梁子湖水体中高风险农药的识别及其对水生生态风险的研究

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近年来,淡水生态系统遭受着生物多样性下降和生态系统功能衰减的威胁。研究表明农药是对淡水生态系统破坏最为严重的污染物之一,其对淡水生物群落的危害在国际环境科学领域受到极大关注。淡水生态系统中,区域内高风险农药的筛选和识别仍然缺乏有效的方法,自然条件下农药污染对水生生物种群水平危害的相关研究鲜有报道。本课题组先前的研究发现,2020年夏季梁子湖中的农药污染可能是导致浮游动物群落丰度下降的原因。因此,本实验以梁子湖作为研究区域,以浮游动物大型溞(Daphnia magna)的生物效应为导向结合仪器分析技术,建立了筛选和识别梁子湖水体中高风险农药的靶向和可疑筛查方法,鉴定得出梁子湖水体中的高风险农药清单。在此基础上,确认了梁子湖水体中导致浮游动物群落丰度下降的关键致毒农药,并探究了梁子湖表层沉积物和水生生物中高风险农药的污染现状,揭示了梁子湖中高风险农药的水生生态风险和健康风险。本研究为淡水生态系统中高风险农药的筛选和识别提供了理论和方法支撑,为区域内农药的科学使用和管理提供了数据参考。本研究主要研究结果如下:1.采用夏季梁子湖14个采样点的水提取物开展了大型溞48 h急性毒性测试,筛选得到对大型溞具有显著急性毒性效应的3个采样点的水提取物。随后,建立了包括2119种农药的可疑筛查和64种农药的靶向分析方法,对上述3个水提取物开展高风险农药的筛选和识别,确定了29种可能对梁子湖水生态系统产生危害的高风险农药。14个采样点水提取物中高风险农药的急性毒性效力分析发现,3个具有显著急性毒性的水提取物中高风险农药的毒性效力加和最高且超过安全阈值,表明水提取物中的高风险农药清单中存在导致大型溞急性毒性的致毒农药。最后,高风险农药的大型溞急性毒性测试结果表明,上述3个有毒提取物中识别的高风险农药(毒死蜱、氯氰菊酯等)可显著抑制大型溞的存活;水提取物中的高风险农药提供了约70%的急性毒性效力,证实了当前研究中高风险农药筛查的可靠性。2.基于建立的高风险农药清单,对夏季和秋季梁子湖14个采样点的湖水进行定量分析,并根据定量结果计算了高风险农药的慢性毒性效力。结果表明,夏季梁子湖的14个采样点中有7个采样点农药污染的慢性毒性效力超过安全阈值,且各采样点毒性效力加和的结果与浮游动物密度呈显著负相关。毒死蜱、氯菊酯和氯氰菊酯以及阿维菌素和敌敌畏的复合污染提供了7个高风险湖水中99.4%毒性效力。其中,毒死蜱和氯氰菊酯的单独暴露可能是导致浮游动物丰度下降的原因。秋季各采样点水体中高风险农药的毒性效力降至安全范围,与浮游动物群落调查的结果一致。此外,为进一步确定夏季梁子湖水体中关键致毒农药类型,本研究开展了高风险农药的大型溞21 d慢性毒性测试,评价不同生命阶段高风险农药对大型溞存活、生长、生殖和行为的影响。结果表明,梁子湖水体中毒死蜱和氯氰菊酯的长期暴露可显著抑制大型溞的游泳行为和繁殖能力。因此,毒死蜱和氯氰菊酯可能是导致夏季梁子湖中浮游动物各种群丰度下降的关键致毒农药。3.为探究梁子湖水体中高风险农药的水生生态风险,本研究首先对梁子湖表层沉积物中的农药污染进行水生生态风险评价,结果发现14个采样点的表层沉积物的农药污染均处于中风险以上,其中5个采样点为高风险,集中分布于梁子湖的东部和中部。随后,进一步对两个湖区水生生物的农药污染现状分析发现,水生植物对高风险农药的富集能力相对较强,平均富集量是水生动物的2.5倍。梁子湖中部农药污染的水生生态风险较高,80%的水生动物处于中风险以上,其中铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)、日本沼虾(Macrobrachium nipponense)和翘嘴鲌(Culter alburnus)处于高风险。研究发现,敌敌畏和毒死蜱是表层沉积物和水生动物中生态风险最高的农药。此外,梁子湖水生生物的健康风险评价结果表明,食用梁子湖中农药污染的铜锈环棱螺和日本沼虾具有非致癌风险。
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