全 文 ：甲胺磷、乙草胺和铜单一与复合污染对蚯蚓
的毒性效应研究 3
梁继东 3 3 　周启星
(中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程重点实验室 ,沈阳 110016)
【摘要】　以赤子爱胜蚓 ( Eisenia f oetida)为例 ,通过滤纸急性毒性试验法研究了东北黑土区普遍存在的 3
种农用化学品甲胺磷、乙草胺和 Cu 对蚯蚓的单一与复合毒性效应. 单一实验结果表明 ,三者对蚯蚓均有
毒性 ,它们的毒性顺序为乙草胺 > 甲胺磷 > Cu ,半致死浓度分别为 :0. 307、0. 708 和 118. 70mg·kg - 1 ;同时
通过观察可知 ,乙草胺与 Cu 以皮肤渗入蚯蚓体的毒性效应较甲胺磷明显. 复合毒性实验结果表明 ,低浓
度 Cu 与高浓度 Cu 对甲胺磷的毒性均有增强作用 ;低浓度 Cu 对乙草胺的毒性有削弱作用 ,但高浓度 Cu
对乙草胺的毒性有增强作用. 可见 ,三者对土壤生态系统生态安全性和土壤健康质量存在潜在危害 ,同时
这几种污染物的共存进一步加大了潜在危害性 ,且复合毒性效应与各组浓度组合密切相关.
关键词 　蚯蚓 　甲胺磷 　乙草胺 　Cu 　复合污染 　生态毒性
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 04 - 0593 - 04 　中图分类号 　X171. 5 　文献标识码 　A
Single and binary2combined toxicity of methamidophos , acetochlor and Cu on earthworm Eisenia f oetida .
L IAN GJidong and ZHOU Qixing( Key L aboratory of Terrest rial Ecological Process , Institute of A pplied Ecol2
ogy , Chinese Academy of Sciences , S henyang 110016 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2003 ,14 (4) : 593～
596.
A population of earthworm Eisenia f oetida was exposed to single and binary2combined contamination of
phaeozem by methamidophos , acetochlor and Cu. The result showed that one of three test chemicals had its tox2
icity on the earthworm population ,and the single toxic sequence of the chemicals was acetochlor > methami2
dophos > Cu. The values of their LD50 were 0. 307 , 0. 708 and 118. 70 mg·kg - 1 , respectively. The difference
was depended on the biological mechanisms of the earthworm population. Acetochlor and Cu in soil could be ab2
sorbed by the earthworm population through penetrating through the skin of an earthworm. The result also
showed that Cu could swell the toxicity of methamidophos ,whether it was in low or high concentration by the bi2
nary2combined toxic effect test . Cu in low concentration could decrease the toxicity of acetochlor , but in high
concentration ,Cu could increase the acetochlor toxicity in soil. Therefore ,these three pollutants were dangerous
to the ecological security of soil ecosystem and soil2health quality. Furthermore , when the chemicals in same soil
environment act one another , they could boost up the potential danger of soil ecosystem contaminated by the
three pollutants. The joint toxic effects of various chemicals were in relation to their different concentration com2
binations in soil.
Key words 　Earthworm , Methamidophos , Acetochlor , Cu , Combined pollution , Ecological toxicity.3 国家杰出青年科学基金 (20225722) 、中国科学院知识创新重要方
向项目 ( KZCX22SW2416)和国家重点基础研究发展规划资助项目
( G1999011808) .3 3 通讯联系人.
2002 - 09 - 29 收稿 ,2003 - 01 - 27 接受.
1 　引 　　言
蚯蚓是土壤生态系统中非常活跃、非常重要的
生命组分 ,它的生命活动不仅能改善土壤结构而有
益于土壤的通气状况及排水、保水功能 ,而且能通过
在土壤有机物质分解转化方面的重要作用提高土壤
肥力[1 ,4～8 ,11 ,22 ] . 蚯蚓还是许多动物如蛇类、鸟类和
鼠类的食物来源 ,因此在食物链中 ,它是陆生生物与
土壤生物之间传递污染物的重要桥梁[1 ,7 ,11～13 ,22 ] .
当今世界 ,人类为满足日益增长的各种需求 ,在
农业生产中大量使用有机农药、化肥和人工饲料等
农用化学品 ,特别是许多农药和人工饲料还含有诸
如 As、Cu、Zn 和 Hg 等有毒重金属. 随着这些物质不
断的被使用 ,它们同时、先后进入环境 ,构成了复合
污染 ,并进一步加大了生态系统污染过程的复杂
性[2 ,3 ,14～16 ,20～23 ] . 蚯蚓作为土壤动物区系的代表类
群 ,其生存、生长与繁殖必然受到这些污染物的种种
不利影响 ,从而导致土壤生态系统正常结构和功能
遭到破坏 ,产生各种不良的生态效应 ,包括联合毒性
效应[15～19 ] . 因此 ,研究几种典型常用的农用化学品
单一与复合污染对蚯蚓毒性效应产生的影响 ,对于
评价土壤环境健康具有重要意义. 目前 ,国内外有关
应 用 生 态 学 报 　2003 年 4 月 　第 14 卷 　第 4 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Apr. 2003 ,14 (4)∶593～596
农药及重金属对蚯蚓的单一毒性及影响的研究较
多[1 ,3 ,8～10 ] ,但关于农药与重金属复合污染对蚯蚓
的影响研究鲜有报导. 本文以东北黑土区广泛使用
的杀虫剂甲胺磷、除草剂乙草胺及该地区存在的重
金属污染物 Cu 为代表 ,研究了它们单一与复合情
况下对蚯蚓毒性影响的变化规律 ,为科学地评价这
些农用化学品的生态安全性积累基础数据.
2 　材料与方法
211 　试验材料
21111 供试动物 　赤子爱胜蚓 ( Eisenia f oetida) ,是国际蚯蚓
毒性试验标准蚓种 ,也是我国东北地区常见种 ,其具有中等
敏感性 ,经由沈阳农业大学刘玉文教授鉴定. 实验前进行预
培养 ,试验选择体重为 300～500mg、环带明显大小较为一致
的健康成蚓.
21112 供试污染物 　甲胺磷 ,40 %有机磷杀虫乳油剂 ,由浙
江工业大学化工厂提供 ;乙草胺 ,50 %旱田除草乳油剂 ,由大
连瑞泽农药股份有限公司提供 ;重金属 Cu ,为沈阳市试剂三
厂提供的分析纯 CuSO4·5H2O 试剂.
21113 污染物试验浓度设计 　正式试验前进行浓度范围选
择试验 ,确保在各污染物对蚯蚓染毒历时 48h 的最小致死浓
度 MLD 和最大致死浓度 LD100区间内设置各污染物水溶液
的正式单一毒性试验浓度序列 :甲胺磷 :0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、
0. 5、0. 6 mg·kg - 1 ;乙草胺 :0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6 mg·
kg - 1 ;重金属 Cu :30、60、90、120、150 mg·kg - 1 . 复合毒性试
验的浓度设计是根据单一毒性试验确定的 ,分别由两种有机
农药与低浓度 (30mg·kg - 1)和高浓度 (90mg·kg - 1)水平的重
金属 Cu 复合 ,各复合浓度组合见表 1.
212 　试验方法
　　将预培养后的蚯蚓洗净后放入烧杯中 ,加少量水 (以半
浸为宜) ,用塑料薄膜封口 ,并用解剖针在塑料薄膜上扎孔 ,
置于 20 ±1 ℃的生化培养箱中培养 ,清肠 1 昼夜[1 ] . 将 10ml
甲胺磷、乙草胺和 CuSO4 溶液按试验设计浓度倒入垫有 5 张
滤纸的培养皿中 ,使滤纸全部浸湿 ;再将清肠后的蚯蚓冲洗
干净 ,用滤纸吸去多余水分后 ,每 15 条蚯蚓放入一个培养皿
中 ,并用纱布封口 ,避免蚯蚓逃逸 ,再置于 20 ±1 ℃的生化培
表 1 　甲胺磷、乙草胺和 Cu二元复合毒性试验浓度
Table 1 Binary2combined toxic tested concentrations of methami2
dophos , acetochlor and Cu
组合 3
Comb2
ination
污染物
Pollutant
试验浓度 Concentration
(mg·kg - 1)
Ⅰ 甲胺磷 Methamidophos 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5
低 Cu Low Cu 30. 0 30. 0 30. 0 30. 0 30. 0
Ⅱ 甲胺磷 Methamidophos 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5
高 Cu High Cu 90. 0 90. 0 90. 0 90. 0 90. 0
Ⅲ 乙草胺 Acetochlor 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5
低 Cu Low Cu 30. 0 30. 0 30. 0 30. 0 30. 0
Ⅳ 乙草胺 Acetochlor 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5
高 Cu High Cu 90. 0 90. 0 90. 0 90. 0 90. 03 Ⅰ. 第一组 (甲胺磷与低浓度 Cu 复合) Combination 1 ; Ⅱ. 第二组 (甲胺磷与
高浓度 Cu 复合) Combination 2 ; Ⅲ. 第三组 (乙草胺与低浓度 Cu 复合) Combi2
nation 3 ; Ⅳ. 第四组 (乙草胺与高浓度 Cu 复合) Combination 4.
养箱中无光照培养 48h[22 ] . 为减小误差 ,每一处理重复 3 次.
定期观察 ,记录病理症状和行为 ;并于培养后 24h、48h 各记
数一次 ,以前尾部对机械刺激无反应视为死亡 ,将试验数据
输入计算机 ,进行统计学处理.
3 　结果与讨论
311 　对赤子爱胜蚓的单一毒性
　　研究表明 ,东北黑土区普遍存在的 3 种农用化
学品甲胺磷、乙草胺和 Cu 单一存在时 ,三者各自对
赤子爱胜蚓均产生毒性. 其中 ,乙草胺处理的蚯蚓中
毒症状尤为明显 ,高浓度处理的几秒钟就开始剧烈
弹跳、扭动 ,低浓度处理的要几分钟后才开始有扭动
反应 ,随时间延长蚯蚓身体变柔软 ,环节松弛 ,部分
身体糜烂 ,并失去逃避能力 ,直至死亡 ;当试验浓度
仅为 0. 1mg·kg - 1时 ,污染暴露 48h ,就表现出致死
毒性 ;而在试验的最高浓度时 ,污染暴露 48h ,蚯蚓
则全部死亡. Cu 处理的蚯蚓与乙草胺处理的有类似
的反应 ,但明显不如乙草胺处理的反应剧烈 ;当 Cu
试验浓度达到 60mg·kg - 1 ,污染暴露 24h ,才有致死
毒性效应发生 ;在 Cu 试验最高浓度 ,污染暴露 48h ,
蚯蚓死亡率可达 66. 7 %. 甲胺磷处理的蚯蚓中毒症
状没有乙草胺和 Cu 处理的反应快速 ,几小时后才
发生身体红肿充血、变硬弯曲、环节膨大 ,刺激后背
部有黄色体液渗出等现象 ;当甲胺磷试验浓度达到
0 . 2mg·kg - 1 ,污染暴露48h ,就表现了致死毒性 ;在
表 2 　甲胺磷、乙草胺和重金属 Cu对赤子爱胜蚓的急性毒性
Table 2 Acute toxicity of methamidophos , acetochlor and Cu acting on
earthworms Eisenia f oelida
污染物
Pollutant
浓度
Concen2
tration
(mg·kg - 1)
死亡条数
No. of dead earthworms
24h 48h
死亡率 Mortality ( %)
24h 48h
甲胺磷 CK 0 0 0 0
Methamidophos
0. 1 0 0 0 0
0. 2 0 1 0 6. 7
0. 3 0 2 0 13. 3
0. 4 0 4 0 26. 7
0. 5 0 5 0 33. 3
0. 6 0 6 0 40. 4
CK 0 0 0 0
乙草胺 Acetochlor
0. 1 0 1 0 6. 7
0. 2 0 5 0 33. 3
0. 3 0 8 0 53. 3
0. 4 2 10 13. 3 66. 7
0. 5 4 13 26. 7 86. 7
0. 6 7 15 46. 7 100
Cu CK 0 0 0 0
30 0 0 0 0
60 1 3 6. 7 20
90 5 6 33. 3 40
120 4 7 26. 7 46. 7
150 6 10 40 66. 7
495 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
甲胺磷最高试验浓度 ,污染暴露 48h ,蚯蚓的死亡率
达到 40 %(表 2) .
　　3 种污染物对赤子爱胜蚓急性毒性的差异 ,一
方面可能是由于污染物的化学结构不同[1～3 ] ,产生
的毒性作用机制不同引起的 ;另一方面 ,由于侵入途
径不同 ,导致毒物在蚯蚓体内分布吸收速度不同引
起的 ,吸收量大的则毒性大 ,反应较明显[1 ] . 蚯蚓对
乙草胺与 Cu 的毒性反应极为快速 ,接触后立刻产
生扭动现象 ,乙草胺处理组的反应尤为剧烈. 由此可
以推论 ,这两种污染物对蚯蚓的染毒方式可能以皮
肤渗入为主 ,其通过皮肤对蚯蚓产生的毒性很强. 而
甲胺磷通过皮肤接触对蚯蚓产生的毒性则不如前两
者快 ,其染毒方式可能以食入为主.
　　根据表 2 数据 ,经统计分析可得出 48h 赤子爱
胜蚓的死亡率随污染物浓度变化呈显著线性相关关
系 ,其回归方程如下 :
　　D = 83 . 77 X1 - 9 . 32 ( R2 = 0. 9876 ,
　　　　n = 6 , P < 0 . 005) (1)
　　D = 182 . 89 X2 - 6 . 23 ( R2 = 0 . 9876 ,
　　　　n = 6 , P < 0 . 005) (2)
　　D = 0 . 53 X3 - 13 . 35 ( R2 = 0 . 9797 ,
　　　　n = 5 , P < 0 . 005) (3)
其中 , D 为蚯蚓死亡率 ( %) , X1 、X2 和 X3 分别依
次为甲胺磷、乙草胺和 Cu 对蚯蚓的暴露浓度 ( mg·
kg - 1) , P 为显著性水平 , R 为相关系数 , n 为试验
处理数. 根据上述方程可计算出甲胺磷、乙草胺和
Cu 的 LD50 分别为 0. 708、0. 307 和 118. 70mg ·
kg - 1 .比较三者的半致死浓度 ,可以得出乙草胺的
毒性最强 ,甲胺磷次之 ,而 Cu 的毒性最弱.
312 　对赤子爱胜蚓的联合毒性
　　甲胺磷与 Cu 复合 ,当 Cu 为 30mg·kg - 1时 ,污
染暴露 24h ,任何甲胺磷浓度处理的蚯蚓均无死亡
发生 ;污染暴露 48h ,蚯蚓死亡率增加与甲胺磷浓度
增加呈二次曲线关系 (图 1a) . Cu 浓度为 90mg·
kg - 1时 ,甲胺磷与 Cu 复合污染暴露 24h 和 48h ,蚯
蚓的致死率随甲胺磷浓度增加亦呈二次曲线趋势
(图 1b) . 乙草胺与 Cu 复合 ,当 Cu 为 90mg·kg - 1时 ,
染毒历时 48h ,所有乙草胺浓度处理的蚯蚓全部死
亡 ;染毒历时 24h ,蚯蚓死亡率增加随乙草胺浓度增
加呈二次曲线关系 (图 2a) . 当 Cu 浓度为 30mg·
kg - 1时 ,乙草胺与 Cu 复合污染暴露 24h 和 48h ,蚯
蚓死亡率随乙草胺浓度变化亦呈二次曲线关系 (图
2b) . 各曲线的模拟方程及半致死浓度 LD50见表 3.
图 1 　甲胺磷与 Cu 对蚯蚓的联合毒性效应
Fig. 1 Joint toxic effects of methamidophos and Cu on earthworms.
a)甲胺磷 Methamidophos + Cu (24h) ,b) 甲胺磷 Methamidophos + Cu
(48h) ;
Ⅰ. Cu (30mg·kg - 1) , Ⅱ. Cu (90mg·kg - 1) . 下同 The same below.
图 2 　乙草胺与 Cu 蚯蚓的联合毒性效应
Fig. 2 Joint toxic effects of acetochlor and Cu on earthworms.
a)乙草胺 Acetochlor + Cu(24h) ,b)乙草胺 Acetochlor + Cu(48h) .
其中 ,X1 、X2 和 X3 分别为甲胺磷、乙草胺和 Cu 的浓
度 ,D 为蚯蚓死亡率. 与单一实验的线性关系相比 ,
复合污染对蚯蚓的毒性均表现为二次曲线关系 ,这
可能是因为复合污染改变了单一污染的染毒机制.
由甲胺磷 + Cu 复合污染可以看出 ,污染暴露 48h ,
Cu 浓度为 30 与 90mg·kg - 1情况下 ,甲胺磷对蚯蚓
的半致死浓度分别依次为 0. 431mg·kg - 1和0. 279
mg·kg - 1 ,均小于甲胺磷单一污染 48h 的半致死浓
度 0. 708mg·kg - 1 ,可以证明 Cu 的存在加强了甲胺
磷的毒性 ,且随 Cu 浓度的增加毒性加剧. 由乙草胺
5954 期 　　　　　　　　　　梁继东等 :甲胺磷、乙草胺和铜单一与复合污染对蚯蚓的毒性效应研究 　　　　　　　　　
表 3 　甲胺磷与 Cu、乙草胺与 Cu 的复合污染对赤子爱胜蚓的毒性
效应及 LD50
Table 3 Joint toxicity of methamidophos2Cu and acetochlor2Cu on
earthworms and the value of LD50
组合1) 时间
Time
(h)
Cu
(mg·kg - 1)
模拟方程 (X3 浓度不变) 4) R2 n p LD50 (mg·kg - 1)
甲胺磷2) 24 90 D = 49. 29X12 + 17. 13X1 + 5. 44 0. 957 5 < 0. 005 0. 793
+ Cu 48 30 D = 285. 71X12 + 1. 97X1 - 4. 00 0. 991 5 < 0. 005 0. 431
48 90 D = 190. 71X12 - 7. 73X1 + 37. 34 0. 983 5 < 0. 005 0. 279
乙草胺3) 24 30 D = 237. 86X22 - 42. 81X2 + 52. 02 0. 907 5 < 0. 005 -
+ Cu 24 90 D = 427. 86X22 - 103. 41X2 + 6. 64 0. 959 5 < 0. 005 0. 461
48 30 D = 95. 00X22 + 169. 70X2 - 13. 36 0. 959 5 < 0. 005 0. 401
1) Combination ,2) Methamidophos ,3) Acetochlor ,4) Simulation equation.
+ Cu复合污染可以看出 ,当Cu浓度较低 ( 3 0 mg·
kg - 1) 时 ,污染暴露 48h ,乙草胺污染对蚯蚓的半致
死浓度为 0. 401mg·kg - 1 ,大于乙草胺单一污染时
的半致死浓度 0. 307mg·kg - 1 ,说明低浓度水平的
Cu与乙草胺复合时 ,毒性减弱 ;当 Cu 的浓度较高
(90mg·kg - 1) 时 ,经 48h 染毒则所有处理的蚯蚓全
部死亡 ,说明高浓度水平的 Cu 与乙草胺复合时 ,毒
性大大增强. 可见多种污染物的联合作用十分复杂 ,
各污染物的不同浓度组合表现出对蚯蚓的不同毒性
效应 ,这与周启星[16 ]提出的联合效应广义理论相一
致 ,进一步证明了该理论具有重要的指导意义.
4 　结 　　论
411 　急性单一毒性试验表明 ,这 3 种污染物对土壤
动物蚯蚓具有潜在的毒性效应 ,毒性大小序列为乙
草胺 > 甲胺磷 > Cu ; 半致死浓度分别为 0. 307、
0. 708和 118. 69mg·kg - 1 . 这 3 种污染物对蚯蚓急性
毒性的差异 ,是由于其化学结构不同以及染毒途径
不同引起的.
412 　两种有机农药分别与两种浓度水平的重金属
Cu 复合情况下对赤子爱胜蚓的毒性效应研究表明 ,
无论是低浓度水平的 Cu ,还是高浓度水平的 Cu 与
甲胺磷复合 ,都增强了对蚯蚓的毒害效应 ;乙草胺与
Cu 的复合污染效应则相对复杂 ,低浓度的 Cu 与乙
草胺复合对蚯蚓的毒性具有削弱作用 ,而高浓度的
Cu 与乙草胺复合对蚯蚓的毒性则有增强作用.
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作者简介 　梁继东 ,女 ,1977 年 10 月生 ,硕士研究生. 主要
从事污染生态毒理与污染控制生态化学研究. E2mail : ljdnyf
@hotmail. com
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