不同形態(tài)銻對(duì)土壤白符跳（Folsomia candida）的毒性差異

林祥龍，孫在金，馬瑾，趙龍，秦曉鵬，趙淑婷，楊僑，侯紅*

（1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，昆明 650100；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083）

不同形態(tài)銻對(duì)土壤白符跳（Folsomia candida）的毒性差異

林祥龍1，孫在金1，馬瑾1，趙龍1，秦曉鵬1，趙淑婷2，楊僑3，侯紅1*

（1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，昆明 650100；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083）

為探討銻（Sb）形態(tài)對(duì)Sb毒性的影響，積累和完善Sb的基礎(chǔ)毒性數(shù)據(jù)，為Sb的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供更全面的依據(jù)，通過濾紙接觸試驗(yàn)、土壤和食物暴露試驗(yàn)，評(píng)價(jià)并對(duì)比了兩種形態(tài)的銻（SbIII和SbV）對(duì)模式生物白符跳（Folsomia candida）的急性、慢性毒性效應(yīng)及差異。濾紙?jiān)囼?yàn)中跳蟲在不同濃度SbV水溶液浸透的濾紙上暴露3 d和7 d后均無死亡現(xiàn)象，SbIII對(duì)跳蟲的半數(shù)致死濃度（LC50）分別為325 mg·L-1（3 d）和244 mg·L-1（7 d）；土壤暴露試驗(yàn)中SbIII和SbV對(duì)跳蟲逃避行為的半數(shù)效應(yīng)濃度（EC50）分別為132、344 mg·kg-1，SbIII對(duì)跳蟲的7 d-LC50為2105 mg·kg-1（SbV的LC50大于設(shè)置的最高濃度），SbIII對(duì)跳蟲的28 d-LC50為703 mg·kg-1（SbV的LC50大于設(shè)置的最高濃度），SbIII和SbV對(duì)跳蟲繁殖的28 d-EC50分別為307、8501 mg·kg-1；食物暴露試驗(yàn)中SbIII和SbV處理下跳蟲成蟲均無明顯死亡，對(duì)跳蟲繁殖的28 d-EC50分別為433、8798 mg·kg-1。試驗(yàn)結(jié)果表明，在設(shè)置的濃度范圍內(nèi)SbV不會(huì)直接造成跳蟲明顯死亡，但會(huì)對(duì)跳蟲的生理行為和繁殖產(chǎn)生一定毒性影響，而SbIII對(duì)跳蟲存活和繁殖均有較大毒性。因此在評(píng)估Sb的毒性效應(yīng)時(shí)既要考慮總量也需考慮形態(tài)。

銻形態(tài)；毒性差異；白符跳；暴露途徑

銻（Sb）是與As同主族的一種類金屬元素，存在于一百多種礦物中[1]。由于含Sb產(chǎn)品（阻燃劑、剎車片、子彈殼等）在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用和礦山開采、金屬冶煉、廢物焚燒等人類活動(dòng)的排放，土壤Sb污染問題已越來越嚴(yán)重[2-3]，特別是在中國(guó)南方一些地區(qū)。佘瑋等[4]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，湖南冷水江Sb礦區(qū)9個(gè)土壤采樣點(diǎn)的Sb含量超過全國(guó)土壤背景值（平均含量為1.34 mg·kg-1）的40～11 503倍。Sb是生物非必需元素，環(huán)境中高含量的Sb會(huì)對(duì)生物產(chǎn)生毒性和致癌性[5]。作為一種全球性污染物，歐盟（EU）和美國(guó)環(huán)保署（USEPA）將Sb及其化合物列為優(yōu)先控制的污染物[6]，世界衛(wèi)生組織（WHO）建議的土壤Sb最高允許濃度為35 mg· kg-1[7]。與As、Cr等元素一樣，Sb及其化合物的環(huán)境化學(xué)行為、毒性大小取決于Sb的氧化形態(tài)及其結(jié)合體[8]。研究表明有機(jī)Sb的毒性一般較無機(jī)Sb毒性小，不同價(jià)態(tài)的無機(jī)Sb的毒性大小順序?yàn)镾b（單質(zhì)）>SbI－II>SbV，SbIII的毒性大約是SbV的10倍[9-10]。因此在評(píng)估Sb的毒性效應(yīng)時(shí)既要考慮總量也需考慮其形態(tài)。隨著人們對(duì)Sb毒性及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)越來越關(guān)注，國(guó)內(nèi)外已開展了較多有關(guān)不同形態(tài)Sb對(duì)植物[5，11-13]、微生物[14-15]毒性的研究，而針對(duì)不同形態(tài)Sb對(duì)土壤跳蟲毒性效應(yīng)的研究較少。

跳蟲是廣泛分布于土壤中的無脊椎動(dòng)物，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中扮演重要角色[16]，其中白符跳（Folsomia candida）由于具有生長(zhǎng)周期短、繁殖快、操作簡(jiǎn)便、評(píng)價(jià)指標(biāo)多（死亡率、繁殖率和生長(zhǎng)率等）等優(yōu)勢(shì)，在生態(tài)毒理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用最為廣泛且技術(shù)最為成熟，被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）規(guī)定為評(píng)價(jià)化學(xué)品生態(tài)毒性的模式生物[16]。國(guó)內(nèi)開展土壤跳蟲生態(tài)毒性的研究較晚，主要集中在Cu、Hg等重金屬以及農(nóng)藥、阻燃劑等有機(jī)物方面[17-21]。目前一般利用濾紙接觸法、土壤和食物暴露法進(jìn)行跳蟲毒理實(shí)驗(yàn)，其中濾紙接觸法雖然反映的只是簡(jiǎn)化的土壤溶液中化學(xué)品對(duì)跳蟲的急性毒性，并不能完全反映真實(shí)的土壤環(huán)境對(duì)其毒性的影響，但該方法簡(jiǎn)單快捷，可用于跳蟲潛在毒性的早期評(píng)估[19]；食物暴露實(shí)驗(yàn)可以消除土壤性質(zhì)等復(fù)雜因素對(duì)化學(xué)品毒性的影響，盡可能針對(duì)化學(xué)品本身毒性[21]。

本研究以跳蟲為受試生物，參照ISO標(biāo)準(zhǔn)方法指南[22-23]和其他文獻(xiàn)[19-21]，開展濾紙接觸試驗(yàn)、土壤和食物暴露試驗(yàn)，研究?jī)煞N形態(tài)的銻（SbIII和SbV）對(duì)跳蟲的急性、慢性毒性效應(yīng)及差異，以積累和完善Sb的基礎(chǔ)毒性數(shù)據(jù)，為Sb的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供更全面的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

主要試劑：酒石酸銻鉀（C8H4K2O12Sb2·3H2O，SbIII）和焦銻酸鉀[KSb（OH）6，SbV]，來自天津精科精細(xì)化工研究所，固體顆粒，純度均大于95%。

供試土壤：試驗(yàn)所用的未被Sb污染的潮土采自中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院表層土（0～20 cm）。使用前在室內(nèi)自然條件下風(fēng)干，剔除植物根系及石塊后過2 mm篩，測(cè)定土壤理化性質(zhì)（表1）。具體測(cè)定方法為：pH采用電極法；有機(jī)質(zhì)（OM）采用重鉻酸鉀氧化法[24]；陽(yáng)離子交換量（CEC）采用非緩沖硫脲銀法[25]；土壤質(zhì)地采用激光粒度儀；土壤鐵錳鋁和Sb總量采用濕式消解法（HF-HClO4-HNO3）前處理，然后分別用ICPOES和ICP-MS測(cè)定[26]。

供試跳蟲：孤雌生殖的跳蟲（Folsomia candida）由中國(guó)科學(xué)院南京土壤所提供，參照ISO 11267的方法，飼養(yǎng)在培養(yǎng)皿（90 mm×13 mm）中，培養(yǎng)皿底部鋪有約0.5 cm厚的培養(yǎng)基（活性炭與熟石膏質(zhì)量比為1∶9，加去離子水?dāng)嚢杈鶆?，待其凝固成形后放? d待用）。采用干酵母作為跳蟲的食物，使用人工氣候箱控制飼養(yǎng)條件，其中溫度為（20±1）℃，光照與黑暗比為16 h∶8 h（光照強(qiáng)度為400～800 lx），空氣濕度為75%。每3 d打開蓋子補(bǔ)足空氣，必要時(shí)為每個(gè)培養(yǎng)基適當(dāng)補(bǔ)充相同量的去離子水和食物，及時(shí)清除培養(yǎng)基表面發(fā)霉的食物殘?jiān)退劳龅奶x尸體，保持培養(yǎng)基表面清潔濕潤(rùn)，每?jī)蓚€(gè)月更換一次培養(yǎng)基。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 The basic physical and chemical properties of test soil

為降低跳蟲蟲齡和個(gè)體大小差異對(duì)試驗(yàn)的影響，試驗(yàn)前需進(jìn)行跳蟲同齡化培養(yǎng)。將培養(yǎng)皿中150～200只成蟲移入新制培養(yǎng)皿，加入少量干酵母（約5 mg），在人工氣候箱中培養(yǎng)（培養(yǎng)條件與前面所述飼養(yǎng)條件相同），待跳蟲在培養(yǎng)基表面產(chǎn)卵并孵化出幼蟲后，移走成蟲，3 d后將幼蟲轉(zhuǎn)移到新培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，繼續(xù)培養(yǎng)7～9 d后可用于正式試驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 外源Sb的添加與測(cè)定

濾紙?jiān)囼?yàn)所用Sb水溶液配制方法：分別稱取一定量的酒石酸銻鉀和焦銻酸鉀固體顆粒溶于20 mL去離子水中，參考Krogh等[27]的方法，配成SbIII和SbV的水溶液，濃度均為0、80、160、320、640 mg·L-1。

土壤中外源SbIII以酒石酸銻鉀水溶液的方式進(jìn)行添加。由于焦銻酸鉀溶解度較低，參照ISO 11267指南，對(duì)既不溶于水也不溶于有機(jī)溶劑的化學(xué)品，將其粉末直接拌入石英砂中，添加去離子水后與土壤充分?jǐn)嚢杈鶆?。土壤Sb濃度設(shè)置如表2所示。于溫室中對(duì)添加Sb的土壤進(jìn)行1周的老化，在此期間通過添加去離子水保持土壤水分為最大可持水量的50%～ 55%。老化結(jié)束后風(fēng)干過2 mm篩，稱取2 g土壤樣品置于50 mL塑料離心管中，加入20 mL去離子水，在25℃、60 r·min-1振蕩2 h后，于4000 r·min-1離心10 min，上清液經(jīng)0.45 μm的醋酸纖維濾膜過濾，用ICP-MS測(cè)定濾液中Sb濃度[28]。

食物中外源SbIII添加方法：稱取一定量的酒石酸銻鉀溶于20 mL去離子水中，配成不同濃度的溶液，然后與一定量的干酵母混合均勻，配成含SbIII的酵母溶液。SbV添加方法：將焦銻酸鉀直接拌入石英砂中，加20 mL去離子水后與酵母充分?jǐn)嚢杈鶆颉Ｉ鲜鋈径镜慕湍钢糜?20℃冰箱內(nèi)保存待用。食物中Sb濃度與土壤慢性試驗(yàn)中Sb濃度相同。

1.2.2 濾紙接觸試驗(yàn)

在培養(yǎng)皿中鋪墊中性定性濾紙，用移液槍吸取不同濃度的Sb水溶液使其剛好浸透濾紙，每隔24 h加入微量去離子水維持濾紙濕度。各培養(yǎng)皿中放入10只同步化的跳蟲，每個(gè)濃度3個(gè)重復(fù)，放入人工氣候箱培養(yǎng)，分別于3 d和7 d后記錄跳蟲死亡數(shù)。

1.2.3 食物暴露試驗(yàn)

用移液槍移取150 μL含SbIII或SbV的酵母溶液加到培養(yǎng)皿中的小蓋玻片上，放入10只10～12 d蟲齡的跳蟲，每濃度設(shè)4個(gè)重復(fù)，蓋上蓋子后放入人工氣候箱中培養(yǎng)28 d，培養(yǎng)條件同跳蟲飼養(yǎng)條件。每周開蓋通氣3次，并補(bǔ)充少量去離子水。培養(yǎng)結(jié)束后，用水浮法（活的跳蟲會(huì)浮在水面上）對(duì)成蟲和繁殖的幼蟲進(jìn)行計(jì)數(shù)。

1.2.4 土壤暴露試驗(yàn)

急性逃避試驗(yàn)：用塑料隔板將圓柱形玻璃杯（直徑6 cm，高11 cm）分隔為兩部分，分別加入30 g老化后濕潤(rùn)的SbIII或SbV污染的土壤和清潔對(duì)照土壤后，將隔板取出，在玻璃杯的中心位置加入20只10～12 d蟲齡的跳蟲，每濃度設(shè)4個(gè)重復(fù)，蓋上玻璃杯蓋子，在人工氣候箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)條件同跳蟲飼養(yǎng)條件。培養(yǎng)48 h后取出玻璃杯，加入隔板，將兩部分土壤分別取出，用水浮法對(duì)兩種土樣中的跳蟲進(jìn)行計(jì)數(shù)。逃避率計(jì)算公式如下[29]：

x=nc/N×100%

式中：x為逃避率；nc為對(duì)照土壤中跳蟲數(shù)量；N為加入土壤中的跳蟲總數(shù)。

急性存活試驗(yàn)：稱取30 g老化1周且含水量為最大可持水量50%～55%的SbIII或SbV污染的土樣于有機(jī)玻璃杯，加入10只10～12 d蟲齡的跳蟲，每濃度設(shè)4個(gè)重復(fù)，加蓋后放在人工氣候箱中培養(yǎng)7 d，培養(yǎng)過程中不添加酵母，其他培養(yǎng)條件同跳蟲飼養(yǎng)條件。培養(yǎng)結(jié)束后，用水浮法對(duì)存活的跳蟲進(jìn)行計(jì)數(shù)。

慢性毒性試驗(yàn)：稱取30 g老化1周且含水量為最大可持水量50%～55%的SbIII或SbV污染土樣于有機(jī)玻璃杯，加入10只10～12 d蟲齡的跳蟲，實(shí)驗(yàn)組處理設(shè)4個(gè)重復(fù)，對(duì)照組為6個(gè)重復(fù)，加入5 mg干酵母，蓋上蓋子后放在人工氣候箱中培養(yǎng)28 d，培養(yǎng)條件同跳蟲飼養(yǎng)條件。一周開蓋通氣3次，并補(bǔ)充少量去離子水和干酵母，培養(yǎng)結(jié)束后，用水浮法對(duì)存活的成蟲和繁殖的幼蟲進(jìn)行計(jì)數(shù)。

表2 土壤暴露試驗(yàn)中Sb濃度的設(shè)置（mg·kg-1）Table 2 The concentrations of antimony in tested soil（mg·kg-1）

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel、SPSS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯著性差異分析，采用Origin軟件繪圖。用Logistic非線性回歸方程擬合土壤中Sb濃度和Sb對(duì)跳蟲的毒性效應(yīng)并計(jì)算毒性閾值：

Y=c×exp（lg0.5）×（lgC/xb）

式中：Y為試驗(yàn)組中跳蟲存活、繁殖和逃避反應(yīng)；c為對(duì)照組中跳蟲反應(yīng)；lgC為濃度的對(duì)數(shù)值；x為半數(shù)致死濃度（LC50）或半數(shù)效應(yīng)濃度（EC50）；b為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水溶液中兩種形態(tài)Sb對(duì)跳蟲的毒性差異

如圖1所示，跳蟲在不同濃度SbV水溶液浸透的濾紙上暴露3 d和7 d后均無死亡現(xiàn)象，但在SbIII水溶液浸透的濾紙上，隨著暴露時(shí)間和暴露濃度的增加，跳蟲存活數(shù)量明顯減少，暴露時(shí)間、暴露濃度與跳蟲死亡率顯著相關(guān)（P＜0.05）。求得水溶液中SbIII影響跳蟲存活的3 d和7 d的LC50分別為325 mg·L－1（258～393 mg·L－1）和244 mg·L－1（192～296 mg·L－1），括號(hào)中數(shù)值范圍表示95%置信區(qū)間，下同。

圖1 跳蟲在SbIII和SbV水溶液浸透的濾紙上分別暴露3 d和7 d后的存活數(shù)Figure 1 Survival numbers of F.candida exposed to filter paper saturated by Sb solutions for 3 d and 7 d

2.2 土壤中兩種形態(tài)Sb對(duì)跳蟲的急性毒性差異

如圖2所示，逃避試驗(yàn)過程中跳蟲在不同濃度Sb處理的土壤中沒有死亡和失蹤的個(gè)體，符合ISO規(guī)定的要求（即跳蟲死亡或失蹤率小于10%）。總體而言，在所設(shè)置的濃度范圍內(nèi)，隨著SbIII和SbV濃度的增加，跳蟲的逃避率均逐漸提高，在最大濃度400 mg·kg－1時(shí)，跳蟲對(duì)SbIII和SbV的最高逃避率分別達(dá)到93%和78%。但與對(duì)照組相比，SbIII濃度為50 mg· kg－1時(shí)跳蟲逃避率便顯著提高，而SbV濃度達(dá)到200 mg·kg－1后對(duì)逃避率才有明顯影響（P＜0.05）。Sb濃度相同時(shí)，跳蟲始終對(duì)SbIII表現(xiàn)出更顯著的逃避行為（P＜0.05）。計(jì)算SbIII和SbV影響跳蟲逃避行為的EC50分別為132 mg·kg－1（91～174 mg·kg－1）和344 mg·kg－1（292～396 mg·kg－1），對(duì)比EC50值可以發(fā)現(xiàn)跳蟲對(duì)SbIII的敏感性更大。

圖2 跳蟲在添加Sb的土壤中暴露48 h后的逃避行為Figure 2 The avoidance behavior of F.candida exposed to Sb－spiked soils for 48 h

7 d的急性存活實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)照組土壤中跳蟲死亡率小于20%，保證了實(shí)驗(yàn)的有效性。如圖3所示，跳蟲存活數(shù)量隨著SbIII濃度提高而減少，表現(xiàn)出明顯的劑量－效應(yīng)關(guān)系。與對(duì)照組相比，濃度達(dá)到1600 mg·kg－1后跳蟲存活率開始顯著降低（P＜0.05），在最高濃度4800 mg·kg－1時(shí)死亡率達(dá)到100%。而隨著土壤中SbV的濃度不斷增加，跳蟲存活數(shù)與對(duì)照土中相比均沒有明顯差異，即使最高濃度達(dá)到19 200 mg· kg－1，依然對(duì)跳蟲存活無顯著性影響。經(jīng)計(jì)算，急性試驗(yàn)中SbIII對(duì)跳蟲的LC50為2105 mg·kg－1（1792～2418 mg·kg－1），SbV對(duì)跳蟲的LC50大于19 200 mg·kg－1，即在所設(shè)置的濃度范圍內(nèi)，SbV對(duì)跳蟲沒有急性毒性。

2.3 土壤中兩種形態(tài)Sb對(duì)跳蟲的慢性毒性差異

圖3 跳蟲在添加Sb的土壤中暴露7 d后的存活數(shù)Figure 3 Survival numbers of F.candida exposed to Sb-spiked soils for 7 d

28 d的暴露結(jié)束后對(duì)照組土壤中成蟲存活率高于80%，幼蟲數(shù)量均高于100只，符合ISO關(guān)于試驗(yàn)有效性的標(biāo)準(zhǔn)[23]。如圖4所示，成蟲數(shù)量沒有隨SbV濃度的增加而明顯減少，僅在最高濃度9600 mg·kg-1時(shí)有部分成蟲死亡。雖然隨著SbV濃度的增加跳蟲的繁殖受到一定抑制，但SbV濃度達(dá)到4800 mg·kg-1后才與對(duì)照組有顯著性差異（P＜0.05），在最高濃度9600 mg·kg-1時(shí)，幼蟲數(shù)量?jī)H為對(duì)照組的43%。

跳蟲成蟲和幼蟲數(shù)量與土壤SbIII濃度間均表現(xiàn)出明顯的劑量-效應(yīng)關(guān)系，并且繁殖的幼蟲數(shù)隨著成蟲存活數(shù)的減少而降低。SbIII濃度達(dá)到400 mg·kg-1時(shí)，成蟲存活數(shù)量與對(duì)照組相比開始出現(xiàn)顯著差異（P＜0.05），在最高濃度1600 mg·kg-1時(shí)跳蟲存活率僅為10%。跳蟲的繁殖在SbIII濃度達(dá)到200 mg·kg-1時(shí)便受到明顯抑制，SbIII濃度為800 mg·kg-1時(shí)跳蟲繁殖受到嚴(yán)重抑制，幼蟲數(shù)量?jī)H為對(duì)照組的5%，最高濃度條件下，已沒有跳蟲被繁殖出來。

經(jīng)計(jì)算，土壤慢性試驗(yàn)中SbIII對(duì)跳蟲死亡的LC50為703 mg·kg-1（612～795 mg·kg-1），SbV對(duì)跳蟲死亡的LC50大于9600 mg·kg-1，對(duì)跳蟲繁殖的EC50分別為307 mg·kg-1（265～349 mg·kg-1）和8501 mg·kg-1（7985～ 9017 mg·kg-1）?？芍c跳蟲的死亡相比，其繁殖更容易受Sb的毒性影響，土壤SbIII對(duì)跳蟲繁殖的毒性約是SbV的27倍。

2.4 食物中兩種形態(tài)Sb對(duì)跳蟲的慢性毒性差異

如圖5所示，不同濃度SbIII和SbV處理下跳蟲均無明顯死亡，成活率達(dá)到90%以上，但實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)隨著食物中Sb濃度增加，成蟲體長(zhǎng)變短，而且產(chǎn)卵和卵孵化的時(shí)間出現(xiàn)延遲，在SbIII處理?xiàng)l件下這種情況更加明顯。與土壤暴露的情況類似，幼蟲數(shù)量隨食物中Sb濃度的增加而減少，且與SbIII濃度之間有著更明顯的劑量-效應(yīng)關(guān)系。經(jīng)計(jì)算，食物中SbIII和SbV對(duì)跳蟲繁殖的EC50分別為433 mg·kg-1（376～491 mg·kg-1）和8798 mg·kg-1（8245～9351 mg·kg-1）。由毒性閾值可知，食物中SbIII對(duì)跳蟲繁殖的毒性約是SbV的20倍。

3 討論

圖5 跳蟲在添加Sb的食物中暴露28 d后的存活數(shù)和繁殖數(shù)Figure 5 Survival numbers of adult and juveniles of F.candida exposed to Sb-spiked foods for 28 d

重金屬在環(huán)境中的生物可利用性和毒性主要取決于它們?cè)诃h(huán)境中的存在形態(tài)[30]。Sb不同于Cu、Cd、Zn、Ni等重金屬，其毒性因氧化形態(tài)的不同而異。本研究從不同暴露方式和暴露時(shí)間表征了兩種形態(tài)的Sb對(duì)跳蟲的毒性效應(yīng)及差異，結(jié)果表明，SbIII的毒性遠(yuǎn)大于SbV。雖然Kuperman等[31]向土壤外源添加的SbIII化合物——硫酸銻不同于酒石酸銻鉀，但求得的對(duì)跳蟲繁殖的EC50（169 mg·kg-1）也遠(yuǎn)小于本研究中SbV對(duì)跳蟲繁殖的EC50（8501 mg·kg-1）。作為與As同一主族的元素，Sb與As有著很多相似的生化性質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)AsIII的毒性大于AsV，且毒性差異達(dá)60倍[32]。有關(guān)Sb對(duì)跳蟲毒性的研究十分有限，但從有關(guān)Sb對(duì)植物生態(tài)受體的研究中發(fā)現(xiàn)Sb的毒性與其形態(tài)差異有關(guān)[11-13，33-34]。He等[12]發(fā)現(xiàn)SbIII及SbV對(duì)水稻（O－ryza sativa L.）種子萌發(fā)、根系的生長(zhǎng)及產(chǎn)量都能產(chǎn)生影響，若以產(chǎn)量下降10%作為水稻受害的“臨界點(diǎn)”，則土壤中SbV的臨界濃度約為300 mg·kg-1，而SbIII的臨界濃度為150 mg·kg-1。研究認(rèn)為，不同形態(tài)Sb的毒性差異一方面是由于不同形態(tài)Sb本身生物可利用性及毒性不同[11-13，34]，另一方面生物體對(duì)不同形態(tài)Sb吸收、積累、轉(zhuǎn)化和排泄機(jī)制的不同也是造成其毒性差異的原因[35-36]。

研究顯示，相比于SbV，SbIII更容易被土壤所吸附[8，11]。 Cai[37]等和Zhang等[38]發(fā)現(xiàn)環(huán)江土對(duì)SbIII的吸附量是SbV的3.2倍，本研究發(fā)現(xiàn)總Sb濃度相同時(shí)，添加SbV的土壤中水提態(tài)Sb濃度更高（圖6）。跳蟲除了經(jīng)口攝入重金屬外還通過接觸土壤溶液中的重金屬而導(dǎo)致暴露[39]，如Liu等[40]發(fā)現(xiàn)土壤溶液中Ni濃度與跳蟲的毒性效應(yīng)間有著顯著相關(guān)性，因此跳蟲在添加SbV的土壤中會(huì)暴露更多的Sb，使土壤SbIII對(duì)跳蟲毒性效應(yīng)反而更加明顯，這進(jìn)一步說明SbIII的毒性更大。

本研究發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)設(shè)置的濃度范圍內(nèi)，SbV對(duì)跳蟲沒有急性致死毒性，但影響跳蟲逃避生理行為，說明跳蟲死亡率的靈敏度要遠(yuǎn)低于逃避行為的。Ponge等[41]研究也發(fā)現(xiàn)某些污染物雖然對(duì)跳蟲的毒性不大，卻能引起其逃避行為，原因是跳蟲能靈敏地感知環(huán)境中的毒物脅迫并逃離至更適宜生存的地方[42]。因此急性逃避試驗(yàn)可用來靈敏地評(píng)估Sb對(duì)跳蟲的生態(tài)毒性，而急性存活試驗(yàn)一般作為逃避試驗(yàn)和慢性試驗(yàn)的預(yù)試驗(yàn)，有利于更好地確定后續(xù)試驗(yàn)的濃度范圍。Sb對(duì)跳蟲的毒性效應(yīng)通過慢性毒性試驗(yàn)用成蟲存活數(shù)量和繁殖的幼蟲數(shù)量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)，更符合實(shí)際情況，由毒性閾值可知，跳蟲繁殖對(duì)Sb的敏感性高于成蟲死亡的敏感性。這可能與跳蟲遇到脅迫時(shí)往往會(huì)通過放棄生殖繁衍來優(yōu)先適應(yīng)環(huán)境，維持自身存活的生理特征有關(guān)[43]。

跳蟲的死亡和繁殖僅對(duì)相當(dāng)高濃度的SbV產(chǎn)生毒性響應(yīng)，但本研究發(fā)現(xiàn)隨著濃度增加跳蟲成蟲和幼蟲的體長(zhǎng)相對(duì)變短。先前也有研究表明，成蟲體長(zhǎng)往往先于繁殖數(shù)對(duì)污染物產(chǎn)生響應(yīng)，而且幼蟲體長(zhǎng)對(duì)污染物敏感程度又顯著高于成蟲體長(zhǎng)。這可能是由于污染物通過限制成蟲體長(zhǎng)增長(zhǎng)進(jìn)而影響其繁殖，幼蟲的表面積與體積之比值高于成蟲，比成蟲接觸到更多污染物，并且幼蟲新生成的體表蠟質(zhì)較成蟲更薄，更易受污染物侵襲[44]。

圖6 土壤中水提態(tài)Sb濃度Figure 6 The water-extracted antimony concentrations in tested soil

本研究?jī)H評(píng)價(jià)了不同無機(jī)形態(tài)Sb的毒性效應(yīng)，事實(shí)上，Sb在土壤微生物群落的作用下發(fā)生著甲基化現(xiàn)象，并且有研究認(rèn)為SbIII比SbV更容易發(fā)生甲基化[45]。這意味著Sb由毒性較大的無機(jī)形態(tài)轉(zhuǎn)化為毒性較小的有機(jī)形態(tài)，因此還需進(jìn)一步研究Sb的有機(jī)形態(tài)特別是甲基化銻對(duì)跳蟲的毒性。

4 結(jié)論

（1）在設(shè)置的濃度范圍內(nèi)，SbV不會(huì)直接造成跳蟲明顯死亡，但會(huì)對(duì)跳蟲的生理行為和繁殖產(chǎn)生一定毒性影響，而SbIII對(duì)跳蟲存活和繁殖均有著較大毒性，并且其毒性遠(yuǎn)大于SbV。因此在評(píng)估Sb的毒性效應(yīng)時(shí)既要考慮總量大小也需考慮形態(tài)差異。

（2）由銻毒性閾值可知本研究中跳蟲三種評(píng)價(jià)終點(diǎn)對(duì)銻的敏感性由高到低分別為逃避率、死亡率、繁殖數(shù)。

（3）鑒于SbV較小的毒性，在后續(xù)研究中選用跳蟲為受試生物時(shí)，有必要選取敏感性更高的指標(biāo)（成蟲和幼蟲體長(zhǎng)）評(píng)價(jià)其生態(tài)毒性。

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Toxicity differences of different forms of antimony to soil-dwelling springtail（Folsomia candida）

LIN Xiang-long1,SUN Zai-jin1,MA Jin1,ZHAO Long1,QIN Xiao-peng1,ZHAO Shu-ting2,YANG Qiao3,HOU Hong1*
（1.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment,Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China；2.College of Resources and Environment,Yunnan Agricultural University,Kunming 650100,China；3.College of Land Science and Technology,China University of Geosciences,Beijing 100083,China）

To explore the effect of antimony forms on its toxicity,we evaluated the acute and chronic toxic effects of two forms of antimony（SbIIIand SbV）toFolsomia candidausing filter paper contact experiment,soil and food exposure experiment.In filter paper contact experiment,the LC50values for SbIIIwere 325 mg·L-1（3 d）,244 mg·L-1（7 d）,respectively,but the survival ofF.candidawas not affected by SbV. In soil exposure experiment,the EC50values of acute avoidance were 132,344 mg·kg-1,respectively；the LC50value of acute survival for SbⅢwas 2105 mg·kg-1（the mortality did not reach 50%in setting concentration range of SbV）；The LC50value of chronic survival for SbIIIwas 703 mg·kg-1（the LC50for SbVwas higher than the highest antimony concentration）,the EC50values of chronic reproduction were 307,8501 mg·kg-1,respectively.In food exposure experiment,there were no obvious death ofFolsomia candidain SbIIIor SbVtreatments,the EC50values of chronic reproduction were 433,8798 mg·kg-1,respectively.The results showed that SbVcould not cause the death of the springtail di－rectly,but impact on its physiological behavior and reproduction,whereas the toxicity of SbIIIwas more significant than that of SbV.Therefore,when assessing the toxic effects of Sb,both the total amount and the different forms should be considered.This study can accumulate and supplement the toxicity data as well as provide a more comprehensive basis for ecological risk assessment of Sb.

forms of antimony；toxicity differences；Folsomia candida；exposure routes

X171.5

A

1672-2043（2017）04-0657-08

10.11654/jaes.2016-1490

2016－11－23

林祥龍（1991—），男，山東臨沂人，碩士研究生，從事土壤銻基準(zhǔn)研究。E-mail：m15110038821@163.com

*通信作者：侯紅E-mail：houhong@craes.org.cn

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFD0800400）

Project supported：The National Key Research and Development Program of China（2016YFD0800400）

林祥龍，孫在金，馬瑾，等.不同形態(tài)銻對(duì)土壤白符跳（Folsomia candida）的毒性差異[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36（4）：657-664.

LIN Xiang-long,SUN Zai-jin,MA Jin,et al.Toxicity differences of different forms of antimony to soil-dwelling springtail（Folsomia candida）[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（4）:657-664.