昆虫对持久性卤代有机污染物的生物富集及其介导的食物链迁移

发布时间：2020-04-08 01:27

【摘要】：卤代有机污染物(HOPs)是环境中广泛存在的一类污染物,由于它们具有持久性、长距离迁移性、生物累积性和潜在毒性,HOPs的环境污染及生态和健康风险受到了人们广泛的关注。污染物的生物富集与食物链放大是污染物产生生态和健康风险的基础。昆虫具有丰富的种类和庞大的数量,是水生和陆生食物链(网)中重要的组成部分。同时,昆虫具有变态发育的特性,他们的幼虫与成虫往往生活在不同的生境,是不同捕食者的捕食对象。昆虫变态发育过程对污染物的调控会导致不同的捕食者对污染物的暴露出现差异。目前,关于HOPs的富集与食物链放大更多集中在水生和陆生高营养级生物上,对其在昆虫的富集及昆虫变态发育对污染物的调控关注较少。有必要开展更多研究揭示HOPs在昆虫中的生物富集与食物链传递规律。本研究以广东清远一受电子垃圾污染的池塘及周边地区(500m范围)为研究区域,以滴滴涕(DDTs)、多氯联苯(PCBs)、多溴联苯醚(PBDEs)、得克隆(DP)、十溴二苯乙烷(DBDPE)和其他溴代阻燃剂(OBFRs)为目标污染物,采集了包括六个目(蜻蜓目、鳞翅目、直翅目、半翅目、鞘翅目和螳螂目)的昆虫、以昆虫为食的水生、两栖和陆生生物样品(鱼、虾、蟾蜍、青蛙、水蛇、水鸟蛋、蜥蜴、棕背伯劳、鹊鸲和乌鸫)和环境样品(水,土壤和植物)。分析了各种生物及环境样品中HOPs的浓度和组成,研究了不同生境下昆虫及其它生物对污染物的富集特征,调查了昆虫变态发育过程中污染物在昆虫中的变化行为,同时也探讨了HOPs在昆虫介导的食物链(网)上的生物富集与放大机制。昆虫体内DDTs、PCBs、PBDEs、DP、DBDPE和OBFRs的浓度范围分别为nd~1000、20~16000、0.08~28000、nd~5000、0.53~5200和0.12~1400 ng/g lw(脂重)。PCBs是昆虫中最主要的污染物,其次为PBDEs,作为农业污染源的DDTs贡献相对较少。主成分分析表明,昆虫HOPs的组成模式存在明显的种间差异。鳞翅目和鞘翅目昆虫均以PCBs和DDTs为主,这种组成模式与其寄主植物相似。在直翅目昆虫中,中华稻蝗和短额负蝗倾向于富集PBDEs、DPs和DBDPE,这与草样的组成模式相似;而中华蟋蟀和东方蝼蛄大部分是以PCBs和DDTs为主。在同时采集到幼虫与成虫的四种昆虫(蜻蜓目、鳞翅目、直翅目、半翅目)中,发现HOPs在昆虫成虫与幼虫中的浓度比(ln A/L)与化合物的log K_(OW)表现出一致的变化规律。即当log K_(OW)6.5时,ln A/L比值随log K_(OW)的增加而下降;当6.5log K_(OW)8或8.5时,ln A/L比值与log K_(OW)呈正相关;当log K_(OW)8或8.5时,ln A/L比值随log K_(OW)的增加而再次下降。这表明HOPs在不同种类昆虫的变态过程中具有相似的调控机制。水生、两栖和陆生生物中PCBs和PBDEs的浓度范围分别为990~450000和130~80000 ng/g lw(脂重),比昆虫体内的含量高出1~2个数量级,而其他污染物的浓度与昆虫在同一个数量级。在所有生物中PCBs均是最主要的卤代有机污染物,其次是PBDEs,这与大部分昆虫样品中HOPs的组成一致。在两栖和陆生生物中BDE 153占?PBDEs的比例较高(占12~37%),而在昆虫和环境介质的比较中也发现昆虫对BDE 153的选择性富集,说明昆虫的选择性富集进一步影响了以昆虫为食的捕食者。另外,水蛇卵中PBDEs的组成以BDE 47、100、153和154为主,而母体中BDE 209是最主要单体,表明在子代传递过程中存在对PBDEs的选择性富集。HOPs的子代传递效率与其log K_(OW)呈多线性相关,当6log K_(OW)8时,污染物具有相近的子代传递效率,当log K_(OW)8时,子代传递效率随log K_(OW)的增加而迅速下降,暗示K_(OW)可能不是控制HOPs子代传递效率的主要因素。对采集的生物样品,通过稳定同位素特征和食性分析,构建了多条以昆虫为主的食物链(网)。其中,PCB、PBDE和DP在水生、两栖和陆生食物链中的BMFs值均大于1,表现出生物放大效应。在昆虫—鸟类食物链上HOPs的BMFs值明显高于昆虫—鱼(蟾蜍或蜥蜴)食物链,说明HOPs在恒温动物中的富集和放大潜力高于变温动物。在以昆虫为主的陆生食物网上PCB、PBDE和DP的TMFs值分别为4.0、2.9和1.7,均表现出营养级放大。HOPs的TMFs值与其log K_(OW)和log K_(OA)均呈抛物线关系,表明K_(OW)和K_(OA)对污染物在陆生食物网上的生物放大具有相似的调控机制。
【图文】：

过程图,昆虫,污染物,土壤昆虫

第 1 章绪论注。目前，大多数研究都是集中在水陆迁移过程，，而对陆生昆虫的研究较少，尤其是土壤昆虫的富集和迁移能力(Yu et al., 2013a; Maul et al., 2006)。仅有一篇文章强调了土壤昆虫对污泥中 PBDEs 的富集，以及 PBDEs 通过昆虫食物链向厂区外迁移的风险(Gaylor et al., 2014)。

子代,传递效率,相关性,污染物

昆虫对持久性卤代有机污染物的生物富集及其介导的环境迁移研究有机氯农药（OCs）在胎生生物（海鲋）的子代传递效率中发现，低亲脂性的污染物（如 Dieldrin）的子代传递效率更高，而高亲脂性的污染物（如 DDTs）的子代传递效率较低。另外，在海豚和鲸鱼的子代传递研究发现，70~100%的DDTs 和 PCBs 能从母体传递到子代中，但是主要是通过哺乳，仅有 3~9.7%的污染物是在母体内通过胎盘传递(Kajiwara et al., 2008; Pierce et al., 2008; Borrell etal., 1995)。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X592

【参考文献】