我国南方稻田农药的水生生态效应及典型微宇宙构建

摘要

水稻生产过程中需要多次施用杀虫、杀菌和除草剂，这些农药中的一大部分最终都流失进入稻田周边环境，使得稻田农药成为一种重要的非点源污染源。近年在稻田周边水域的地表水和地下水中检测出农药残留的报道日益增多，对人体健康和环境生物，尤其是水生生物存在重大威胁。为科学规范用药方式、减少农药对环境的污染，降低农药对水生系统的生态风险，维持水生生态平衡，保障用水安全，对农药的水生生态风险进行评估是关键。而目前针对我国稻田农药使用场景进行相应水生生态风险评估的研究基本空白。本论文选用我国稻田上用量较大的三种不同作用靶标农药——毒死蜱、丁草胺和三唑酮，通过室外和室内微宇宙实验研究了单一农药暴露和混合农药暴露对稻田周边水生态系统的影响，进一步建立了一种能应用于稻田农药水生生态风险评估的典型微宇宙系统。主要结果如下: 2011年秋季，利用水体积为500 L的室外微宇宙模拟了晚稻生长后期使用毒死蜱和丁草胺分别对稻田周边水域的生态效应。研究发现，毒死蜱对水生态系统的效应明显，并且表现出一定与剂量相关的生态系统崩溃-演替-平衡过程，系统内对毒死蜱相对敏感的桡足类种群出现了下降而后开始恢复的现象。而在实验浓度下，丁草胺未对浮游动物群落产生明显的影响，丁草胺对浮游植物的毒性导致了微宇宙内浮游动物群落演替，轮虫数目上升。此外，通过RDA分析，还发现在室外微宇宙实验中，水温对整个系统的影响较大。 利用水体积为100 L的室内微宇宙，对两种农药的生态效应进行了进一步的研究。研究结果发现，毒死蜱对微宇宙的生态效应与室外实验结果相似，但由于室内微宇宙中具有对毒死蜱更敏感的枝角目，使得毒死蜱处理微宇宙内生态系统在35天后仍未恢复至实验前的水平。系统内生物对毒死蜱的敏感性趋势表现为枝角目＞桡足类＞轮虫类。实验浓度下的丁草胺未对浮游动物群落产生明显的不良效应。实验中还发现，两种农药使用后，均会使微宇宙系统内溶解氧含量降低，但这种效应在实验结束时可以恢复。通过RDA分析，发现微宇宙内溶解氧含量与pH值有一定的正相关性。 2012年8月利用室外微宇宙模拟了单季稻早期单次使用毒死蜱、丁草胺和三唑酮三种农药对周边水生态系统的效应，并初步研究了三种农药同时使用时的联合效应。在为期84天的实验研究中发现，毒死蜱对微宇宙内生态系统的作用表现为微宇宙系统内敏感生物下降系统多样性降低，但这种效应在实验期间可以得到恢复。丁草胺的主要作用是抑制浮游植物，从而导致微宇宙系统内浮游动物群落的演替，但这种演替在实验周期内可重新达到平衡。实验浓度下的三唑酮未对微宇宙内的生物群落产生明显的不良效应，可能与三唑酮的作用靶标是微生物有关。三种农药混合暴露的生态效应，与毒死蜱类似，即使微宇宙内敏感生物种群受到抑制而导致系统内生物多样性下降。 根据前期实验的结果，初步构建了适用于我国南方稻田农药对周边水域生态系统效应研究的典型室内微宇宙，微宇宙的水温在20℃，pH值范围在8左右，并定期接种对农药敏感的枝角目生物。在56天的实验周期内，毒死蜱处理组很好地再现了室外微宇宙实验中的结果，最敏感的枝角目至实验结束仍未恢复种群密度，相对敏感的桡足类种群先下降而后逐渐恢复，不敏感的轮虫类种群数量上升。实验浓度下的丁草胺处理，通过抑制系统内浮游植物导致了微宇宙内浮游动物群落的演替，但这种效果在实验终止时达到了平衡。实验浓度下的三唑酮未对典型微宇宙内的浮游动物群落产生明显的不良效应。对于三种农药的混合暴露，在施药至施药后14天这个短期效应期内，主要表现为毒死蜱和丁草胺效应的加成，而从整个实验周期来看，三种农药混合暴露的生态效应与毒死蜱相似。

目录

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论文说明

缩略语列表

摘要

第一章 绪论

1．水稻用农药引发的水环境污染

2．农药对水生生物的毒性效应

2．1 农药对水生生物生殖的影响

2．2 农药对水生生物发育的影响

2．3 农药改变水生生物的行为

3．农药水生生态风险评估相关研究进展

3．1 稻田农药的环境暴露预测模型

3．2 农药生态风险的效应评价

4．本论文的研究切入点

5．本文的研究内容和意义

第二章 毒死蜱和丁草胺在室外淡水微宇宙中的生态效应

1 材料与方法

1．1 药剂与试剂

1．2 仪器设备

1．3 室外微宇宙的构建

1．4 实验设计

1．5 施药

1．6 微宇宙中农药残留分析

1．7 浮游动物鉴定与计数

1．8 水中叶绿素含量测定

1．9 水质参数监测

1．10 数据分析

2．结果与分析

2．1 毒死蜱与丁草胺在室外微宇宙水中残留与消解

2．2 水质参数变化

2．3 微宇宙内叶绿素浓度

2．4 毒死蜱和丁草胺对室外微宇宙中浮游动物群落的生态效应

3．讨论

3．1 毒死蜱和丁草胺在微宇宙体系中的消解

3．2 水质理化参数

3．3 农药-环境因子-生物群落间的相关性

3．4 毒死蜱和丁草胺在室外微宇宙的生态效应

4 小结

第三章 毒死蜱和丁草胺在室内微宇宙中的生态效应

1 材料与方法

1．1 药剂与试剂

1．2 仪器设备

1．3 室内微宇宙构建

1．4 实验设计

1．5 施药

1．6 取样及理化参数监测

1．7 数据分析

2 结果与分析

2．1 毒死蜱与丁草胺在室内微宇宙水中的残留与消解

2．2 水质参数变化

2．3 微宇宙内叶绿素浓度

2．4 毒死蜱和丁草胺对室内微宇宙中浮游动物群落的生态效应

3 讨论

3．1 毒死蜱和丁草胺在室内微宇宙体系中的消解

3．2 水质理化参数

3．3 农药-环境因子-生物群落间的相关性

3．4 农药在室内微宇宙中的生态效应

4 小结

第四章 毒死蜱、丁草胺和三唑酮三种农药在室外微宇宙中的联合效应研究

1 材料和方法

1．1 药剂与试剂

1．2 仪器设备

1．3 室外微宇宙构建

1．4 实验设计

1．5 施药与微宇宙内农药检测分析

1．6 浮游植物鉴定与计数

1．7 取样及理化参数监测

1．8 数据分析

2．结果与分析

2．1 水质理化参数

2．2 毒死蜱、丁草胺、三唑酮及三者混合暴露对微宇宙内浮游植物的生态效应

2．3 毒死蜱、丁草胺、三唑酮及三者混合暴露对微宇宙内浮游动物的生态效应

3 讨论

3．1 水质参数

3．2 农药-环境因子-生物群落间的相关性

3．3 毒死蜱、丁草胺和三唑酮三种农药单独施用对微宇宙的生态效应

3．4 毒死蜱、丁草胺和三唑酮混合暴露对微宇宙生态系统的联合效应

4 小结

第五章 应用于稻田农药水生生态效应评估的典型室内微宇宙构建

1 材料和方法

1．1 药剂与试剂

1．2 仪器设备

1．3 典型室内微宇宙的初步构建

1．4 实验设计和施药

1．5 取样及理化参数监测

1．6 数据分析

2 结果与分析

2．1 水质参数

2．2 毒死蜱、丁草胺、三唑酮及三者混合暴露对微宇宙内浮游植物群落的效应

2．3 毒死蜱、丁草胺、三唑酮及三者混合暴露对微宇宙内浮游动物的生态效应

3．讨论与结论

3．1 水质参数

3．2 农药-水质参数-生物群落间的相关性

3．3 典型室内微宇宙中农药对浮游生物的生态效应

4 小结

第六章 总结与讨论

1．主要结论

2．讨论

3．主要创新点

4．不足与展望

附录

参考文献

读博期间发表论文

致谢