吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

有关农药对虾类及其相关类群(如腹足类、水生维管植物、浮游植物和细菌等)种群动态方面影响的文献报道较少。

本研究以掌肢新米虾、泉膀胱螺Physafontinalis、金鱼藻Ceratophyllumdemersum、低额溞Simocephalusvetulus和中华薄壳介Dolerocyprissinensis等物种构建室内生态系统,研究单次施用吡螨胺对上述系统,特别是对虾类种群的影响。

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

吡螨胺对掌肢新米虾的影响

查看施加吡螨胺后系统中掌肢新米虾种群反应情况以及游离的chitobiase活性变化情况 ,可以看出,整个试验期间,对照组中掌肢新米虾的湿重在3.09g到5.31g之间变化,平均湿重为3.72g。

对照组中的chitobiase活性在0.46到1.14μmolMUF/L/h之间变化,平均值为0.71μmolMUF/L/h。

与掌肢新米虾下相关的chitobiase免疫反应含量在对照组中从0.45mg/L到1.04mg/L之间变化,平均含量为0.67mg/L。

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

以上数据表明,整个试验研究期间,对照组中的掌肢新米虾种群是比较稳定的。

对不同吡螨胺处理下掌肢新米虾释放的游离的chitobiase免疫反应含量、系统总的chitobiase活性以及掌肢新米虾的湿重进行ANOVA和多重比较分析。

试验系统中,78.13μg/L及以上处理水平对米虾种群chitobiase免疫反应含量产生负面影响,并且负面效应一直持续到施药后24天才恢复与对照组水平相当,但在第31天相同的负面效果又出现并持续到试验结束仍未消失。

但对于掌肢新米虾的湿重指标来说 ,24.41μg/L及以上处理水平就已经产生负面影响,并且直到施药后24天这种负面效应才恢复到与对照组相当的水平。

将分析得出的与名义浓度相关的NOEC和LOEC值和吡螨胺相对应的TWA浓度进行统一,就可以得到关于TWA的NOEC和LOEC。

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

根据VanDenBrink等人的研究,两个及以上连续的取样日内观测到的效应才是有效的,所以可以看出虾湿重的名义LOEC值为24.41μg/L,相对应的NOEC值为7.63μg/L。

通过结果可以得到,掌肢新米虾湿重的NOECTWA为0.67μg/L,LOECTWA为2.34μg/L。

以时间和吡螨胺浓度为自变量,以虾释放的chitobiase免疫反应含量和虾的湿重为因变量,使用CANOCO5.0软件进行主效应曲线分析,分析结果显示,自变量对它们的影响是显著的(F=3286,p=0.002)。

水生测试系统中虾释放的chitobiase免疫反应含量的因变量分值(speciesscore)的绝对值小于虾的湿重的因变量分值的绝对值。

这表明系统中吡螨胺对掌肢新米虾种群产生影响时,虾的湿重作为生物标志物比chitobiase免疫反应含量作为生物标志物更加敏感。

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

表中显示施药后的第三天,浓度最高的两个处理组(78.13μg/L和250μg/L)中chitobiase活性显著增加,这可能是由于吡螨胺导致掌肢新米虾的大量死亡,虾体内蜕皮液和消化液中的chitobiase被大量释放到水中,随后由于释放的这部分chitobiase被降解,这两个处理组中chitobiase活性又回到对照水平。

此外,还可以看出,该酶的活性比它的免疫反应性含量更不敏感。后者的敏感性得到了提高,因为它被泉膀胱螺释放的chitobiase的免疫反应性含量所"修正"了。

Chitobiase免疫反应含量的名义LOEC为78.13μg/L ,其有效性持续35天以上。因此,基于TWA的LOEC和NOEC被分别确定为≤5.64μg/L和≤1.41μg/L。

吡螨胺对泉膀胱螺和金鱼藻的影响

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

查看施加吡螨胺后系统中泉膀胱螺和金鱼藻种群反应情况。整个试验期间,对照组中泉膀胱螺释放的chitobiase免疫反应含量在0.12mg/L到0.41mg/L之间变化,平均含量为0.23mg/L。

对照组中金鱼藻的湿重在120.15g到153.35g之间变化,平均重量为142.5g。这也证明在整个试验期间,对照组中的泉膀胱螺和金鱼藻种群处于比较稳定的状态。

为评估吡螨胺对泉膀胱螺和金鱼藻的影响,以泉膀胱螺chitobiase免疫反应含量和金鱼藻的湿重分别作为因变量,以吡螨胺浓度作为解释变量,对每组数据分别做主成分分析。

结果表示,吡螨胺在系统中对泉膀胱螺产生正面影响(吡螨胺造成的影响仅仅只占因变量总影响的0.2%)。

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

而对金鱼藻产生负面影响(吡螨胺影响的所占比率小于0.1%)。为判断吡螨胺对两个指标的影响是否是显著的,以相同指标作为因变量,以吡螨胺浓度和时间作为解释变量,对每组数据分别做主效应曲线分析。

结果表明, 吡螨胺对泉膀胱螺和金鱼藻的影响在统计学上都是显著的 (p值都为0.002)。

看吡螨胺对浮游动物和浮游植物的影响,整个试验过程中,对照组以及前三个处理组(2.38、7.63和24.41μg/L)中的叶绿素a和藻蓝蛋白含量总体呈上升趋势,第四个处理组(78.13μg/L)中的叶绿素a和藻蓝蛋白含量呈先下降后上升的趋势,而最高浓度组(250μg/L)中的叶绿素a和藻蓝蛋白含量施药后保持下降趋势。

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

另外还可以看出,0-35天之内,对照组中的叶绿素a浓度在20.81μg/L至26.42μg/L之间变化,平均含量为24.19μg/L,藻蓝蛋白的浓度在0.93μg/L至1.12μg/L之间变化,平均浓度为1.03μg/L。

这表明在整个试验期间,对照组的叶绿素a和藻蓝蛋白含量基本保持稳定。同样在试验期间,对照组中低额溞和中华薄壳介种群数量基本保持稳定。

施药后一周以内,低额溞的种群密度随施药浓度的增加而增加,但在最高浓度处理组(250μg/L)中却是下降趋势,此后各组的种群密度趋于均一和稳定。

实验初期,中华薄壳介的种群密度变化不大,但在实验后期,最高处理组(250μg/L)的中华薄壳介密度呈上升趋势。

吡螨胺对低额溞和中华薄壳介种群的影响

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

为研究吡螨胺对系统中浮游动物低额溞和中华薄壳介种群数量的影响,以吡螨胺浓度为解释变量,以每升水中低额溞和中华薄壳介种群数量分别作为因变量,进行主成分分析

吡螨胺在系统中对低额溞和中华薄壳介种群数量产生正面影响(吡螨胺的影响在两者因变量总变化中所占比率分别为<0.1%和11.2%)。

为判断吡螨胺对两个指标的影响是否是显著的,以每升水中低额溞和中华薄壳介的数量作为因变量,以吡螨胺浓度和时间作为解释变量,对每组数据分别做主效应曲线分析。

结果表明,吡螨胺对系统中低额溞和中华薄壳介种群数量的影响在统计学上都是显著的(p值均为0.002)。

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

水生测试系统中每升水中低额溞数量的因变量分值(speciesscore)的绝对值大于每升水中中华薄壳介种群数量的因变量分值的绝对值。这表明系统中吡螨胺对浮游动物种群产生影响时,低额溞相比于中华薄壳介来说更加敏感

吡螨胺对叶绿素a和藻蓝蛋白的影响

为了研究吡螨胺对系统中叶绿素a和藻蓝蛋白的影响,以吡螨胺浓度为解释变量,以系统中叶绿素a和藻蓝蛋白的含量为因变量,进行主成分分析。

吡螨胺在系统中对叶绿素a和藻蓝蛋白为负面影响(吡螨胺的影响在两者因变量总变化中所占比率分别为31.6%和38.6%)。

为判断吡螨胺对两个指标的影响是否是显著的,以系统中叶绿素a和藻蓝蛋白的含量为因变量,以吡螨胺浓度和时间作为解释变量, 对每组数据分别做主效应曲线分析

分析结果表明,吡螨胺对系统中叶绿素a和藻蓝蛋白含量都产生显著影响(p值均为0.002)。

水生测试系统中叶绿素a含量的因变量分值的绝对值大于测试系统中藻蓝蛋白含量的因变量分值的绝对值。这表明在系统中吡螨胺影响下,叶绿素a相比于藻蓝蛋白来说更加敏感。

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

吡螨胺对浮游细菌的影响

浮游细菌整个测试系统中,共获得23,147,812条细菌序列,每个样品的有效细菌序列在124,731~316,713之间。 根据97%的相似度, 这些序列被划分为3673个OTUs。

整个实验过程中,系统中浮游细菌丰度按门水平从高到低排序分为变形杆菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、螺旋体门(Spirochaetes)放线菌门(Actinobacteria)和巴氏杆菌门(Patescibacteria)其相对丰度分别为44.7%、24.6%、13.2%、12.6%、1.13%。

可以看出在最高浓度处理组(250μg/L)中,螺旋体门(Spirochaetes)的浮游细菌相对丰度大幅下降。

通过使用原核生物分类群功能注释(FAPROTAX)的方法,对测试系统中的浮游细菌进行功能划分,共从中划分出31个功能组。

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

为了研究吡螨胺对系统中浮游细菌的影响,以吡螨胺浓度为解释变量,以系统中不同功能组浮游细菌的相对丰度为因变量,进行主成分分析,分析结果确定影响的正负。

为判断其影响是否显著,以系统中不同功能组浮游细菌的相对丰度为因变量,以吡螨胺浓度和时间作为解释变量,对每个细菌功能组数据分别做主效应曲线分析。

可以看出,吡螨胺对氮循环中硝酸盐还原细菌类群的相对丰度有显著的正面影响。同时也对测试系统中亚硝酸盐呼吸类细菌和硝酸盐反硝化类细菌的相对丰度有显著的促进作用。

此外, 吡螨胺显著促进了测试系统中硫酸盐氧化类细菌、尿素分解类细菌、甲基氧化类细菌的相对丰度 ,抑制了纤维素分解类细菌和人类病原体细菌的相对丰度。

通过Alpha多样性指数分析来探究吡螨胺对测试系统中浮游细菌多样性和丰富度的影响,本研究选取Ace指数、Chao指数、Shannon指数和Simpson指数四个指标。

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

Ace指数和Chao指数与细菌群落的丰富度有关 ,Shannon指数和Simpson指数与细菌群落的多样性有关。

Ace指数和Chao指数越大,表明细菌群落的丰富度越高,Shannon指数与细菌群落多样性呈负相关,而Simpson指数与细菌群落多样性呈正相关。

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

使用DPS软件进行ANOVA分析来计算不同吡螨胺处理下细菌群落Alpha多样性差异,发现直至施药35天之后,高浓度组(250μg/L)中浮游细菌群落的Ace指数和Chao指数显著低于对照组,这表明高浓度吡螨胺处理会导致水生生态系统中浮游细菌群落丰富度的降低。

而五个处理组中浮游细菌群落的Shannon指数和Simpson指数都与对照组之间没有显著差异,这说明吡螨胺处理对水生生态系统中浮游细菌群落多样性没有显著影响

为了研究测试系统中的优势细菌属与环境因子之间的联系,采用环境因子关联分析,分析结果由主要细菌属与环境因子相关性热图呈现。发现总体菌群OTUs主要与亚硝酸根离子和磷酸根离子显著相关。

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响

通过对试验结果的综合分析,推测一些指标间的相关关系。系统中吡螨胺的施加导致部分掌肢新米虾死亡,存活的虾生长发育减缓,这可能会造成沉水植物金鱼藻上的固着生物覆盖度增加,影响植物吸收光能,进而引起金鱼藻生物量的减少。

沉水植物和浮游植物的减少会降低光合作用,可能造成水中溶解氧的减少以及水体的酸化 。另一方面掌肢新米虾的减少会引起剩余饲料的增加,多余的养料和死亡后的虾经过分解可能会导致水体电导率的升高和氨态氮、磷酸根的增加。

同时与掌肢新米虾存在竞争关系的泉膀胱螺和浮游动物种群数量也会增加。浮游动物种群数量增加可能是浮游植物减少的原因之一。另外pH、DO的降低和EC、NH4+的增加等水质参数的变化预示着系统水质的恶化。

吡螨胺对以掌肢新米虾、泉膀胱螺和金鱼藻为主的生态系统的影响