近日，华南师范大学环境学院应光国教授团队Dimitri Van de Perre博士等人在国际生态毒理学主流期刊Aquatic Toxicology上发表了题为“Imidacloprid treatments induces cyanobacteria blooms in freshwater communities under sub-tropical conditions”的研究论文。
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吡虫啉是世界上使用最多的新烟碱类杀虫剂之一，由于其对水生生物的高毒性潜力，使其也成为一种备受关注的化学污染物。然而，大多数评估吡虫啉对水生生物影响的研究都是在温带环境下进行的。本研究是在亚热带环境下开展中宇宙实验来评估吡虫啉对水生生态系统的结构（大型无脊椎动物、浮游动物和浮游植物）和功能终点的影响。研究结果表明在亚热带环境条件下，吡虫啉可显著影响淡水中生物群落结构，同时，在所有处理组中发现蓝藻大量繁殖。一般认为，蓝藻水华是由于水体富营养化导致，本研究结果表明，水生生态系统的结构变化也会导致蓝藻水华爆发。本研究还发现在（亚）热带环境条件下，吡虫啉欧洲使用的吡虫啉浓度标准（0.0083 µg/L）并不适用于中国南方的水生生态系统。基于环境监测数据，地表水中吡虫啉浓度可能对当地水生生物群落造成严重的环境风险。
引言
农药的广泛使用导致了环境中的农药残留量很高，其中吡虫啉是目前最常用的新烟碱类杀虫剂之一，由于吡虫啉极易溶于水，很容易通过径流等进入水生生态系统，从而对非目标水生生物造成较大的潜在风险。然而，大多数吡虫啉对水生生物影响的实验室研究和宇宙实验都是在温带环境条件下进行的，对亚热带或热带环境条件下半野外中宇宙实验的研究还很匮乏。本研究的目标：（1）评估吡虫啉对亚热带水生生态系统的结构（大型无脊椎动物、浮游动物、浮游植物和理化参数）和功能终点的影响；（2）结合亚热带和热带环境下的宇宙实验结果，在群落水平上比较各生物群落对吡虫啉的敏感性差异；（3）评估亚热带水生生物群落在吡虫啉暴露后可能的恢复时间。
图文导读
Figure 1. Measured dissolved imidacloprid concentrations (µg/L) before and after (repeated) application. Error bars indicate standard deviation. Figure 2. Percentages of mesocosms in which cyanobacteria blooms were visually observed for each imidacloprid treatment throughout the experiment.
吡虫啉浓度在不同暴露时期水相中的降低速度不同。在实验的第一周、第二周和第三周，所有处理组的吡虫啉平均浓度损失分别为41%、60% 和21%（Figure 1）。这些差异可能与光照强度变化以及实验过程中蓝藻大量繁殖有关（Figure 2）。
Figure 3. Principal response curve (PRC), resulting from the analysis of the macroinvertebrate data, indicating the effects of the different imidacloprid treatments.
本研究共鉴定了22种大型无脊椎动物，主要包括昆虫纲（11种）、软体动物（7 种）、环节动物（2 种）、涡虫纲（1 种）和蜘蛛纲（1 种）。主效应曲线（PRC）分析结果表明，吡虫啉对大型无脊椎动物群落的生态毒性效应显著。在暴露周期（0 - 30天）大型无脊椎动物群落丰度整体下降，但仅在2天和30天呈现出群落的最大无效应浓度（0.03 µg/L），在恢复周期（30 - 58天）大型无脊椎动物群落逐渐恢复（Figure 3）。
Figure 4. Principal response curve (PRC), resulting from the analysis of the zooplankton data, indicating the effects of the different imidacloprid treatments. Figure 5. Principal response curve (PRC), resulting from the analysis of the phytoplankton data, indicating the effects of the different imidacloprid treatments.
同时，本研究还鉴定了45种浮游动物，包括轮虫（25种），枝角类（14种），桡足类（2种），介形类（2种）和有壳变形虫（2种）。主效应曲线（PRC）分析结果表明，吡虫啉对浮游动物群落的生态毒性效应显著，在暴露和恢复周期呈现出一致的群落最大无效应浓度（0.03 µg/L）。中间浓度（0.3 µg/L）和高浓度（3 µg/L）处理组实验系统浮游动物群落丰度均呈现出显著下降的趋势（Figure 4）。此外，共鉴定浮游植物65种，包括绿藻门（33种）、蓝藻门（9种）、硅藻门（9种）、裸藻门（6种）、隐藻门（4种）、金藻门（3种）和甲藻门（1种）。主效应曲线（PRC）分析结果表明，在暴露周期吡虫啉对浮游植物群落丰度具有显著的促进作用，尤其是在第2，3和4次吡虫啉暴露后。然而，在恢复周期并没有观察到浮游植物明显爆发的现象（Figure 5）。
Figure 6. Dynamics per treatment concentration of pHmorning (A) and DOC (B) are shown. Calculated no-observed-effect concentrations for each sampling date are provided in the top of the figure.
在整个实验过程中，所有宇宙实验系统的平均水温为29°C（23 - 33°C），溶解氧含量平均为9.6 mg/L（5.2 - 18.6 mg/L），正磷酸盐、铵盐、硝酸盐和亚硝酸盐的平均浓度和范围分别为 0.02 mg P/L（0.004 - 0.08 mg P/L）、0.21 mg N/L（0.12 - 0.41 mg N/L）、0.43 mg N /L (0.10 - 1.12 mg N/L) 和 0.03 mg N/L (0.002 - 0.14 mg N/L)，但均没有呈现出任何与处理组相关的显著差异。然而，水体的溶解性有机碳（DOC）和pH（早晨）与处理组呈现显著相关关系（Figure 6）。
Figure 7. Schematic overview of the observed effects of imidacloprid treatments on the ecosystem structure of subtropic aquatic community (+ = increase; – = decrease; ? not sure whether it is a direct or indirect effect).
吡虫啉可导致大型无脊椎动物和浮游动物的丰度明显下降。对吡虫啉不敏感的大型无脊椎动物和浮游动物种类因具有更加充足的食物和空间资源而大量繁殖，进一步促使部分浮游植物物种数量减少。例如大型浮游动物Diaptomus sp.和Ostracoda sp.的数量下降可能对大部分轮虫物种产生了间接的正效应，从而使浮游植物群落转变为耐食草的胶状蓝藻群落。此外，由于物种间的竞争，观察到的蓝藻水华可能对其他浮游植物群体产生了显著影响，争夺营养物和光照。然而，这些浮游植物群落的变化并没有导致任何与处理组相关的叶绿素-a浓度和氧消耗量的差异，这也表明浮游植物群落中存在功能冗余。
小结
本研究评估了吡虫啉在亚热带环境条件下对水生生态系统影响的研究。Gerris sp., Diaptomus sp. 和Brachionus quadridentatus是对吡虫啉最敏感性的物种。在群落水平，浮游动物、浮游植物群落和大型无脊椎动物群落中的最低无观察效应浓度（NOEC）为 0.03 µg/L。浮游植物群落和大型无脊椎动物群落分别在最后一次暴露后7天和23天恢复，未观察到浮游动物群落的恢复。吡虫啉还间接地诱导了所有处理组中蓝藻大量繁殖，这表明生物群落的结构变化也会导致蓝藻水华爆发。蓝藻大量繁殖的发生可能会引起重要的公共卫生和环境问题。此外，基于环境监测数据珠江（华南）地表水中吡虫啉的含量（最大值0.162 µg/L和平均值0.03 µg/L）可能对当地水生生物群落构成严重威胁。
论文信息：
Van de Perre Dimitri, Kai-Sheng Yao, Dan Li, Hao-Jun Lei, Paul J.Van den Brink, Guang-Guo Ying. Imidacloprid treatments induces cyanobacteria blooms in freshwater communities under sub-tropical conditions. Aquatic Toxicology, 2021, 240, 105992.
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2021.105992