敌草隆及其代谢物短期暴露对水质的影响研究_刘沁雨.pdf

年 月 第 卷第 期收稿日期：作者简介：刘沁雨（），男，硕士，助教，研究方向为农药生态毒理学。通讯作者：柴红玲（），女，硕士，副教授，研究方向为生态修复，植物栽培与养护。敌草隆及其代谢物短期暴露对水质的影响研究敌草隆及其代谢物短期暴露对水质的影响研究刘沁雨，柴红玲，方向华，刘智明，张欣伟（丽水职业技术学院，浙江 丽水 ；丽水碧风数字科技有限公司，浙江 丽水 ）摘要：由于敌草隆的代谢产物，二氯苯胺表现出比母体农药更高的毒性。以敌草隆及其代谢物为研究对象，通过构建室内微宇宙体系，持续监测水体理化参数的变化，探究了敌草隆和代谢物对水质参数的影响。研究结果表明：敌草隆对水体的产氧量、耗氧量、电导率和 值均会产生影响；且经过分析得到敌草隆对体系产氧和耗氧产生负相关效应，对体系电导率和 值产生正相关效应；对体系的产氧、耗氧和 值会产生影响；对这三相水质均产生正相关效应。关键词：敌草隆；，二氯苯胺；微宇宙；水质参数中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，）：，：；，；引言据统计，年我国农药用量是 万。其中，种植业农药用量为 万。随着农药的不断使用，江河湖泊流域中农药检出率高。近年来关于不同地区沟渠、湖泊、河流等水体中农药监测含量的屡见报道。年以来，农业农村部组织开展化肥农药使用零增长行动。截至 年底，行动目标顺利实现。虽然农药的使用显著减少，但不科学不合理地使用农药、农药利用率低，仍是农业工作者亟待解决的问题之一。丽水市莲都区农业种植面积广，农产品种类众多。全区以稻谷、玉米、大豆为主的粮食播种面积 ；全区蔬菜播种面积 ；水果生产面积 。农作物种植会产生面源污染，即农药由于使用量大，超出了农作物的生长利用率和自然降解率，剩余的物质进入水体，给水环境带来严重影响。农药进入环境后，会发生转化。肖曲等总结了农药在水环境化学行为，并阐述了农药对水生动植物及水生生物群落的毒性。也有研究表明，农药也会对底泥产生污染，对底栖生物群落产生影响，最终破坏水生态系统的结构与功能，。而敌草隆作为一种DOI:10.16663/ki.lskj.2022.24.003刘沁雨，等：敌草隆及其代谢物短期暴露对水质的影响研究环境与安全高效、广谱的脲类除草剂有着广泛的使用用途，主要用于防治田间和非耕地的一年生和多年生杂草，也可以作为棉花种植的脱叶剂和渔业生产中的除藻剂。此外，敌草隆还能作为滴滴涕与三丁基锡的替代品用于船舶防污涂料。敌草隆对水生生物的毒性近年来被广泛关注，刘亚楠等报道了敌草隆暴露对花翅摇蚊生活史各阶段均能造成不利影响，其中在羽化和发育阶段可观察到敌草隆毒性的累积；陈进林等的研究表明，敌草隆对大型溞活动抑制的 半数效应浓度（）为 ，对大型溞繁殖抑制的 为 。但敌草隆的短期暴露下，水质的变化情况鲜有报道。此外，有研究表明，敌草隆的主要代谢物，二氯苯胺（）转化率较高，且，二氯苯胺相比农药母体有更高的毒性。关于代谢物对环境的效应的研究也很少。微宇宙（）是一个生物学领域的名词，是将自然环境的某一部分置于受控条件下、保持生态系统复杂性的一定应用要求的实验系统。相比实验室单一物种试验，微宇宙是一种能够模拟生态系统的试验，能充分反映化学物在环境中的行为。目前，在一些环境科学领域，微宇宙已被广泛利用，。陈志琼等 研究了三丁基锡在各相中的分布和降解，用水体、沉积物、底泥悬浮物及斑马鱼首次构建了实验室河口微宇宙。其结果表明，鱼、藻类和底泥是三丁基锡归趋的重要场所。刘丹等 用斑马鱼、苦草和沉积物构建室内微宇宙，研究了烷基酚类化合物辛基酚进入模拟水生生态系统后的变化过程。袁丙强等 构建了室内标准微宇宙，讨论了水生生态系统中浮游动物和浮游植物的群落结构和生物多样性以及水质参数在三唑磷暴露下的影响。姚思俊 建立了丁草胺、噻嗪酮相关的包含各类浮游生物的室内微宇宙系统，并推导了两种农药对室内微宇宙中浮游生物群落的最高无作用浓度（）和最低有效浓度（）。毕相东等 构建了的模拟池塘微宇宙生态系统，研究了模拟生态系统的理化因子、浮游动物及鱼苗受到杀藻剂 暴露的影响。本研究通过构建标准微宇宙系统，分别观察一定时间内敌草隆和，二氯苯胺（）对水质参数的影响，以其为该种农药及其代谢物的环境风险评估提供参考。材料与方法 材料与仪器水样采自丽水市莲都区黄村乡大坑洪村流域。丽水市主城区目前主要的饮用水源地为黄村水库，黄村水库位于丽水好溪支流严溪中游的大坑洪村下游约 处。在该地取试验用水具有现实意义。敌草隆（）原药，纯度 ，武汉远成共创科技有限公司；，二氯苯胺（，）原药，纯度，湖北远成赛创科技有限公司。多参数分析仪（上海仪电科学仪器股份有限公司）用于测定水体酸碱度（）和电导率（）；溶氧仪（梅特勒托利多仪器上海有限公司）用于测定水体中溶解氧浓度（）。微宇宙体系构建依据微宇宙的组成情况，可划分为人工和混合培养两种类型的，二者的差异很明显，其中混合型的主要是将相应的水体的沉积物、水和生物群落转移到缸体内形成的。本试验所搭建的即为混合培养微宇宙系统探究农药的不同暴露时长对水质的影响。自大坑洪村流域采集底泥沉积物，用 目筛将鱼类、大型甲壳类动物、螺贝类、石块和植物根系等从底泥中剔除，阴干，避光保存。取直径 ，高的玻璃缸，将上述底泥 与 去置于玻璃缸内。将每 个微宇宙体系安置于大型水浴装置（示意图见图）中孵育，孵育条件设置为：温度 ，光强度 ，光周期 。在试验 前 四 天，向 其 中 加 入 沉 水 植 物 金 鱼 藻（）。为防止金鱼藻上附着杂物影响试验结果，进行充分清洗，自形态学上端开始计量取 放置于体系中。为防止各体系中由于水生生物数量不同而影响水质监测结果，体系搭建完成后，静置以上，将体系中所有的水取出混合搅拌均匀重新加入个体系。每隔两天重复操作一次，共次。上述操作完成后，静置几天后开始每天测定体系中溶解氧浓度变化，直到体系稳定（各体系产氧和耗氧均无显著差异）。此外，从体系开始构建时，每周定时定量往体系添加藻粉。图水生微宇宙系统 试验方法对混合培养微宇宙体系进行敌草隆和，二氯苯胺暴露试验。通过检测敌草隆和 暴露下各项微宇宙体系内水质指标的情况来探究其对水质的影响。设置不同的农药浓度梯度，每种浓度一个体 年 月绿 色 科 技（）第 期系，每个浓度个重复。敌草隆暴露处理设置理论浓度为溶剂对照（）、（）、（）、（）、（）、（）、（），共计个处理组，每处理个重复；，二氯苯胺处理设置理论浓度为溶剂对照（）、（）、（）、（）、（）、（）。其中，两种农药的溶剂对照均分为水和丙酮两种溶剂。加入的日期定义为试验第天（），试验周期为。水质理化指标包括酸碱度（）、电导率（）和溶解氧浓度（）。溶氧消耗量可以间接表征微宇宙系统中水生生物整体的代谢情况。设置测定时间为第、，共测定次。为避免产生干扰，溶解氧测定在设置的时间前天完成，测量次。具体 安 排 为 前 日 夜 间 光 周 期 结 束 前（：，），前 日早晨光周期开始前（：，）和 前日 夜 间 光 周 期 结 束 前（：，）。次数据用于计算光周期溶解氧积累量 和暗周期溶解氧消耗量 。计算公式为：（）（）数据处理对各处理试验组不同采样日的水质参数数据进行方差分析（，置信限为），以检验各项水质参数在不同重复试验组和不同采样日是否存在显著性差异。结果与分析在试验周期内对所有微宇宙体系的光周期溶解氧浓度（）、暗周期溶解氧浓度（）、酸碱度（值）、电导率（）进行了检测，并在根据溶氧检测数 据 计 算 微 宇 宙 体 系 中 光 周 期 溶 解 氧 积 累 量（）和暗周期溶解氧消耗量（）。敌草隆短期暴露对水质参数的影响图中，处理 浓度由低到高，为最高浓度。溶解氧浓度变化：检测得到各体系暗期溶解氧消耗量平均为 （，下同），光周期溶解氧积累量平均为 。用暗周期溶解氧消耗量和光周期溶解氧积累量个指标评价敌草隆暴露对微宇宙体系上覆水溶解氧浓度的影响。光周期溶解氧积累量 反映了微宇宙系统在日间的光合作用强度。试验开始 各处理 组的 差 异 未达 到显 著 水 平（，）。试验开始后，在时各处理组均较出现显著下降，下降至 ，之后开始回升。在 时，、和 组的 较显著上升。上升幅度随着浓度升高而降低。组在 趋于 平稳，在 以后开始下降。而 、组则在 开始下降。和 变化趋势与 一致。此外，高浓度处理组 、和 在第七天显著降低后，一直处于很低的水平。对 数据进行方差分析（）显示在不同采样日和不同处理组之间存在显著性差异（）。这说明，本研究中所设定的处理浓度下，敌草隆对光周期溶氧积累量存在影响。暗期溶解氧消耗量 反映了微宇宙系统在夜间呼吸作用强度。试验开始各处理组的 差异未达到显著水平（，）。组 从试验开始一直提升。在第 达到最高点。之后随着时间推移 下降。各浓度的处理组在显著降低。最低两个浓度 和 分别在和 开始回升，均在 达到最高点。之后 与、组均开始下降。此外，高浓度处理组、和 在第天显著降低后，一直处于很低的水平。对 数据进行方差分析（）显示在不同采样日和不同处理组之间存在显著性差异（）。这说明，本研究中所设定的处理浓度下，敌草隆对暗期溶解氧消耗量存在影响。酸碱度（值）：试验开始，各微宇宙体系酸碱度（值）在 至 范围内，方差分析显示无显著性差异（，）。试验开始后，各体系趋于平稳，始终保持在 之间。各处理组在之后 值开始上升，其中最低浓度 在 时，较 显著上升。其余浓度 在 之后开始显著上升。于 达到最大值，且第 时，各处理组 值较 达到显著差异。此外，在第 时，各处理组 值在 内，浓度越高 值就越高。的 值始终维持在 之间。整个试验过程中，各处理组趋势与 保持一致。但从 以后，各处理组 值均较 出现显著提升。电导率（）：试验开始，各微宇宙体系电导率（）在 范围内，方差分析显示无显著性差异（，）。整个实验过程中，各处理组变化趋势与 一致。不同的是，最低两个浓度的处理组 和 在整个试验过程中，其电导率均与 无显著差异，且变化趋势保持一致，其余个处理组，在试验开始时电导率开始上升。在第时电导率与 存在显著性差异。第 的走势趋于平稳，电导率在 之间浮动。刘沁雨，等：敌草隆及其代谢物短期暴露对水质的影响研究环境与安全图敌草隆对标准微宇宙水质参数的影响 （，二氯苯胺）短期暴露对水质参数的影响图中，处理 浓度由低到高，为最高浓度。溶解氧浓度变化：得到各体系暗周期溶解氧消耗量平均为 （，下同），光周期溶解氧累积量平均为 。用暗周期溶解氧消耗量和光周期溶解氧积累量两个指标评价 （，二氯苯胺）暴露对微宇宙体系上覆水溶解氧浓度的影响。各浓度的处理组的变化趋势整体与 一致，都经历了一个先降低再升高再降低的过程。如图所示，试验开始后，各处理组的产氧量开始降低。在第达到最低值。各处理组较显著降低。之后开始回升，在第 达到最大值 后开始下降，直至试验结束。除 处理组外，浓度越低，在第 回升得越多。并且低浓度的个组 下降的时间比高浓度的两组晚。、和都在 以后呈现下降趋势。而较高浓度组的 和 则在第 达到 最大值后，开始表现显著的下降趋势。其中，处理组在第 的 是所有处理组中最高的，为 。高于 组的 。这说明，本研究中所设定的处理浓度下，（，二氯苯胺）对光周期溶氧积累量存在影响，且高浓度处理组下降速度低于低浓度处理组。暗期溶解氧消耗量 反映了微宇宙系统在夜间呼吸作用强度。试验开始后，各处理组呈现下降趋势，在 出现上升趋势，在 均产生显著下降。试验的前 组的 一直在 之间浮动。在第 出现最低值平均 。各浓度处理组趋势整体与 保持一致，仅 处理组在第 和 出现 显著低于对照组的情况（，）。酸碱度（值）：试验开始，各微宇宙体系酸碱度（值）平均值在 范围内，方差分析显示无显著性差异（，）。试验开始后，的酸碱度一直保持稳定，仅在 之间波动。试验开始后，各个浓度处理组开始下降。在第时 值较 出现显著下降。之后开始回升，直到。其中，处理组在 后酸碱度开始显著上升，在 达到所有处理组酸碱度的最大值 。各个处理组在第、的酸碱度显著低于对照组。后，除第 的 处理组显著高于对照组外，其余各处理组在各个采样日的酸碱度与 无显著差异。电导率（）：试验开始，各微