面，是防污作用的目标生物。标准详细规定了幼虫的获取、培养、年龄阶段选择（如D型幼虫或壳顶幼虫）及活力判定标准。标准特别强调，试验生物应来自稳定的室内培养群体或经过严格检疫的野外采集群体，并需在特定条件下进行预培养，以确保其健康状态和敏感性符合要求。3.3样品制备与暴露体系这是标准的难点与核心创新点所在。-沥滤液的制备：标准描述了如何模拟防污漆在海水中释放防污剂，制备出具有生物学意义的沥滤液。这通常涉及将涂覆有指定干膜厚度防污漆的测试板，浸泡在已知体积的人工海水或天然海水中，在受控的温度和光周期下，进行静态或动态沥滤。标准规定了沥滤时间点（例如24小时、72小时、7天）和更换海水的方法，以模拟长时间的释放过程。-直接暴露法：对于评估防污漆对附着生物的直接影响，标准允许将含幼虫的悬浮液直接暴露于防污漆涂覆表面（或采用悬挂式测试片法）。此方法需严格控制水流状态，防止物理干扰。-测试条件控制：标准要求测试必须在恒温培养箱中进行，温度波动范围通常为±1℃；光照强度需模拟自然光周期（如光照：黑暗=16h：8h）；海水盐度需维持在一个窄幅范围内（如30-33‰）；溶解氧需保持饱和状态。所有条件均需详细记录并报告。3.4生物测定终点与数据有效准则-主要终点：标准定义的主要观察终点为抑制/致死率。具体而言，对于微藻，测定72小时生长抑制率（ErC50或EC50）；对于无脊椎动物成虫/幼虫，测定24-48小时的致死率（LC50）或运动活性抑制率（EC50）。对于附着生物幼虫，还增加了“附着抑制率”这一生态学终点。-数据有效性：为了确保测试结果的可靠性，标准规定了严格的对照实验要求：-阴性对照：实验体系中必须包含空白海水对照组（未接触防污漆），且在测试结束时对照组生物的死亡率应低于10%（或生长抑制低于20%）。-阳性对照：需使用已知的毒性物质（如参考毒物，如重铬酸钾或硫酸锌）定期测试生物敏感性（LC50/EC50值是否落在可接受的参考范围内）。-数据分析：标准推荐使用Probit、TrimmedSpearman-Karber或非线性回归等方法，计算半数效应浓度（EC50/LC50）及其95%置信区间。测试结果低于实验室参考限值的样品，被认为具有显著的生物毒性，需进入下一阶段的更详细评估。4.标准的技术创新与行业意义4.1技术创新ISO21716-1:2020的核心技术创新在于其对生物测定的系统化和可比性进行了前所未有的规范。以往各国标准多侧重于单一物种或单一方法，而该标准首次确立了从“样品-生物-环境-终点-数据处理”的全流程标准化框架。特别是对沥滤液制备方法、试验生物质量控制（如敏感度测试）以及数据有效性的系统规定，显著提升了测试结果的可靠性和实验室间的可比性。4.2行业意义该标准对船舶涂料行业和海洋环保领域具有深远影响：-对涂料制造商：提供了一套公认的产品上市前风险筛查工具。企业可利用此标准快速筛选活性组分配方，淘汰高毒候选物，缩短研发周期，降低研发失败风险。也为其出口产品获取国际认证提供了通行证。-对船东与运营商：在选择防污漆时，有了可依据的客观毒性指标。可主动选用通过ISO21716-1标准测试且毒性较低的产品，履行企业环保责任，降低潜在的法律风险。-对监管机构：为各国环保部门和港口国控制（PSC）提供了统一的执法参考。可要求进入其水域的船舶使用通过标准测试的防污漆，从而更有效地管理生物入侵风险。5.主要参编单位介绍：ISO/TC8/SC2/WG7工作组ISO21716-1:2020的制定工作由国际标准化组织船舶与海洋技术委员会（ISO/TC8）下的“海上环境保护”分委会（SC2）主导，其中具体的技术研讨、草案撰写与修改工作由WG7“防污漆生物测定”工作组承担。该工作组由来自多个成员国的技术专家和行业代表组成，涵盖了涂料化学、海洋毒理学、生态学、船体工程等多个专业领域。在此，我们重点介绍该工作组的积极贡献者之一——日本国家技术与评价研究所（NITE）。NITE作为日本在国家标准化体系中的重要技术支撑机构，在防污漆生物测定方法研究方面拥有超过二十年的深厚积累。NITE的主要贡献体现在：2.毒性测试平台开发：NITE建立了基于96孔微板的微藻生长抑制试验以及基于多孔板的无脊椎动物幼虫运动的自动化视频追踪测试系统。这些高通量、标准化的测试平台，为标准的可操作性与重复性提供了有力的实验证据。3.试验条件优化与比对：NITE牵头组织了多项国际实验室间比对研究（RingTest），验证了不同国家实验室按照ISO21716-1草案测试同种防污漆时，所得结果的统计可比性。这些比对试验的数据直接支持了标准草案中关于温度、盐度、光照等关键参数以及数据有效判定准则的最终确定。4.工作组的协调与推动：NITE派出的专家担任了WG7工作组的部分召集人或核心编辑角色，凭借其严谨的科学态度和丰富的国际标准制定经验，有效协调了各成员国之间在试验物种偏好、测试终点选择等问题上的技术争论，确保了标准制定过程的顺利推进。NITE的深度参与，确保了ISO21716-1:2020不仅是一份理论文件，更是一份经过充分实践验证的、具有高度可操作性的国际技术规范。他们的工作体现了标准制定中“从技术研究到国际共识”的科学路径。6.结论与展望ISO21716-1:2020《船舶和海上技术筛选防污漆的生物测定方法第1部分：一般要求》的成功发布，是全球船舶防污与海洋环保领域标准化工作的一个重要里程碑。它通过建立一套严谨、科学且具有国际可比性的基础生物测定框架，弥补了长期以来防污漆毒性评估方法的碎片化与不兼容性。该标准为防污漆产品全生命周期的风险管理提供了关键的第一道关卡，有力推动了行业从“追求效率而忽视生态”向“效率与生态兼顾”的转变。展望未来，该标准的发展将呈现以下几个趋势：1.系列标准的完善：ISO21716系列将继续完善。目前，后续部分如ISO21716-2:2021（针对特定物种——卤虫幼体的急性毒性测定方法）、ISO21716-3（生态风险评估指南）等已相继发布或正在制定中。这些标准将与第1部分共同构成一个完整的评估工具箱。2.对新材料的适应性：随着纳米科技的发展，纳米铜、纳米氧化锌、碳纳米管等新型防污剂被引入防污漆配方。这些纳米材料在测试体系中可能表现出独特的行为（如团聚、溶解、离子缓释），需要开发专门的样品前处理或暴露方案。未来的标准修订将很可能增设针对纳米防污剂的补充条款或指导性附录。3.与智能化、高通量技术的融合：随着人工智能（AI）与自动化技术的发展，未来的生物测定可能实现更高程度的自动化。例如，利用基于机器学习的图像识别技术，自动计数和判定试验生物的死亡与运动活性。