《Pesticide Biochemistry and Physiology》：An integrated review of glyphosate ecotoxicity and environmental fate in aquatic systems using species sensitivity distributions and meta-analysis
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本文系统综述了草甘膦在水生环境中的迁移、降解、生物累积及生态毒性，整合元分析和物种敏感性分布模型确定毒性阈值，揭示无脊椎动物和两栖类的敏感性高于水生植物和鱼类。指出商业制剂因表面活性剂更毒，环境因素如pH、温度显著影响其行为与毒性，并强调慢性暴露、混合污染及沉积-水界面迁移等知识缺口。
张腾云|范一丽|杨沁康|张瑞清|郭伟
中国内蒙古自治区呼和浩特市内蒙古大学生态与环境学院蒙古高原生态与资源利用教育部重点实验室，邮编010021
摘要
草甘膦在全球范围内的广泛使用导致了水生环境的严重污染，这引发了人们对非目标生物的担忧。本文系统地综合并量化了草甘膦在水生系统中的环境行为，包括其传输、降解、生物累积以及对不同物种的生态毒性效应。我们的分析特点在于结合了元分析和物种敏感性分布（SSD）建模，以定量确定毒性阈值并识别最敏感的生物类群。急性毒性数据的元分析显示，敏感性存在明显的浓度依赖性层次结构（水生植物 > 鱼类 > 无脊椎动物 > 两栖动物），这与草甘膦的植物靶向作用机制一致。基于SSD模型的慢性危害浓度（HC5）处于每升几毫克的范围内，表明无脊椎动物可能表现出与水生植物相当或更高的长期敏感性。主要毒性机制包括氧化应激、酶抑制和内分泌干扰，这些机制会导致不同生物类的神经、发育和生殖功能障碍。商业制剂中的草甘膦通常比纯草甘膦具有更高的毒性，这归因于其中的表面活性剂成分。此外，pH值、温度和水硬度等环境因素对草甘膦的毒性和环境行为具有重要调节作用。目前仍存在关键知识空白，特别是在低水平暴露的长期影响、草甘膦与其他复杂污染物的联合毒性以及其在沉积物-水界面的转化和迁移动态方面。解决这些不确定性对于完善生态风险评估框架和制定有效的管理策略以减轻草甘膦对水生生态系统的影响至关重要。
引言
草甘膦（N-（膦甲基）甘氨酸）是一种系统性、广谱的有机磷除草剂，由孟山都公司于1971年首次开发（Duke和Powles，2008年）。1974年至2014年间，美国共使用了约137万吨草甘膦，而中国仅在2014年就生产了55万吨（其中70%用于出口），占全球市场的60%以上（Benbrook，2016年）。商业制剂通常包含草甘膦盐（如异丙胺盐和钾盐）、表面活性剂及其他功能性添加剂（Klátyik等人，2025年）。由于其高效的除草效果、与转基因作物的兼容性以及相对较低的哺乳动物毒性，草甘膦已成为全球使用最广泛的除草剂之一（Clapp，2021年；Nandula，2010年）。然而，这种广泛的采用也导致了严重的环境污染。越来越多的证据表明，草甘膦及其主要代谢物氨基甲基膦酸（AMPA）在生态相关浓度下频繁被检测到（Ximei，2022年）。这些化合物在微生物生物膜和水生植物中具有显著的持久性和生物累积潜力，并且其毒性受pH值、温度和水硬度等环境因素的强烈影响。
仅约20%的施用草甘膦被植物吸收，其余部分通过喷雾漂移、地表径流、废水排放和地下渗漏流失（Liao等人，2020年）。因此，草甘膦残留物现在普遍存在于各大洲的地表水、地下水和沉积物中（Osten等人，2025年）。农药和纺织制造设施的工业排放以及市政废水也增加了水体的污染负荷（Borggaard和Gimsing，2008年；Cox和Surgan，2006年）。此外，最新研究表明，洗涤剂和工业清洁剂中使用的氨基多膦酸（如二乙烯三胺五（亚甲基膦酸）在污水处理厂的活性污泥中可以化学转化为草甘膦和AMPA（Engelbart等人，2025年）。这一途径解释了即使在草甘膦使用受限的地区也观察到的持续背景浓度。多项研究记录了草甘膦通过城市径流系统、农业排水网络和浅层地下水路径的传输（Blanchoud等人，2007年；Hanke等人，2010年；Petersen和Hansen，2011年）。这种复杂的多路径输入导致了高度变异的污染模式。在美国中西部、安大略省南部和阿根廷潘帕斯地区的集约化农业区，高浓度草甘膦通过季节性径流事件被输送到溪流和湿地（Zhang等人，2024年）。相比之下，欧洲和澳大利亚的城市流域表现出长期低水平污染，主要与家庭除草剂使用和雨水排放有关（Okada等人，2020年；Schwientek等人，2024年）。环境条件（包括降雨强度（Quaglia等人，2024年）、土壤质地（Mencaroni等人，2022年）、氧化还原状态（Alonso Vignola等人，2025年）、微生物活性（Souza等人，2025年）和水文连通性（Medalie等人，2020年）进一步调节了草甘膦在河流、湖泊、湿地和地下水系统中的命运，从而导致显著的空间和时间变异。这种明显的时空异质性使得风险评估变得复杂，凸显了需要综合性和全球视角的必要性。
在这种明显的时空异质性和环境暴露不确定性的背景下，草甘膦一直受到全球范围内的持续监管审查，反映了关于其环境风险和现有管理框架充分性的持续讨论。欧盟委员会和美国环境保护署（EPA）等监管机构定期重新评估该除草剂。2023年11月，尽管欧盟成员国之间存在分歧，欧盟委员会仍批准草甘膦继续使用10年。这一决定反映了关于草甘膦环境影响的持续讨论，特别是对其潜在致癌性和环境持久性的担忧，并凸显了在科学不确定性和社会关切下的监管决策复杂性（Casassus，2023年）。同样，EPA在2020年对草甘膦的风险评估更新确认了其非致癌性，但指出了其对水生生物（尤其是两栖动物和水生植物）的影响。这些监管进展突显了进行强有力的定量生态风险评估的紧迫性，这些评估需要将全球污染模式与物种敏感性相结合，特别是在草甘膦污染普遍存在的水生环境中。然而，尽管对草甘膦的存在、命运和毒性进行了大量研究，但将全球暴露模式与比较物种敏感性联系起来的定量综合研究仍不足。为了填补这一空白，本文提供了草甘膦在水生系统中的环境行为和生态毒性效应的全面分析。本文总结了草甘膦在水生系统中的全球分布和环境命运，并阐明了其对不同水生生物类的毒性效应及其潜在机制。独特的是，我们采用了物种敏感性分布（SSD）建模和元分析来定量比较不同生物类的毒性，确定保护阈值，并识别最脆弱的生物。最后，我们指出了关键的知识空白和未来的研究重点，以支持基于证据的监管和可持续管理。
部分摘录
水生环境中草甘膦污染现状
为了提高透明度并提供全球污染模式的视角，我们从Web of Science数据库中索引的同行评审文献中系统汇编了地表水、地下水、湿地和其他水生环境中的草甘膦浓度数据（表S1）。研究主要集中在北美、欧洲和南美，而亚洲和大洋洲的数据较为匮乏（图1）。全球范围内，报告的浓度范围非常广泛。
迁移
草甘膦及其主要代谢物AMPA已在天然水体、悬浮颗粒物、沉积物和生物组织中被检测到（Maqueda等人，2017年；Tsui和Chu，2008年），它们在水生环境中的传输和转化主要通过吸附、生物转化和分解实现（Carlisle和Trevors，1988年）。进入水-沉积物系统后3小时内，约16%的草甘膦通过其膦基团的复杂反应分配到沉积物中。草甘膦对水生生物的生态毒性效应
为了能够对不同水生生物类的敏感性进行定量比较，需要全面的草甘膦生态毒性数据。因此，我们从ECOTOXicology Knowledgebase（美国EPA）、加拿大关于水质标准的文件（CCME 2012）以及Web of Science中的同行评审文献中系统汇编了草甘膦及其盐类和商业制剂的相关数据（表S3–S8）。这些数据集包括急性和慢性毒性值。混合物的联合毒性
在农业应用中，草甘膦总是与其他添加剂或助剂混合使用。由于草甘膦的润湿性和扩散能力较差，单独使用时的除草效果不理想，而添加表面活性剂可以通过提高其润湿性来促进其渗透或直接通过气孔被植物吸收（Castro等人，2014年；Van Bruggen等人，2018年）。商业制剂中常用的添加剂包括...环境因素对草甘膦毒性的影响
草甘膦的毒性和环境行为受到多种非生物因素的强烈调节，包括水硬度（Wang等人，2021年）、pH值（De Gerónimo和Aparicio，2022年）、温度（Moller等人，2024年）、离子强度（Pereira等人，2020年）和有机物（Geysels等人，2025年）（表3）。这些因素可能影响草甘膦的形态、吸附、降解途径和生物可利用性，从而调节其对水生生物的最终毒性效应。总结与展望
近年来，耐草甘膦转基因作物的广泛种植导致了基于草甘膦的除草剂的大规模应用。因此，草甘膦及其主要降解产物AMPA在土壤和水生环境中持续存在，对人类和野生动物构成潜在风险。本文综合了目前关于草甘膦在水生生态系统中的吸附、传输、富集和降解的知识，发现...作者贡献声明
张腾云：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法学、数据分析。范一丽：初稿撰写、数据管理。杨沁康：审稿与编辑、初稿撰写、监督、资源协调、项目管理、资金获取、概念构思。郭伟：审稿与编辑。利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。致谢
作者感谢所有负责编辑和审稿人的宝贵意见。本研究得到了内蒙古自治区自然科学基金（2023MS04009）、国家自然科学基金（42567036、41977270、41807343）、内蒙古自治区科技计划（2025YFDZ005）以及内蒙古自治区高校创新研究团队计划（NMGIRT2321）的支持。
