英国河流无脊椎动物种群面临的化学污染物压力评估：金属与农药的风险主导格局

　　本综述系统评估了多类化学污染物（农药、金属、石油化学品、持久性有机污染物、药品及个人护理品等）对英国河流无脊椎动物种群的潜在影响。通过比对环境浓度与实验室最低效应浓度（EC），结合风险商（RQ）分析，明确指出金属和农药是当前最值得关注的污染物，尤其铜、锌及多种杀虫剂的环境浓度屡次超过急性致死阈值（LC50），而药品及持久性污染物总体风险较低。研究为水质管理与生态保护提供了关键科学依据。

　　

I. 引言

全球淡水生物多样性正经历严重衰退，自1970年以来种群数量减少超过80%，远高于陆地及海洋生态系统。河流无脊椎动物作为淡水生态系统的关键组成部分，受到土地利用变化、入侵物种、酸化、化学品污染及气候变化的多重威胁。尽管近年来英国部分河流无脊椎动物群落出现改善迹象，但软体动物等类群持续衰退，提示化学污染的压力仍在持续。然而，除部分废水化学品外，化学污染物对淡水无脊椎动物种群的长期影响并未得到充分关注。本研究通过综合分析实验室毒性数据与环境监测数据，评估了不同化学类别对英国河流无脊椎动物的潜在影响。

II. 化学污染物浓度与实验室效应浓度的比较

研究采用了三方面的方法进行评估：(i) 判断环境浓度是否超过基于实验室测试的最低效应浓度（ECs）；(ii) 依据已发表文献评估化学类别与无脊椎动物群落变化之间的关联；(iii) 基于环境暴露数据与实验室致死浓度（LC₅₀）计算潜在毒性风险。重点数据来自ECOTOX数据库，并辅以Web of Science和Google Scholar的文献检索，以补充药品、持久性有机污染物（POPs）和兽药化学品的数据缺口。

(1) 农药

在英国河流中，2007至2017年间共检测到109种农药，其浓度范围从5×10^?6至5200 μg/L。尽管只有少数农药（如三丁基锡、林丹和毒死蜱）在 spill 事件中达到极高浓度，但25%的农药环境浓度超过了最低ECs，其中包括11种杀虫剂、1种杀菌剂和1种杀软体动物剂。值得注意的是，只有毒死蜱、氯氰菊酯、溴氰菊酯和吡虫啉 among 英国2000–2020年间最常用农药之列，但使用数据并不能可靠预测生态影响，因为使用频率较低的农药仍可能构成显著风险。在环境浓度超过无脊椎动物ECs的农药中，二嗪农、杀螟硫磷和马拉硫磷持续呈现高浓度， likely 对英国河流无脊椎动物种群构成威胁。

(2) 金属

英国约有2276公里河流受到废弃煤矿的影响，另外2858公里受其他废弃矿类型影响。金属在河流中的溶解浓度范围从0到4,380,000 μg/L，但多数金属浓度低于100 μg/L。超过一半的金属（57%）的环境浓度超过了淡水无脊椎动物的最低ECs，其中银、钡、镉、铬、铜、铅和锌的 field 浓度多次超过致死ECs（LC₅₀），表明确实存在长期危害。铜和锌的 risk quotient (RQ) 在多数年份中最高，代表了最大威胁。

(3) 石油化学品

石油化学品是高度复杂的混合物，包括多环芳烃（PAHs）、苯系物（BTEX）、呋喃、烯烃、烷烃等。它们在英国河流中的浓度范围从0.15到2750 μg/L，但多数低于50 μg/L。十种石油化学品中有四种的环境浓度远超无脊椎动物的ECs，具有高 likelihood 造成负面影响。例如，二甲苯（m & p）的浓度曾高达2750 μg/L。然而，关于石油化学品泄漏对无脊椎动物影响的实地研究十分有限，一例柴油泄漏事件导致无脊椎动物数量减少90%，但多数种群在13.5个月后恢复。

(4) 人类药品和个人护理产品（PPCPs）

PPCPs通过废水处理厂 effluent、农业径流、垃圾渗滤液和 storm overflow 进入水体。在英国地表水中，14种 monitored 药品/metabolites 中的10种超过了生态安全限值。尽管某些药品（如扑热息痛、氟西汀和双氯芬酸）的环境浓度超过了最低ECs，但大多数药品的实验室ECs远高于环境浓度（33种化学品中有33种的ECs >1000 μg/L）。个人护理品的数据较少，但三氯生和氯酚的环境浓度超过了无脊椎动物的ECs。总体而言，人类PPCPs对英国河流无脊椎动物的风险较低。

(5) 兽药

兽药包括抗生素、体外寄生虫杀虫剂和内杀虫剂， likely 对淡水无脊椎动物构成威胁。英国河流中兽药的测量浓度在0.001至11,738 μg/L之间，但多数低于5 μg/L。大多数环境浓度比实验室最低ECs低一个数量级，表明当前风险较低。然而，由于EC数据不足，兽药对无脊椎动物种群的影响可能被低估。

(6) 持久性有机污染物（POPs）

POPs包括多氯联苯（PCBs）、多溴二苯醚（PBDEs）、全氟和多氟烷基物质（PFAS）、二噁英（PCDDs）、呋喃（PCDFs）等，广泛存在于英国河流中，尤其是短链分子。尽管POPs具有高毒性和持久性，但其河流表面水浓度比实验室最低ECs低几个数量级，表明环境风险较低。然而，POPs在沉积物中的积累可能对底栖生物构成威胁。

(7) 化学品混合物

河流无脊椎动物暴露于数千种化学品的复杂混合物中。实验室研究表明，暴露于合成化学混合物可能产生 additive、synergistic 或 antagonistic 效应。例如，毒死蜱与吡虫啉组合对大型蚤（Daphnia magna）的 immobilisation 有 antagonistic 效应，而与镍组合则有 synergistic 效应。混合物的相对比例（浓度）会影响最终结果，因此不同地点的效应可能因化学品组成和比例而异。

III. 不同化学品及类别的相对毒性风险分析

通过计算风险商（RQ）评估了2000至2023年间英国河流中化学品的相对风险。金属的 mean RQs 在多数年份中最高（ consistently 超过0.009），显著高于农药和石油化学品，表明金属对无脊椎动物的风险最大。农药在2006、2012、2019、2020和2022年的 mean RQs 最高，且个别农药（如甲氧滴滴涕）的RQ在2023年达到3.48，表明其 also 构成显著威胁。石油化学品的风险相对较低。

对平均RQ最高的前20种化学品进行分析，包括14种农药、3种金属和3种石油化学品。乙酸（除草剂）的平均RQ最高，但其主要来源可能不是农业使用。其他高风险农药均为杀虫剂，包括氯氰菊酯、溴氰菊酯、lambda-氯氟氰菊酯、联苯菊酯和甲硫威等。金属中的铅、铜和锌 also 位列前20，其中铜和锌的年均RQ最高。石油化学品中的荧蒽、甲醇和菲 also 呈现较高风险。

IV. 结论

(1) 金属和农药，其次是石油化学品，对英国河流无脊椎动物构成风险。

(2) 兽药、药品和个人护理产品（PPCPs）以及持久性有机污染物（POPs）总体风险较低，但个别兽药（如氟虫腈和吡虫啉）例外。

(3) 许多动物护理 treatments 的数据缺乏，需进一步调查，因为它们 likely 对某些淡水无脊椎动物类群具有毒性。

本研究为英国河流无脊椎动物的化学压力提供了全面评估，突出了金属和农药的主导风险，并为未来监测和管理策略指明了方向。