不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯在蚯蚓体内的蓄积特征及其生长毒性

生态毒理学报
Asian Journal of Ecotoxicology
第16卷第1期2021年2月
V ol.16,No.1Feb.2021
㊀㊀基金项目:国家自然科学基金资助项目(31860155);云南省农业联合面上项目(2017FG001(-040));西南地区林业生物质资源高效利用国家
林业和草原局重点实验室开放基金资助项目(2019-KF13)
㊀㊀第一作者:熊张平(1995 ),男,硕士研究生,研究方向为生态毒理学,E -mail:**********************㊀㊀*通讯作者(Corresponding author ),E -mail:*********************
DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20200709001
熊张平,周世萍,解思达,等.不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯在蚯蚓体内的蓄积特征及其生长毒性[J].生态毒理学报,2021,16(1):188-195Xiong Z P,Zhou S P,Xie S D,et al.Bioaccumulation of cypermethrin in earthworm and effects of the toxicity on earthworm growth [J].Asian Journal of Ecotoxicology,2021,16(1):188-195(in Chinese)
不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯在蚯蚓体内的蓄积特征及其生长毒性
熊张平,周世萍*,解思达,郭佳葳,李惠娟,陈修才
西南地区林业生物质资源高效利用国家林业与草原局重点实验室(西南林业大学),昆明650224收稿日期:2020-07-09㊀㊀录用日期:2020-09-21
摘要:农药污染严重威胁我国的土壤生态系统安全㊂选择我国应用较广的氯氰菊酯为代表性农药污染物,采用一次和叠加的污染方式模拟氯氰菊酯进入土壤并逐渐累积的过程,以云南耕地常见的蚯蚓优势种 皮质远盲蚓(Amynthas corticis )为实验生物,研究了氯氰菊酯在土壤中的降解变化,以及蚯蚓对不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯吸收蓄积的累积特征和生长毒性响应㊂结果显示,不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯,在土壤中的降解均符合一级动力学特征c =c 0e -kt ,以一次污染方式进入土壤的氯氰菊酯降解半衰期为27.7~28.9d ;以叠加污染方式进入土壤的氯氰菊酯降解半衰期为25.7~26.6d ㊂氯氰菊酯浓度为4~6mg ㊃kg -1,暴露55d 时,蚯蚓对以一次污染方式进入土壤的氯氰菊酯蓄积量为0.34~0.73mg ㊃kg -1,生物-土壤蓄积因子
(F BSA )为0.85~1.05;蚯蚓对以叠加污染方式进入土壤的氯氰菊酯蓄积量为0.86~1.51mg ㊃kg -1,F BSA 为1.16~1.42㊂与一次污染方式比较,以叠加污染方式进入土壤的氯氰菊酯,更有利于蚯蚓对其进行生物富集,从而表现出较强的生长毒性㊂研究结果可为土壤农药叠加污染累积的生态风险防治提供基础数据和理论依据㊂关键词:氯氰菊酯;蚯蚓;生物富集
文章编号:1673-5897(2021)1-188-08㊀㊀中图分类号:X171.5㊀㊀文献标识码:A
Bioaccumulation of Cypermethrin in Earthworm and Its Effects on Earth-worm Growth
Xiong Zhangping,Zhou Shiping *,Xie Sida,Guo Jiawei,Li Huijuan,Chen Xiucai
Key Laboratory of State Forestry Administration on Highly -Efficient Utilization of Forestry Biomass Resources in Southwest China (Southwest Forestry University),Kunming 650224,China
Received 9July 2020㊀㊀accepted 21September 2020
Abstract :The pollution of pesticides seriously threatens the soil ecosystem in China.An experiment was conduc -ted using the one -time pollution method and the multiple -time superimposed method to investigate the degradation characteristics of cypermethrin in soil and the bioaccumulation of cypermethrin in Amynthas corticis along with its influence on the growth of this earthworm.Results showed that the degradation of cypermethrin in soil using one -time pollution method and the multiple -time superimposed method both accord with the first -degree dynamic mod -
第1期熊张平等:不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯在蚯蚓体内的蓄积特征及其生长毒性189
㊀
el:c=c
e-kt.The half-life of cypermethrin in soil was27.7~28.9d for the one-time pollution methods and25.7~ 26.6d for the multiple-time superimposed methods.After55d of exposure in the soil that treated with the same concentration of cypermethrin(4~6mg㊃kg-1),the concentration of cypermethrin in Amynthas cortices was meas-ured to be0.34~0.73mg㊃kg-1(wet weight)with biological-soil accumulation factor(F BSA)in the range of0.85~ 1.05using the one-time pollution method,while the concentration of cypermethrin in Amynthas cortices was meas-ured to be0.86~1.51mg㊃kg-1with F BSA between1.16~1.42under the multiple-time superimposed condition. Compared with the one-time pollution method,the accumulation of cypermethrin in earthworm and the inhibition to earthworm growth both increased significantly(P<0.05)using the multiple-time superimposed pollution.The re-search provided theoretical basis and related data for the prevention and control of ecological risk from pesticide pollution accumulated in soil.
Keywords:cypermethrin;earthworms;accumulation
㊀㊀氯氰菊酯是拟除虫菊酯类农药的重要品种,也是目前我国广泛使用且污染最为严重的拟除虫菊酯类农药品种之一[1-4]㊂刘航[1]对2013 2016年我国辽宁省蔬菜安全状况进行了调查,发现蔬菜中氯氰菊酯农药超标严重㊂近5年研究者对我国云南省昆明市晋宁区等主要蔬菜和花卉产区的农药残留调查发现,农田土壤中氯氰菊酯的残留检出率相对较高㊂氯氰菊酯为非极性杀虫剂,易被土壤吸附并固定,土壤是氯氰菊酯在环境中的主要归宿[5-7]㊂蚯蚓作为土壤动物区系的代表类群,利用蚯蚓作为土壤环境的指示生物,可以提供保护整个土壤动物区系的安全域值,评价污染物可能对环境的危害程度,从而对其可能导致的生态风险进行监测管理[8-12]㊂
一次污染是利用蚯蚓作为指示生物,研究农药污染物可能导致的生态风险常用的污染方式㊂这种污染方式是在供试土壤中一次性加入污染物,使其土壤浓度达到实验设计浓度㊂多次叠加污染是采用低剂量多次叠加的方式加入实验农药,使其土壤最终叠加浓度达到所需设计浓度㊂以不同污染方式进入土壤的农药可能因降解变化,导致其生物可利用性变化,从而影响其生物毒性㊂与一次污染方式相比,低剂量多次叠加的方式更接近实际土壤环境中农药低剂量多次施用逐步累积的污染过程,而目前已有的以蚯蚓作为研究生物对氯氰菊酯生态风险的研究均是基于一次污染方式[13-15],缺乏叠加污染条件下的基础研究,污染方式是否影响氯氰菊酯对蚯蚓的生物毒性及生态风险评价,是过去研究中尚未明确的问题㊂
为此,本研究选择云南耕地常见的本地种蚯蚓 皮质远盲蚓为研究对象,分别采用高剂量一次污染与低剂量多次叠加污染的方式,模拟氯氰菊酯进入土壤的过程,从蚯蚓对氯氰菊酯的吸收蓄积入手,研究不同污染方式条件下,蚯蚓对氯氰菊酯的生物富集变化规律以及氯氰菊酯蓄积对其生长影响,为土壤农药叠加污染累积的生态风险评价及防治,提供基础数据和理论依据㊂
1㊀材料与方法(Materials and methods)
1.1㊀供试材料
供试农药:氯氰菊酯标准品(纯度>98%)购自美国Sigma公司㊂
供试土壤:土壤采自昆明市西南林业大学实验地2~15cm耕作层㊂采用对角线取样法,于5个采样点分别采取质量相等的土样后,充分混合得到实验用土壤㊂土样风干后过1mm筛备用㊂土壤类型为红壤,阳离子交换量为10.1cmol㊃kg-1,质地为粘壤土,pH为6.55,有机质含量为17.86g㊃kg-1,土壤经分析未检出氯氰菊酯㊂
供试生物为云南红河地区采集的皮质远盲蚓,培养条件为:温度控制20ħ,自然光照,土壤含水量为田间最大持水量50%㊂实验蚯蚓选用2~3月龄,体质量0.4~0.5g,具有成熟环带的健康蚯蚓㊂实验前将蚯蚓在供试土壤中适应1周后取出,用纯水冲洗放入铺有湿润灭菌纱布的玻璃皿中,恒温(20ħ)暗室培养24h,进行清肠处理备用㊂
1.2㊀蚯蚓对土壤氯氰菊酯的生物富集实验
本研究分别采用一次添加和多次叠加的污染染毒方式进行生物富集实验㊂一次添加是指在供试土壤中一次性加入氯氰菊酯,使其土壤浓度达到实验所需设计浓度;多次叠加污染则是采用低剂量多次叠加的方式加入氯氰菊酯,使其土壤最终叠加浓度达到所需设计浓度㊂按照氯氰菊酯10%乳油防治蚜虫和红铃虫等虫害常用的田间单次最大施用剂量
190
㊀生态毒理学报第16卷
(90g㊃hm-2)施用时,测得土壤氯氰菊酯原始沉积量
为(1.71ʃ0.31)mg㊃kg-1,考虑到实际防治中氯氰菊
酯的施用次数一般为2~3次,每次间隔期为7d㊂
因此,叠加实验的单次叠加剂量设置为2.0mg㊃
kg-1,叠加间隔时间设置为7d,叠加次数分别设置
为2次和3次㊂
为便于比较研究,一次添加污染的生物富集实
验中,氯氰菊酯实验浓度与2次和3次的叠加总浓
度相同,分别为4mg㊃kg-1和6mg㊃kg-1㊂根据土壤
氯氰菊酯设计浓度计算氯氰菊酯需要量,以丙酮溶
解后搅拌混匀于20g土壤中,待丙酮完全挥发后再
与480g土壤混匀,放入500mL培养瓶内,加入蒸
馏水将土壤含水量调节为土壤田间最大持水量的
50%㊂
将清肠处理后的蚯蚓随机放入对照组和处理
组,每瓶放入20条蚯蚓,以保鲜膜封口(预留换气
孔)㊂在湿度为50%㊁温度为20ħ的条件下培养,每
隔7d给予5g磨碎的干牛粪作为饵料,以丙酮空白
为对照组,每个浓度及对照设3个重复㊂
多次叠加污染的生物富集实验,叠加总浓度与
一次污染浓度相同,但需要进行分次叠加,各次叠加
剂量均为2mg㊃kg-1,叠加次数分别设置为2次和3
次,叠加间隔时间为7d,其余处理条件均与一次污
染相同㊂每次叠加时,先将蚯蚓与土壤分离,将蚯蚓
置于暗处湿润滤纸上,取出实验土壤20g,将叠加所
需的氯氰菊酯用丙酮溶解后,拌于取出的土壤中,待
丙酮完全挥发后(无丙酮气味)再与其剩余土壤混匀
后,再将蚯蚓放入各实验土壤㊂叠加全部完成后土
壤氯氰菊酯叠加总浓度分别为4mg㊃kg-1和6mg㊃
kg-1,与一次添加污染方式处理的氯氰菊酯实验浓
度相同㊂
1.3㊀样品测定
在21d叠加污染实验完成后采样,分别于生物
富集实验第21㊁28㊁35㊁45和55天,对处理组和对照
组进行取样,各平行组采取2条蚯蚓和10.0g土壤,
将蚯蚓用去离子水洗净㊁清肠㊁准确称重,分别测定
土壤样品中氯氰菊酯的残留量㊁蚯蚓体内氯氰菊酯
蓄积量和蚯蚓脂肪质量分数(%)(f
lipid
)㊂根据测定
数据计算生物-土壤蓄积因子(F
BSA
),计算公式为:
F BSA =
c
ew
/f
lipid
c
s
/f
oc
(1)
式中:c
ew
为蚯蚓体内氯氰菊酯含量(mg㊃kg-1);c s为土壤中氯氰菊酯含量(mg㊃kg-1);f lipid为蚯蚓脂肪质量分数(%);f
oc
为土壤有机质含量(g㊃kg-1)
脂肪含量测定参照文献[16]㊂将蚯蚓清肠24h
后准确称量体质量(m
o
),放入预先称量质量(m
1
)的离心管中,加入10mL的甲醇-氯仿溶剂(1ʒ1,V/V)匀浆后超声处理5min,平衡4h后离心10min(8000 r㊃min-1),收集上清液于50ħ干燥后准确称量(m2)㊂根据测定数据计算蚯蚓脂肪含量,计算公式为:
f
lipid
=
m
2-m1m oˑ100%(2)蚯蚓氯氰菊酯蓄积量测定方法如下㊂将蚯蚓用去离子水洗净㊁清肠,准确称重后置于10mL聚丙烯离心管中,加入石油醚1mL,采用电动玻璃匀浆机匀浆3min后以4000r㊃min-1离心10min,将上清液转入另一离心管中,再加入5mL石油醚继续离心10min,合并2次上清液为提取液㊂在净化柱底端装入处理脱脂棉,依次加入5.0g无水硫酸钠, 3.0g弗罗里硅土,5.0g无水硫酸钠,用2mL石油醚预淋洗后加入提取液过柱,分别用10mL洗脱液淋洗2次后收集淋洗液,在旋转蒸发仪(30ħ水浴)浓缩近干㊂用石油醚充分溶解并定容至1mL,进行气相色谱(GC)测定㊂检测条件:色谱柱为DM-1石英毛细管柱(30mˑ0.25mˑ0.25μm);检测器温度为320ħ;进样口温度为280ħ;柱温度的升温程序为200ħ(0.75min),285ħ(10min);氮气流速为40mL ㊃min-1㊂
土壤中氯氰菊酯残留量测定方法如下㊂将所取土壤置于三角瓶中,加入40mL丙酮-石油醚(1ʒ1, V/V)提取液于30ħ水浴恒温振荡2h后过滤,用5 mL提取液洗涤滤渣3次,合并滤液于分液漏斗中,加入12%NaCl20mL,用20mL石油醚萃取3次后,收集并合并石油醚相经无水硫酸钠除水后在旋转蒸发仪上(30ħ水浴)减压浓缩近干㊂用1mL石油醚定容,进行GC测定,测定条件同上㊂对测定数据拟合得出氯氰菊酯在土壤中的降解方程:
c
t
=c
0ˑe-kt(3)式中:c
为氯氰菊酯初始浓度(mg㊃kg-1);c t为时间t 时土壤中氯氰菊酯残留量(mg㊃kg-1);t为降解时间
(d);k为降解常数;e为自然常数㊂
1.4㊀质量控制与数据分析
在样品分析过程中采用方法空白㊁平行样(每个试验组设置3个平行)以及加标回收率测定进行质量控制㊂在土壤和蚯蚓样品中分别添加氯氰菊酯标样,采用1.2部分测定方法测定回收率㊂土壤样品
第1期熊张平等:不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯在蚯蚓体内的蓄积特征及其生长毒性191
㊀
的加标回收率为91.5%~105.2%,蚯蚓样品的加标回收率为90.1%~106.2%㊂所有统计均采用SPSS22.0和Origin Pro8.0软件完成㊂应用单变量多因素方差分析确定暴露浓度㊁暴露时间和染毒方式及其共同作用对蚯蚓生物富集和生长影响;不同浓度处理组之间采用单因素ANOV A进行多重比较分析(LSD)㊂
2㊀结果(Results)
2.1㊀不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯残留动态
对以一次添加和多次叠加污染方式进入土壤的氯氰菊酯残留量的测定数据进行拟合,得到的模型参数如表1所示㊂由表1可知,不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯在土壤中的降解动态均符合一级动力学模型,一次污染条件下,氯氰菊酯在土壤中的降解半衰期分别为27.7d(4mg㊃kg-1)和28.9d(6mg㊃kg-1);叠加污染条件下,氯氰菊酯在土壤中的降解半衰期分别为25.7d(4mg㊃kg-1,2次叠加)㊁26.6d(6 mg㊃kg-1,3次叠加)㊂相同实验浓度条件下,与叠加污染方式相比,以一次污染方式进入土壤的氯氰菊酯在土壤中的降解相对缓慢㊂
2.2㊀蚯蚓对不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯蓄积
空白对照组的蚯蚓体内均未检出氯氰菊酯,蚯蚓对不同方式进入土壤的氯氰菊酯吸收蓄积量变化如图1所示,暴露21d时,蚯蚓对以一次污染方式进入土壤的不同浓度氯氰菊酯蓄积量均达到最大,不同浓度处理组蚯蚓体内氯氰菊酯的蓄积量差异显著(P<0.05);随着暴露时间延长,蚯蚓体内氯氰菊酯蓄积量持续下降,暴露35~55d,各浓度处理组蚯蚓的氯氰菊酯蓄积量已基本稳定,同一浓度处理组蚯蚓暴露35d和55d后,体内氯氰菊酯蓄积量并无显著差异性(P>0.05)㊂
如图1所示,蚯蚓对叠加污染方式进入土壤的氯氰菊酯蓄积量与叠加次数㊁暴露时间相关㊂实验暴露期间,不同叠加次数处理组中,蚯蚓体内的氯氰菊酯蓄积量均随暴露时间增加而缓慢上升,但相同叠加次数处理组中,不同暴露时间的蚯蚓氯氰菊酯蓄积量差异不显著(P>0.05)㊂随着叠加次数增加,蚯蚓体内的氯氰菊酯蓄积量不断升高,不同叠加处理组间蚯蚓的氯氰菊酯蓄积量差异显著(P>0.05)
㊂
图1㊀不同污染方式处理组中蚯蚓体内氯氰菊酯含量注:具有相同小写字母表示同一污染条件下,不同暴露时间㊁相同浓度处理组间蚯蚓体内氯氰菊酯蓄积量差异不显著,不同小写字母表示差异显著(P<0.05);具有相同大写字母表示同一污染条件下,相同暴露时间㊁不同污染浓度处理组间蚯蚓体内氯氰菊酯
蓄积量差异不显著,不同大写字母表示差异显著(P<0.05)㊂Fig.1㊀The content of cypermethrin in earthworms treated
with different pollution methods
Note:The same lowercase letters indicated that under the same pollution condition,there was no significant difference in cypermethrin accumulation in earthworms among the same concentration treatment groups with different exposure time,but different lowercase letters
indicated significant difference(P<0.05);the same capital letters
indicated that under the same pollution condition,there was
no significant difference in cypermethrin accumulation in
earthworms among the same exposure time of groups with
different pollution concentrations,but different
capital letters indicated significant difference(P<0.05).
表1㊀不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯降解参数
Table1㊀The degradation parameters of cypermethrin in soils after different treatments
处理Treatment
降解方程
Dynamics equation
相关系数(r)
Correlation coefficient(r)
降解半衰期(t0.5)/d
Half-life(t0.5)/d
4mg㊃kg-1(一次污染Primary pollution)c=3.78e-0.025t-0.966127.7 6mg㊃kg-1(一次污染Primary pollution)c=7.85e-0.024t-0.985428.9 4mg㊃kg-1(2次叠加Secondary superposition)c=3.44e-0.027t-0.945625.7 6mg㊃kg-1(3次叠加Three times superposition)c=6.17e-0.021t-0.921826.6
192
㊀生态毒理学报第16卷㊀㊀暴露35d后,相同实验浓度条件下,蚯蚓对叠加
污染方式进入土壤的氯氰菊酯蓄积量均显著高于一
次污染方式(P<0.05)㊂与一次污染方式比较,蚯蚓更
容易吸收蓄积以叠加方式进入土壤的氯氰菊酯㊂
2.3㊀蚯蚓对不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯生
物富集特征
蚯蚓脂肪质量分数为(3.55ʃ0.31)%(以干质量
计),并结合生物富集实验中蚯蚓体内氯氰菊酯蓄积
量及土壤中氯氰菊酯残留量的测定数据,计算皮质
远盲蚓-土壤蓄积因子(F
BSA
),结果如表2所示,暴露
21~28d,蚯蚓对一次污染方式进入土壤的不同浓
度氯氰菊酯的F
BSA 均缓慢上升;28d时F
BSA
达到最
大,但暴露35d后,不同浓度处理组的F
BSA
持续下
降并逐渐趋于稳定㊂氯氰菊酯以叠加污染方式进入土壤时,不同叠加次数处理组中蚯蚓对土壤中氯氰菊酯的富集程度在整个实验暴露期间(0~55d)一直
在持续增加,表现为F
BSA
的不断上升,暴露35d后,
不同叠加次数处理组中F
BSA
均高于同一实验浓度的一次污染处理组㊂
2.4㊀不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯暴露对蚯蚓生长影响
不同污染方式处理条件下,氯氰菊酯暴露对蚯蚓生长的影响如图2所示,氯氰菊酯实验浓度为4 mg㊃kg-1,暴露21~55d,不同污染方式处理组中蚯蚓的体质量与对照组差异并不显著;氯氰菊酯实验浓度为6mg㊃kg-1,暴露21~28d,不同污染方式处理组中蚯蚓的体质量显著低于对照组(P<0.05),但随着暴露时间的增加,一次污染处理组中蚯蚓的体质量逐渐恢复,暴露35d后已逐渐恢复至对照水平,而叠加污染处理组中蚯蚓的体质量在实验暴露期间(21~55d)均持续缓慢下降,显著低于对照组(P <0.05)㊂氯氰菊酯对蚯蚓的生长影响与实验浓度㊁暴露时间及进入土壤的方式有关(P<0.05)㊂3㊀讨论(Discussion)
本研究采用一次和叠加2种污染方式,研究不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯在土壤中的降解特征,以及皮质远盲蚓对其生物富集的动态变化和蚯蚓生长所受影响㊂研究发现,
以一次污染方式进入
图2㊀不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯对蚯蚓生长的影响注:具有相同小写字母表示同一污染条件下,不同暴露时间㊁相同浓度处理组间蚯蚓体质量差异不显著,不同小写字母表示差异
显著(P<0.05);具有相同大写字母表示同一污染条件下,相同
暴露时间㊁不同污染浓度处理组间蚯蚓体质量差异不显著,
不同大写字母表示差异显著(P<0.05)㊂
Fig.2㊀Effects of cypermethrin entering soil by different pollution methods on the growth of earthworms Note:The same lowercase letters indicated that under the same pollution condition,there was no significant difference in
earthworm mass among the same concentration
treatment groups with different exposure time,but different
lowercase letters indicated significant difference(P<0.05);
the same capital letters indicated that under the same pollution condition, there was no significant difference in earthworms mass among the same exposure time of groups with different pollution concentrations,
but different capital letters indicated significant difference(P<0.05).
表2㊀蚯蚓对土壤氯氰菊酯的蓄积因子(F BSA)
Table2㊀Cypermethrin biota-soil accumulation factor(F
BSA
)of the earthworm in soil exposed to cypermethrin
during the experimental period
处理Treatment
F
BSA
21d28d35d45d55d
4mg㊃kg-1(一次污染Primary pollution) 1.06 1.080.980.860.85 4mg㊃kg-1(2次叠加Secondary superposition)0.810.98 1.01 1.14 1.16 6mg㊃kg-1(一次污染Primary pollution) 1.23 1.29 1.10 1.08 1.05 6mg㊃kg-1(3次叠加Three times superposition) 1.11 1.25 1.37 1.40 1.42
第1期熊张平等:不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯在蚯蚓体内的蓄积特征及其生长毒性193
㊀
土壤的氯氰菊酯在土壤中的降解半衰期为27.7~ 28.9d(表1),低于报道的氯氰菊酯在土壤中的降解半衰期31.5d[17]㊂氯氰菊酯为非极性杀虫剂,在土壤中的降解是以微生物降解为主,化学降解为辅,土壤间理化性质的不同对其降解速率没有明显影响[18]㊂氯氰菊酯在土壤中降解加快的原因可能与蚯蚓的生物活动有关㊂有研究表明,蚯蚓可以通过吞食作用,在蚯蚓砂囊的机械研磨和消化道分泌酶联合作用下,将有机污染物转化为易于同化的碳水化合物,与土壤微生物协同作用加速对污染物的分解[19-21],同时本实验定期投放磨碎的干牛粪作为蚯蚓饵料,干牛粪富含粗蛋白等有机质,牛粪的添加也有利于土壤微生物的活动,因此,推断氯氰菊酯在土壤中降解加快的原因是由于蚯蚓和土壤微生物对氯氰菊酯降解的协同作用㊂
与一次污染方式相比,相同实验浓度条件下,以叠加污染方式进入土壤的氯氰菊酯在土壤中的降解相对较快(表1),降解加快的原因可能与土壤微生物的诱导作用有关㊂有研究表明,农药重复使用会对土壤微生物产生诱导作用,使其在土壤中的降解加快[22]㊂叠加污染的氯氰菊酯是以小剂量㊁多次叠加的方式进入土壤,随着叠加次数的增加,对土壤微生物的诱导作用增强,有利于氯氰菊酯的降解,因此以叠加方式进入土壤的氯氰菊酯降解较一次污染加快㊂研究发现,蚯蚓对不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯吸收蓄积并不一致㊂相同实验浓度条件下,蚯蚓对叠加污染方式进入土壤的氯氰菊酯蓄积量显著高于一次污染方式(P<0.05)㊂与一次污染方式比较,蚯蚓更容易吸收蓄积以叠加方式进入土壤的氯氰菊酯(表2)㊂蚯蚓对不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯蓄积差异可能与进入土壤的氯氰菊酯老化过程有关㊂老化是指污染物进入土壤后,土壤会对污染物发生吸附,吸附由最初的快速可逆吸附逐渐演变为长期慢吸附的过程[23]㊂污染物老化后,很难再发生解吸而残留在土壤中,从而降低了污染物的生物有效性㊂污染物疏水性越强,与土壤接触时间越长,其在土壤中的老化程度越大㊂研究表明,污染物老化程度越严重,越难被生物吸收[24-27]㊂如蚯蚓对新鲜土壤中莠去津㊁异丙隆和麦草畏等3种农药的吸收蓄积量是老化土壤的2倍~10倍[28]㊂氯氰菊酯具有较强的疏水性[29],与小剂量(2mg㊃kg-1)多次叠加进入土壤的叠加污染方式相比,相同实验浓度的氯氰菊酯以一次污染方式进入土壤时,和土壤接触时间大于叠加污染,进入土壤的氯氰菊酯相对容
易老化,蚯蚓难以对其吸收蓄积,导致蚯蚓体内氯氰菊酯蓄积量低于叠加污染的蓄积量㊂
F
BSA
是表征生物有机体在生长发育过程中,直接从土壤或从所消耗的食物中吸收并蓄积外来物质程度的参数[30]㊂氯氰菊酯以叠加污染方式进入土壤时,不同叠加次数处理组中蚯蚓对土壤中氯氰菊酯的富集程度在整个实验暴露期间(0~55d)一直在持
续增加,表现为F
BSA
的不断上升,暴露35d后,不同
叠加次数处理组中F
BSA
均高于同一实验浓度的一次污染处理组,与蚯蚓体内氯氰菊酯的蓄积量变化一致(表3)㊂
污染环境中,蚯蚓可以通过减缓生长,减少对外源污染物的摄入实现自我保护[31]㊂在本研究中,笔者发现氯氰菊酯对蚯蚓的生长毒性与其实验浓度及进入土壤的方式有关㊂当以一次或叠加污染方式进入土壤的氯氰菊酯处理浓度为4mg㊃kg-1时,氯氰菊酯对蚯蚓生长均无明显抑制,说明蚯蚓对低剂量的氯氰菊酯具有一定耐受性,而随着氯氰菊酯实验浓度增加,当氯氰菊酯实验浓度为6mg㊃kg-1时,暴露21~28d,与对照组相比,一次和叠加处理组中蚯蚓均表现出显著的生长抑制(P<0.05),说明高浓度处理促进了蚯蚓对氯氰菊酯的吸收蓄积,当蓄积量超过了蚯蚓对氯氰菊酯的耐受性后,表现出对蚯蚓的生长毒性抑制㊂随着暴露时间增加,由于不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯老化差异,一次污染处理组中,蚯蚓对老化的氯氰菊酯吸收困难,导致其氯氰菊酯蓄积量下降,对蚯蚓的生长毒性减弱,暴露35d 后,蚯蚓体质量已逐渐恢复至对照水平,而叠加污染
处理组中,蚯蚓的氯氰菊酯蓄积量和F
BSA
均显著高于一次污染处理组,说明以叠加污染方式进入土壤的氯氰菊酯,更有利于蚯蚓对其进行生物富集,从而表现出较强的生长毒性㊂
研究发现,以不同方式(一次或多次叠加)进入土壤的氯氰菊酯,在土壤中的降解及其影响(蚯蚓)并不相同㊂与一次污染比较,以叠加方式进入土壤的氯氰菊酯,虽然在土壤中的降解速率加快,有利于其在土壤中的降解,但由于老化程度降低,也有利于蚯蚓对其进行生物富集,从而表现出较强的生物毒性㊂以叠加方式进入土壤的农药污染物,是否会加剧对土壤生物的生态风险,还需要进行深入研究㊂目前,在农业生产中,氯氰菊酯等多数农药的施用多为重复多次施用,实际土壤环境中的农药污染,多为。