陆地节肢动物食物链中农药的转移和生物累积：现状和未来研究
节肢动物是陆地食物网中农药转移的切入点，而捕食者等上链生物中农药的积累可能会对生态系统产生连锁反应。然而，驱动农药转移和食物网生物累积的机制仍然知之甚少。在这里，我们回顾了有关食物网中陆地节肢动物介导的农药转移的文献。农药的转移及其生物富集和生物放大的潜力与物质的化学性质和毒代动力学、受污染生物的抵抗力和解毒能力以及对生物体生活史性状的影响有关。我们进一步确定了四个关键领域，在这些领域中，知识的获取将改善未来对农药对陆地食物网影响的预测。首先，应努力研究目前尚未充分研究的助剂和农药混合物的影响。其次，分析方法灵敏度的进步将允许检测小型节肢动物体内的低浓度农药。量化节肢动物猎物、捕食者以及较高营养水平的节肢动物或脊椎动物中的农药，将为了解农药在现实世界陆地食物网中的生物累积和生物放大潜力提供重要的见解。最后，量化群落的营养结构和复杂性对农药转移的影响可以解决跨物种和食物网生物累积和生物放大变化的几个重要来源。这篇叙述性评论将激发未来的研究，旨在量化陆地食物网中农药的转移，以更好地捕捉其在自然和耕作景观中的生态后果。
到 2021 年，全球农业使用的农药总量已达到 350 万吨有效成分，这一数量自 1990 年以来增加了一倍（FAO 2023）。近年来，农药（尤其是新烟碱类杀虫剂）对生物多样性和生态系统功能的风险受到了广泛关注。到目前为止，为减少杀虫剂的使用及其对人类和脊椎动物健康的直接影响所做的努力是以增加无脊椎动物毒性为代价的。直接接触农药或通过食物链进入食物间接接触农药对无脊椎动物的影响可能导致当前节肢动物的减少。然而，陆地生态系统的功能取决于无脊椎动物及其捕食者的出现。节肢动物门是最大的动物门，约占动物界物种总数的80%。从授粉服务到害虫防治，再到土壤质量和分解的调节，节肢动物参与了许多生态系统服务。节肢动物包括昆虫，昆虫是节肢动物的主要类群，估计有 550 万种，此外还有多足动物和蜘蛛。 合成杀虫剂被开发出来并针对媒介或昆虫作物害虫种群，并且其在环境中积累的证据迅速出现。在过去的几十年中，杀虫剂的特异性有所提高，以减少其对非目标物种的毒性，但尽管付出了一切努力，到目前为止，还没有一种针对害虫的物质能够不影响非目标物种，只有物质的时间框架和应用方式才能影响其生物利用度。
在环境中，非目标节肢动物以各种方式暴露于农作物保护中使用的各种产品（即杀菌剂、杀虫剂、除草剂）、活性物质及其复合制剂。传统农业系统中使用的大多数农药是在作物生长季节施用的，这对应于节肢动物的繁殖期。它们在食用经过处理的植物、花蜜和花粉时，或者在农田内或农田附近饮用受污染的水或喷洒液滴时，可能会口服接触各种农药（初次中毒）。二次中毒是通过营养相互作用发生的，通过消耗受污染的猎物（捕食）或在受污染的宿主体内发展（寄生）。农药选择性的提高加上剂量的减少引发了亚致死率的问题。对生物体和社区水平的影响可能主要是通过农药的间接和亚致死作用产生的。接触低剂量后，节肢动物可以吸收农药并在其组织中积累农药残留而不会死亡（生物累积）。1981 年，Rudd 和合作者（Rudd、Craig 和 Williams 1981）表明，接触 DDT 的食草动物会迅速吸收这种化学物质，随后浓度急剧下降并长期略有上升。受污染的节肢动物仍能存活下来，但其适应能力或迁移能力往往会降低，并受到掠食者的祈祷。食肉节肢动物，如蛛形纲动物和鞘翅目动物，以及以这些食草节肢动物为食的鸟类最初表现出类似的模式，但时间跨度更长，随后通过营养链出现意想不到的增加。多项证据表明，几种农药的浓度可能会随着营养水平的增加而增加，从而导致顶级捕食者的高度污染（生物放大）。随着时间的推移，这可能会对顶级捕食者产生致命或亚致命的影响。作为多种生物体的重要食物来源，节肢动物代表了农药和其他环境污染物进入食物链的切入点。这些证据主要是在水生生态系统中收集的，我们对陆地食物链中农药的营养转移的了解仍然有限。然而，几十年来，越来越多的证据表明，几种农药（主要是氨基甲酸酯、新烟碱类和拟除虫菊酯）可以在营养链中转移并可能进行生物累积，从而对与个体健康相关的不同性状产生意想不到的影响。
陆地节肢动物接触农药的量化很复杂，因为农药残留污染可能通过多种途径直接或间接发生，并且在季节和年份之间存在差异。尽管农田中农药残留的发生率最高，但农田边缘也受到影响，因为处理作物附近的野生植被也受到农药混合物的污染。新烟碱类杀虫剂广泛用于保护农作物免受多种害虫的侵害，它们的残留物可以在土壤中持续数年，甚至在有机管理的土壤中或花蜜和花粉中来自未经新烟碱类杀虫剂处理的田地。还确定了其他暴露途径，例如蜜露、吸引寄生黄蜂和授粉食蚜蝇，并可能对非目标生物体造成急性或慢性有害影响。内吸性杀虫剂也存在于处理过的植物上存在的叶面类真菌中，间接毒害非目标生物，例如瓢虫等白粉病食虫、果蝇蛾幼虫，甚至蜜蜂。含有系统性农药残留的花外花蜜也可能成为有益昆虫动物的死亡陷阱，例如常见的绿色草蛉或以花蜜为食的寄生蜂。
农药在节肢动物中的毒代动力学及其解毒能力仍然知之甚少。关于农药对节肢动物群落副作用的研究主要集中在了解农药对陆地物种的影响，但较少关注农药如何转移到上层营养层。个体适应度特征（与繁殖和生存相关的特征）决定了营养链中节肢动物的种群动态。如果受污染的节肢动物存活下来，它们就更有可能被吃掉或被寄生，成为农药进入食物网的切入点。农药对节肢动物的亚致死影响已得到广泛审查，并且对授粉媒介（主要是蜜蜂）进行了扩展研究，这些昆虫被视为环境污染和农药副作用的生物指标 。然而，农药对节肢动物的间接影响要复杂得多，并且源自群落和生态系统的生态结构，取决于涉及资源竞争和捕食和寄生等营养关系的复杂相互作用。越来越多的研究致力于解决农药转移及其对节肢动物的亚致死影响这一复杂问题，但目前我们缺乏综合和概念框架来指导农药转移和节肢动物食物网中生物累积的未来研究。在这里，我们对旨在填补这一空白的文献进行了叙述性回顾。 使用Google Scholar检索了有关农药在节肢动物和陆地食物网中转移的相关文献，不受时间限制。我们的关键词涉及“农药”、“农药转移”、“节肢动物”、“捕食者”、“食物网”、“生物累积”、“生物放大”和“营养水平”等术语的组合。作者专门寻找测量两个或多个营养水平的农药浓度和亚致死效应的研究。大多数检索到的文献涉及农业农药，包括有机氯等传统农药或新烟碱类等较新的农药。大多数目前使用的农药在文献中代表性不足，并提供了未来的研究方向。根据检索到的文章，我们首先讨论昆虫和其他节肢动物中农药转移的动态。然后，审查涉及节肢动物和其他相关无脊椎动物的陆地食物网中的营养转移和生物累积/生物放大过程的证据。最后，讨论了农药在陆地食物网和复杂网络中的转移。
总之，这篇综述对越来越多的有关陆地食物网中农药转移、生物蓄积和生物放大的文献进行了回顾，其中节肢动物是主要消费者，农药进入食物网的切入点揭示了对这些过程的复杂性以及技术限制的重要见解 用于分析节肢动物中的残留物。图 1 展示了农药在陆地食物网中的转移，并总结了未来科学研究的确定方向。能够量化小型节肢动物、单个个体和不同身体部位的农药的分析方法的未来发展对于提高我们对农药在猎物和捕食者之间的转移和生物累积潜力的了解至关重要。
研究结果强调，亚致死剂量可能代表生物放大过程中的一个关键点，应该受到未来的关注。审查的文献还表明，农药可以强烈影响各种生活史特征（免疫系统、流动性和迁移、变态、捕食），从而深刻改变上层营养层的转移和生物累积。这具有重要意义，因为农业中用于减少农药使用的大多数生物防治方法都是基于掠食性节肢动物对害虫的捕食，而捕食性节肢动物本身又被小型哺乳动物和鸟类捕食。食物网中第一营养级的污染将是重要的第一步，可能导致上营养级的生物放大。因此，基于捕食者或拟寄生物害虫控制的生物防治方法应考虑生物累积和农药转移模式。涉及当前使用的农药的研究有限。用于作物保护的分子范围也在不断演变，从活性物质到使活性物质更具活性和节肢动物更易受影响的复合配方，但人们对它们对生物累积和生物放大模式的影响及其通过作用的影响知之甚少。将群落和食物网结构纳入生态毒理学研究也可以提供重要的见解。食物链的长度、节点数量、网络连通性或食物网的模块化，可能在食物网中农药的转移和生物放大中发挥重要作用，需要研究界的进一步关注。
原文链接:
https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.142036
