典型污染物对土壤弹尾目昆虫的生态毒性效应

论文摘要

“万物土中生”,维护土壤生态系统及其正常功能是保护土壤质量和保障农业可持续发展的一个重要方面。土壤生态系统主要包括植物、微生物和土壤动物。利用植物和微生物生理生化指标指示土壤生态系统健康已有较多的研究。相对而言,利用土壤动物尤其是小节肢动物来评价土壤生态风险研究较少。白符跳（Folsomia candida）是目前土壤生态风险评估和土壤生态基准制定时常用的一种生态毒理试验受体。化学物质对土壤动物的生态毒性测试,如果采用生态相关性指标如存活率、繁殖率或生长率,就可以获得化学物质的生态毒性阈值。另外,使用本地物种进行生态风险评估可以显著提高评估的可靠性和生态相关性,而东洋棘跳（Onychiurus yodai）是在我国华东农田土壤中分布最广泛的弹尾目昆虫之一。本研究采用白符跳为试验生物,以重金属镉（cadium, Cd）、多氯联苯（polychlorinated biphenyl, PCBs）和苯并[a]芘（benzo（a）pyrene, B[a]P）为关注污染物,进行亚慢性毒性检测,在个体和种群水平上研究Cd、PCBs和B[a]P对白符跳存活率、繁殖率、成虫生长率和幼虫生长率四个指标的生态毒性效应。另一方面,试验在两种典型地带性土壤天津潮土和鹰潭红壤中进行,以观察其在自然土壤中的状况及不同土壤类型间的差异并为制定土壤生态基准积累原始数据。此外,通过对东洋棘跳生活史的观察和系列实验的比较,确定东洋棘跳的食性,记录东洋棘跳的生活史（包括整个生活史过程中形态特征的变化、繁殖时间、繁殖力和卵孵化过程等）,以建立良好的室内培养环境,并且发展基于东洋棘跳的污染土壤生态风险评估试验方法。重金属镉Cd,用CdCl2 2.5H2O配置成水溶液,均匀混入潮土和红壤中,配置成浓度为：0、0.3、0.5、1、2、4、8、12、25、50、100和200mg Cd/Kg干土的污染土壤,经过28天培养,结果表明：在潮土和红壤中,白符跳的存活率、繁殖率、成虫生长率和幼虫生长率均与外源添加的Cd浓度表现出较好的剂量一效应关系,在潮土中的EC50值分别为：197.53,100.74,108.53,195.99 mg kg-1;在红壤中的EC50值分别为：37.45,7.18,35.05,31.14 mg kg-1。在潮土和红壤中,繁殖率、存活率、成虫生长率的敏感顺序一致,均为繁殖率>成虫生长率>存活率,若以NOEC值为毒性阈值,幼虫生长率最敏感。Cd污染的潮土中的四个指标的NOEC、LOEC和EC50值均要高于在Cd污染的红壤中的值,土壤理化性质的差异性是导致Cd对白符跳生态毒性差异的主要原因。PCBs以丙酮为介质配成溶液,均匀混入潮土和红壤中,配置成供试浓度为0、0.25、0.5、1、5、10和50 mg PCBs/Kg干土的PCBs污染土壤,经过28天培养结果表明：在PCBs污染的潮土和红壤中,存活率敏感程度最低,只在红壤中呈现了显著性差异,红壤中白符跳存活率的EC50值为39.39 mg kg1.在潮土和红壤中,白符跳的繁殖率、成虫生长率和幼虫生长率均与外源添加的PCBs浓度表现出较好的剂量-效应关系,在潮土中的EC50值分别为：47.06,76.60,9.94 mg kg.1;在红壤中的EC50值分别为：13.77,64.10,11.35 mg kg-1。PCBs对白符跳的毒性效应在两种土壤类型间存在差异,可能受土壤理化性质,特别是有机质含量、pH的影响。B[a]P以丙酮为介质配成溶液,均匀混入潮土和红壤中,配置成供试浓度为0、0.1、1、10、100和1000 mg B[a]P/kg干土的B[a]P污染土壤,经过28天,培养结果表明：幼虫的生长指标对B[a]P最敏感,能对土壤低浓度B[a]P产生毒性响应,可作为指示土壤B[a]P毒性的指标。四个指标的敏感度依次为：幼虫体长>成虫体长>繁殖数>存活数。B[a]P对白符跳的毒性效应在两种土壤类型间存在显著差异（红壤和潮土中幼虫体长的LOEC值分别为1和500 mg kg-1）,可能受土壤理化性质,特别是有机质含量、pH的影响。东洋棘跳生活史的观察和记录中,发现：酵母喂养条件下长势最好。东洋棘跳生态毒性试验方案如下：收集同步化21-24天的弹尾目昆虫,雌虫10头,雄虫5头,转移入实验体系中,培养35天,东洋棘跳的雌雄通过体型来辨别,雌虫比雄虫体型大。本文探索了东洋棘跳的生活史,建立立良好的室内培养环境,并且发展了基于东洋棘跳的污染土壤生态风险评估实验程序,为我国农田土壤生态风险的评估和土壤生态基准点的制定提供参考。筛选了敏感评估指标幼虫生长率,能对土壤较低浓度污染产生毒性响应,可作为指示土壤毒性的指标。并且,为土壤中Cd, PCBs和B[a]P的生态风险评估和生态基准制定积累了生态毒性数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 污染土壤的生态风险评估
• 1.1.1 污染土壤生态风险评估的的定义与分类
• 1.1.2 污染土壤生态风险评估的方法
• 1.2 土壤动物在污染土壤生态风险评估中的应用
• 1.2.1 土壤动物的特征及功能
• 1.2.2 现有土壤动物生态风险评估体系和指标参数
• 1.2.3 土壤弹尾目昆虫在生态风险评估中的优势
• 1.3 研究内容
• 1.4 技术路线
• 第2章 土壤中镉对白符跳的生态毒性研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 土壤中重金属有效态含量测定
• 2.2.4 统计与分析
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 存活数和繁殖数
• 2.3.2 成虫体长
• 2.3.3 幼虫体长
• 2.4 讨论
• 2.4.1 指标间的敏感性差异
• 2.4.2 土壤性质的影响
• 2.5 小结
• 第3章 土壤中多氯联苯对白符跳的生态毒性研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 统计与分析
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 存活数和繁殖数
• 3.3.2 成虫体长
• 3.3.3 幼虫体长
• 3.4 讨论
• 3.5 小结
• 第4章 土壤中苯并[a]芘对白符跳的生态毒性研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 统计分析
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 存活数和繁殖数
• 4.3.2 成虫体长
• 4.3.3 幼虫体长
• 4.4 讨论
• 4.5 小结
• 第5章 我国华东农田土壤跳虫优势种的筛选与平台建设
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 东洋棘跳培养条件的建立
• 5.2.2 东洋棘跳食性研究与生活史记录
• 5.2.3 土壤弹尾目昆虫计数测量装置
• 5.2.4 变量描述与统计分析
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 计数测量装置的可靠性
• 5.3.2 东洋棘跳食性研究
• 5.3.3 东洋棘跳生物学现象
• 5.4 讨论
• 5.4.1 食性
• 5.4.2 生活史
• 5.5 结论
• 第6章 总结、创新点与研究展望
• 6.1 总讨论与结论
• 6.1.1 受体的选择
• 6.1.2 评价指标的选择
• 6.1.3 毒性阈值的选择
• 6.1.4 土壤性质的影响
• 6.1.5 总结论
• 6.2 创新点与不足
• 6.2.1 创新点
• 6.2.2 不足
• 6.3 展望
• 附录A
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢