(1)农药生物富集的生态效应。进入淡水生态系统中的农药,可以通过食物链而发生生物富集作用,而农药对水生生物的生态效应,大多与它们在生物体中的积累和转移有关。水体中的农药一部分可被浮游生物吸收或悬浮性颗粒物质所吸附,部分悬浮物沉淀以后,形成底质,从而变成底栖生物的饵料。例如,水中的DDT通过浮游生物、小鱼、大鱼、水鸟的食物链传递而在生物体内富集。以美国上岛河口区生物对DDT富集为例,研究表明,在污染区大气中平均存在的DDT含量为30-6mg/kg,其中溶于水中的量更微乎其微,但是,水中浮游生物体内的DDT含量为0.04mg/kg,富集系数为1.3万(以大气中DDT含量作为基数);浮游生物为小鱼(如银汉鱼)所食,小鱼体内DDT增加到0.5mg/kg,富集16.7万倍;其后小鱼为大鱼所食,大鱼体内DDT浓度增加到2mg/kg,富集系数为833万;海鸟捕食鱼,其体内DDT增加到25mg/kg,富集系数高达858万。环境中的有机磷农药,也可以通过食物链发生生物富集作用,但是有机磷农药在生物体内的蓄积量远比有机氯农药低。
(2)农药对浮游植物的影响。不同藻类对农药的敏感性不同。氯氰菊酯浓度在10~50mg/L时抑制双对栅藻,而刺激或稍抑制聚球藻的生长;在10~50mg/L的氰戊菊酯浓度下,双对栅藻生长明显受抑制而刺激聚球藻的生长;两种拟除虫菊酯杀虫剂都抑制灰色念球藻的生长而刺激小席藻的生长。
浮游植物对农药的吸收效率很快。进入分层明显的水域表层水的农药,除少数被吸附沉淀外,主要都在这一水层被浮游植物吸收富集,并沿食物链向下转移,最后积累于鱼、虾、贝类体内。根据放射性14C的实验发现,含量极微的DDT、狄氏剂和艾氏剂,就可能降低某些浮游植物的光合作用能力。但其毒性随着农药和浮游植物种类的不同而有很大差异。例如DDT的浓度在10~100μg/L时显著地抑制硅藻的光合作用,而浓度高于1mg/L时却未能对某些绿藻的光合作用产生影响。狄氏剂的毒性较DDT大得多,当它的浓度达0.01μg/L时,就能明显抑制上述各种浮游植物的光合作用。在使用有机氯农药的附近水域中,由于一些藻类的选择性中毒,会导致该水域植物区系平衡的破坏,即引起敏感种类的衰亡和抗性种类的繁殖,从而产生深远的生态后果。
(3)农药对浮游动物的影响。有关淡水中农药对浮游动物的研究,大多结论都证明淡水生态系统中种群结构变化的都是主要种群由大型蚤(Daphnia)变成了其他小型浮游动物如Rotifers和Bosmina占主要地位。说明农药促进了小型浮游动物的生长,而同时抑制了中等大小的浮游动物的生长繁殖。而由于优势种群是大型蚤的时候,整体系统的种群丰富度很低,当农药改变种群结构后,大大提高了种群多样性。生态系统中浮游动物群落结构的改变同时影响到生态系统的功能。未受农药污染的生态系统中由于包含了大量的大型蚤,由浮游植物产生的能量能够传递到顶端的捕食者(鱼和鸟),通过藻—浮游动物—鱼的食物链途径。而在农药污染的生态系统中,由于物种多样性的变化,大型蚤的数量变少,其他小型浮游动物数量增加,导致了食物链变长,尤其是一些小型无脊椎动物的繁荣导致捕食者数量和种类大大增加,复杂了食物链。增加了能量在食物链传递过程中的损失。最后达到顶端捕食者的能量远远低于正常的、未污染的生态系统。反应了受农药污染和未受污染的两种食物链模式。
淡水生态系统中受农药污染和未受农药污染的两种食物链模式
另外,淡水生态系统中不同的浮游动物对农药的敏感度不同。当水体中含有超过0.13mg/L的氯氰菊酯时,生态系统中的甲壳动物、轮虫、固着生物和浮游植物组成的群落发生了明显改变;甲壳类和浮游动物快速减少,桡足类无节幼体对氯氰菊酯最敏感,其无效应浓度仅为0.01mg/L。
(4)农药对其他水生动物的影响。农药污染对鱼的毒害,可分为短期影响和长期影响。短期影响包括立即回避、急性致死、活动能力减弱、失去平衡和麻痹作用;长期影响包括慢性中毒、生长缓慢、失去种群竞争能力和生理生殖机制的改变。在江河、湖泊等某些天然水体中,因受农药厂废水污染,虽未出现死鱼的现象,但有些半洄游性或洄游性的大型经济鱼类,均会因对农药的嫌忌而洄游到其他水域。另外,鱼类若长期生活在含低浓度农药的水体中,通过鳃呼吸、体表接触及食物等途径吸收农药。当吸入量大于体内解毒和排毒能力时,便在体内造成农药的积累。蓄积的农药可能会降低鱼类的繁殖率,使幼鱼成活率下降。
农药对水鸟和哺乳动物的繁殖也有严重影响。有机磷农药(二嗪磷、甲基对硫磷、乐果)可使鲶鱼(Clanusgachua)的红血球和血红蛋白下降;甲基对硫磷和乐果使红血球和核的直径减小。农药对动物生理的改变必将影响动物的繁殖,因而严重影响种群的延续。鳟鱼卵中DDT>0.4mg/L时,孵出的幼鱼死亡率为30%~90%,鳟鱼亲鱼体中DDT1~2mg/L时,产出的卵中含DDT0.9mg/L以上,孵出的幼鱼死亡率明显增高;0.02~0.005mg/L林丹可抑制卵黄形成,抑制LH激素对排卵的诱导作用,卵中胚胎发育受阻。有些农药比如DDE还能够抑制输卵管内的碳酸酐酶与ATP酶的活性,阻碍了碳酸钙在卵壳上的沉积而使蛋壳变薄。
(5)农药对非生物环境的影响。农药纳入水生生态系统后,改变原系统的非生物环境条件也能极大地影响水生生态系统。如有机农药在水体中分解的时候会大量消耗水中的溶解氧,缺氧环境的形成会造成发酵腐败,从而产生大量的甲烷和硫化氢等有毒气体,导致水中的某些生物中毒死亡。有机磷农药在水中分解还可产生无机磷。含磷、含氮农药使用后,进入水生生态环境后会造成水体富营养化。这种富营养化会影响水体的水质,造成水的透明度降低,由于阳光难以穿透水层而影响水中植物的光合作用,可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱或水中溶解氧的减少,都会对水生动物产生有害影响,造成鱼类的大量死亡。同时,富营养化促使水体表面生长的蓝藻、绿藻大量繁殖成为优势种,形成一层“绿色浮渣”,致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解时产生有害气体,有些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。
农药污染水体对水生生态系统的影响,大多数情况下还是可以恢复的,其速度受多种因素的影响。如环境中农药残留物消失的速度、气候条件以及生境的不同。河流中因水流冲洗,上游河流可携带种群,所以群落恢复较快,池、湖等则因水流交换慢而恢复较慢。对美国黄石公园喷洒DDT后的跟踪研究表明,一些种群一年之后就开始恢复,而一些毛翅目幼虫4年后,在处理过的河流也未得到恢复,处理区域面积大小也有很大影响,一个流域中的河流也许要4~5年才能使其动物群落完全恢复,而且恢复后的种群数量也较少。