三嗪类除草剂抑制东海浮游植物的光合作用：基于物种的评估

《Marine Environmental Research》：Triazine herbicides inhibit phytoplankton photosynthesis in the East China Sea: A species-specific assessment

三嗪类 herbicides 对东海浮游植物光合作用抑制效应及生态风险研究，通过野外调查与实验室检测（Skeletonema costatum、Karenia mikimotoi），发现 Irgarol 1051 在 0.4 μg/L 浓度下致 PSII 抑制率最高达 64%，显著高于 Atrazine 和 Simazine。研究揭示三嗪类污染物可能改变浮游植物群落结构，破坏海洋碳氮循环，提出加强农药管理和环境监测的必要性。

　　随着人类活动的加剧，沿海海洋生态系统正面临越来越多的化学污染威胁。其中，三嗪类除草剂因其在农业和航运中的广泛应用，已成为影响初级生产者和生态系统功能的重要污染物。这些化合物能够显著抑制浮游植物的光合作用，进而对整个海洋生态系统的碳循环、营养循环以及生物生产力产生深远影响。三嗪类除草剂主要包括伊格罗尔1051、莠去津和西马津等，它们在不同海洋生物中的毒性表现和生态影响各不相同，这使得对它们的综合研究显得尤为重要。

在沿海地区，三嗪类除草剂的污染源主要包括农田径流、河流排放以及船舶活动。特别是在中国，由于高强度的作物种植，这些除草剂被广泛使用，并通过雨水和地表径流进入河流和沿海水域。东中国海作为中国重要的沿海海域，其生态系统结构和功能受到这些化合物的显著影响。伊格罗尔1051原本是一种农业用除草剂，但如今更多地用于海洋防污涂料，其在沿海水域的分布范围较广，对浮游植物的光合作用具有较强的抑制作用。相比之下，莠去津和西马津在沿海水域的浓度相对较低，但同样对浮游植物的生理活动造成影响。

研究发现，三嗪类除草剂通过与光系统II（PSII）中的D1蛋白结合，阻断电子传递过程，从而降低光化学量子产率。这一过程直接影响了浮游植物的光合作用效率，可能进一步影响碳固定、生长速率以及浮游植物群落的组成。由于不同浮游植物种类在PSII修复机制和解毒途径上的差异，它们对三嗪类除草剂的敏感性也各不相同。例如，某些浮游植物种类可能通过替换受损的D1蛋白或利用谷胱甘肽S-转移酶等酶进行降解，从而表现出更强的耐受性。而另一些种类则可能对这些化合物极为敏感，导致光合作用受到严重抑制。

为了更全面地了解三嗪类除草剂对沿海浮游植物群落的影响，本研究结合了东中国海的现场调查和实验室实验。现场调查覆盖了沿海、近海以及长江冲淡水区域，选取了20个采样点，以确保数据的代表性。在每个采样点，通过Niskin瓶采集了10升的海水，并过滤掉大型浮游动物，以减少干扰。实验室实验则使用了两种代表性浮游植物种类——Skeletonema costatum和Karenia mikimotoi，以评估它们在三嗪类除草剂暴露下的光合作用变化。

研究结果表明，三嗪类除草剂对浮游植物光合作用的影响具有显著的物种特异性。在实验中，Skeletonema costatum表现出对莠去津和西马津较强的耐受性，但在伊格罗尔1051暴露下则表现出较高的敏感性，最高可达到40%的PSII抑制。相比之下，Karenia mikimotoi对所有三种三嗪类除草剂均表现出较高的敏感性，其中伊格罗尔1051的抑制效果最为明显，最高可达到64%的光化学量子产率降低。这些结果表明，三嗪类除草剂在不同浮游植物种类中的毒性表现存在明显差异，这可能进一步影响浮游植物群落的结构和功能。

此外，研究还发现，三嗪类除草剂在不同环境条件下的毒性表现也有所不同。例如，海洋酸化、温度升高和紫外线辐射等自然因素可能与三嗪类除草剂共同作用，改变浮游植物的生理状态和生态功能。在某些情况下，温度升高可能加剧除草剂的毒性，例如在模拟环境中，西马津对Scenedesmus属浮游植物的抑制作用可能随着紫外线辐射的增加而增强。然而，不同种类的浮游植物对这些复合因素的反应并不一致，例如Oscillatoria limnetica在较高温度下表现出对莠去津更强的耐受性，这说明浮游植物对三嗪类除草剂的响应具有高度的物种特异性。

这些发现对于理解三嗪类除草剂对沿海海洋生态系统的影响具有重要意义。首先，三嗪类除草剂的广泛应用可能导致浮游植物群落结构的改变，从而影响整个生态系统的生产力和稳定性。其次，由于浮游植物在海洋碳循环和营养循环中扮演着关键角色，它们的光合作用受到抑制可能对全球碳平衡产生深远影响。此外，三嗪类除草剂的高持久性和生物累积潜力可能对更高营养级的生物造成威胁，进而影响整个海洋食物链的健康。

为了应对这些挑战，需要加强对三嗪类除草剂的环境监测和管理。特别是在沿海地区，由于其生态系统的重要性，更应重视对这些化合物的污染控制。同时，研究还应进一步探索三嗪类除草剂在不同环境条件下的毒性表现，以及其对不同浮游植物种类的影响机制。这不仅有助于评估三嗪类除草剂对海洋生态系统的潜在风险，也为制定有效的污染防控措施提供了科学依据。

本研究还采用了脉冲振幅调制（PAM）荧光法，这是一种能够精确评估光系统II活性的敏感方法。通过这种方法，研究者能够更准确地测量浮游植物在三嗪类除草剂暴露下的光化学效率变化。PAM荧光法的应用不仅提高了研究的精度，也为理解三嗪类除草剂对浮游植物的影响提供了新的视角。此外，现场调查和实验室实验的结合使得研究能够更全面地反映三嗪类除草剂在实际环境中的影响，为生态风险评估提供了可靠的数据支持。

综上所述，三嗪类除草剂对沿海海洋生态系统的影响是复杂且多方面的。它们不仅直接抑制浮游植物的光合作用，还可能通过改变浮游植物群落结构，影响整个生态系统的功能和稳定性。因此，加强对三嗪类除草剂的环境监测和管理，以及深入研究其对不同浮游植物种类的影响机制，对于保护沿海海洋生态系统具有重要意义。这些研究结果也为全球范围内的海洋生态保护提供了重要的科学参考。