新烟碱类杀虫剂因其新颖、高效的作用方式和杀虫活性,在全球杀虫剂市场占据重要位置。其中吡虫啉是首次被研发并拥有高销量的第一代新烟碱类农药,因其庞大的使用量,不可避免地会残留在环境中,会对非靶标生物带来负面影响。由于现代工农业和畜牧业的快速发展,土壤中重金属元素的潜在累积也成为全球关注的问题。其中,具有较大环境风险的重金属镉（Cd）在土壤中长期存在并难以被降解,会在土壤生物中富集并对其产生毒性效应。因此,吡虫啉作为土壤中具有高残留量的典型新烟碱类农药、Cd作为高生态风险的重金属,可能在土壤环境中共存,但目前对于它们复合污染对土壤生物的毒性及其作用机理的报道较少,因此研究它们的单一及复合污染的毒性效应和作用机制具有重要意义。本研究以毒理学的标准试验生物—赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）为土壤受试生物,测定了吡虫啉（0.1 mg/kg、0.5 mg/kg、1 mg/kg）与Cd（10 mg/kg）单一及复合污染28天,对人工土壤中赤子爱胜蚓个体水平、氧化胁迫和酶活性的生理生化水平、基因水平、肠道组织的影响以及污染物的定量与表征五个方面的内容。本研究运用病理组织切片技术、逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）技术、微生物16s r DNA测序、转录组学测序以及紫外可见吸收光谱法、高效液相色谱法、傅立叶红外光谱法等探究了吡虫啉与Cd单一及复合污染在人工土壤中对蚯蚓的毒性效应及污染物的作用机理;采用生物标志物偏离指数、第二代综合生物标志物响应（IBR）指数以及冗余分析,探究了敏感的生物标志物并评估了单一及复合污染的综合毒性风险。主要的研究结果如下:（1）赤子爱胜蚓个体水平上,暴露于吡虫啉与Cd单一及复合污染的整个染毒期间内,蚯蚓生长均受到不同程度的抑制,暴露后期生长抑制作用更显著。染毒第28天的蚯蚓体表受损情况也更为严重,吡虫啉处理组的蚯蚓表皮的空泡相比第14天继续扩大,1 mg/kg吡虫啉与10 mg/kg Cd的复合污染处理组体表的环肌变薄,纵肌结构改变。随着染毒时间的延长,蚯蚓自身修复功能下降,受损伤加重。蚯蚓的繁殖抑制率和未孵化蚓茧数受吡虫啉的影响较大,蚓茧平均重量和平均产幼蚓数呈正相关关系。通过IBR指数发现,1 mg/kg的吡虫啉单一及其与Cd的复合污染生态风险相对最大。0.5 mg/kg吡虫啉与Cd的复合污染对蚯蚓的生长抑制率、繁殖抑制率均呈现拮抗作用,1 mg/kg吡虫啉与Cd的复合污染对生长和繁殖抑制率、平均蚓茧重量呈现协同作用。（2）吡虫啉与Cd单一及其复合污染对蚯蚓的氧化胁迫方面,染毒期间大部分处理组蚯蚓的活性氧（ROS）、丙二醛（MDA）含量均高于对照组,ROS与MDA含量呈显著的正相关关系。机体受到吡虫啉与Cd胁迫后,产生过量的ROS对自身造成氧化压力,导致细胞膜脂质过氧化。蚯蚓酶活性方面,大部分处理组过氧化氢酶（CAT）活性在整个暴露周期内被抑制,谷胱甘肽S-转移酶（GST）活性被激活,且存在时间-效应关系,复合污染使得GST活性的升高更为显著。超氧化物歧化酶（SOD）活性与乙酰胆碱酯酶（ACh E）活性呈正相关关系。蚯蚓生理生化水平上的综合毒性风险随吡虫啉单一胁迫浓度的升高而增加。（3）吡虫啉与Cd单一及复合污染对蚯蚓的基因毒性方面,在污染物胁迫后期,蚯蚓的各处理组中8-羟基脱氧鸟苷（8-OHd G）浓度不断升高并呈现时间-效应关系。8-OHd G浓度的整体变化与ROS含量的变化一致,大量的ROS会对机体造成DNA损伤。Cd单一及其与吡虫啉的复合胁迫均引起金属硫蛋白（MT）基因的显著上调。热休克蛋白70（HSP70）基因随染毒时间的增加而上调。染毒第14天蚯蚓的产卵激素（ANN）基因与HSP70基因呈正相关关系,过量的ROS诱导了两种功能基因的异常表达;翻译控制肿瘤蛋白（TCTP）基因的显著上调与蚯蚓体表组织的损伤有关。综合毒性风险随吡虫啉复合浓度的升高而增加,0.1 mg/kg、0.5 mg/kg吡虫啉分别与Cd复合均表现出拮抗作用,1 mg/kg吡虫啉与Cd复合表现出协同作用。（4）土壤中的吡虫啉和Cd会与蚯蚓肠道接触,损害其肠道组织,且损伤程度随暴露时间的增加而加重。第28天的Cd单一及其与吡虫啉复合胁迫下,肠道上皮细胞的绒毛脱落加剧,黄细胞囊组织撕裂及脱落加剧。吡虫啉和Cd对蚯蚓的体表和肠道组织造成损伤,进而影响蚯蚓的生长。蚯蚓肠道的纤维素酶活性随染毒时间显著下降,污染物的胁迫影响机体对食物的消化分解作用。吡虫啉和Cd单一胁迫下蚯蚓肠道内的变形菌门（Proteobacteria）丰度增多,而复合作用下相比对照组略有减少。蚯蚓所生存的土壤中的微生物物种丰度和多样性均显著高于肠道微生物,复合污染降低了肠道微生物的物种丰度,增加了土壤中的物种丰度。吡虫啉单一及其与Cd的复合作用下,蚯蚓肠道差异基因显著富集的通路均有细胞色素P450（Cytochrome P450）、谷胱甘肽代谢（Glutathione metabolism）等相关通路,污染物诱导了蚯蚓肠道的氧化应激与解毒反应。（5）模拟土壤中吡虫啉与Cd复合作用时的浓度比例,对吡虫啉与Cd单一及复合作用进行定量分析。相比单一吡虫啉和单一Cd水溶液,吡虫啉与Cd的复合作用浓度比例为1﹕20时,吡虫啉与Cd的浓度均有显著下降。通过傅立叶变换红外光谱分析发现,复合作用下的吡虫啉C-H键的明显偏移,羟基官能团的相对强度增加,吡啶环和芳基氯特征吸收峰的消失,说明吡啶环及环上的Cl原子是羟基化及Cd复合的接触位点,Cd和羟基可能通过取代Cl原子的方式与吸附剂发生化学键合。蚯蚓个体水平和基因毒性水平上的IBR指数也体现了0.5 mg/kg吡虫啉与10 mg/kg Cd复合污染存在拮抗作用。该浓度比例的复合作用下吡虫啉和Cd的浓度均有所降低,复合作用后对蚯蚓生长、繁殖和基因表达的毒性效应也有所降低。本研究从蚯蚓的个体水平、氧化胁迫和酶活性、基因水平、肠道损伤以及污染物的定量与表征五个方面,评价了人工土壤中吡虫啉与Cd单一及复合污染对蚯蚓的毒性效应及机理,以期为土壤环境生态风险评估、保护生物多样性及人类健康做出贡献,为制定相应的环境标准提供科学依据。