氯氰菊酯及其代谢物3-PBA作为新兴污染物：在环境介质及南方白胸刺猬（Erinaceus concolor L.）组织中的残留

《Chemosphere》：Cypermethrin and its metabolite 3-PBA as emerging pollutants: Residues in environmental matrices and in the tissues of the Southern white-breasted hedgehog ( Erinaceus concolor L.)

本研究在土耳其四个地理区域的农业、城市、森林和草原栖息地进行多季节、多介质现场调查，检测了刺猬（Erinaceus concolor）脂肪、肌肉、毛发及脊椎组织中的拟除虫菊酯农药Cypermethrin及其代谢物3-PBA。结果显示3-PBA与土壤、植被、蚯蚓及水体间存在强相关性（R2最高0.78），而Cypermethrin的关联性较弱（R2=0.15），表明3-PBA可作为更稳定的生物标志物用于陆地污染监测。

　　

阿里坎日历

土耳其安卡拉贝特佩校区，哈切特佩大学教育学院生物教育系，农药研究与参考实验室

摘要

氰戊菊酯（CYP）及其主要代谢物3-苯氧基苯甲酸（3-PBA）是广泛使用的合成拟除虫菊酯，但它们在陆地生态系统中的同时存在和迁移动态仍知之甚少。本研究在土耳其的四个地理区域进行了多矩阵和多季节的野外调查，以确定这些化合物在土壤、水、草、蚯蚓以及南白胸刺猬（Erinaceus concolor）的脂肪、肌肉、毛发和脊柱组织中的分布情况。研究人员在春季、夏季和秋季收集了被车辆撞死的完整刺猬（n = 144只）及其周围的环境样本，并通过气相色谱-质谱法测量残留物。结果显示，这两种化合物普遍存在，其中土壤中的浓度最高（CYP：平均11.90 ng g^?1；3-PBA：6.78 ng g^?1），并且与组织之间的相关性最强，尤其是3-PBA。季节性变化明显：3-PBA在脂肪（7.47 ng g^?1）和肌肉（4.56 ng g^?1）中的浓度从春季的3.05 ng g^?1增加到秋季的13.84 ng g^?1，而CYP的浓度变化较小。当综合考虑所有生境和季节时，环境与组织之间的关联强度存在显著差异。对于3-PBA，环境-组织关系的R²值为0.66，而CYP的相关性较弱（R² = 0.15）。这表明3-PBA作为环境暴露的稳定指标更为可靠。生境和地区对污染水平有显著影响，而性别和年龄则没有显著影响。3-PBA与环境之间的强耦合性强调了在监测中包含代谢物的必要性，并支持对其持久性、迁移途径和生态影响的进一步研究。

引言

农药是当代生态系统中最普遍的化学压力源之一（Wan等人，2025年），对人类健康构成重大威胁（Zhou等人，2025年）。尽管农药的主要功能是保护作物和公共健康，但其残留物经常超出预期目标，进入土壤、沉积物（Toumi等人，2025年）、水生系统（Rajan等人，2023年）和野生动物（Wan等人，2025年）。过去几十年，人们对农药使用对环境和健康的影响日益关注，促使全球调整了所使用的活性化合物类型（López-Benítez等人，2024年）。采用被认为对环境和人类健康危害较小的新活性物质旨在降低环境和健康风险（Costa，2015年）。新一代杀虫剂通常被称为“当前使用农药”（CUPs），这一术语强调了尽管它们比传统农药降解速度更快，但仍被频繁使用的事实（Stehle和Schulz，2015年；Silva等人，2019年）。CUPs常被描述为“伪持久性”物质（Fenner等人，2013年），因为尽管它们比传统农药降解更快，但由于其持续和广泛的使用，在各种环境介质中仍保持慢性背景浓度——包括土壤（Silva等人，2019年）、水（K?ck-Schulmeyer等人，2013年）和生物群（Calatayud-Vernich等人，2018年）。越来越多的证据表明，某些CUPs在环境条件下可能表现出意想不到的持久性，挑战了它们的分类（Hladik和Kuivila，2012年）。值得注意的是，它们继续对非目标生物造成亚致死但具有生态意义的影响，包括水生无脊椎动物（Ranatunga等人，2023年）、传粉者（Woodcock等人，2017年）和鱼类（Jesna等人，2024年）。

在这些CUPs中，合成拟除虫菊酯通常易受光降解和热分解（Laskowski，2002年），在阳光或高温条件下的半衰期从几小时到几天不等（Demoute，1989年）。然而，降解速率因介质而异，拟除虫菊酯在阳光照射的植物表面迅速分解，但在遮荫的土壤和水生沉积物中则持续更长时间（Laskowski，2002年；Gan等人，2005年；Weston和Lydy，2010年）。氰戊菊酯是一种广泛使用的合成拟除虫菊酯，其低成本使其得到广泛应用（Kaur和Singh，2021年）。虽然传统上认为氰戊菊酯由于在光照表面快速光解而具有中等的环境持久性（Jones，1995年），但越来越多的证据表明，它在遮荫或氧气受限的环境中可以持续数周至数月（Gan等人，2005年；Huang等人，2018年；Kansal等人，2023年）。这种长期的持久性引发了关于慢性暴露和氰戊菊酯及其转化产物在生态系统中积累的担忧（Feo等人，2010年；Ranatunga等人，2023年；Tahir等人，2024年）。

在这些转化产物中，3-苯氧基苯甲酸（3-PBA）被一致认为是氰戊菊酯的主要和最持久的代谢物（Huang等人，2018年；Bragan?a等人，2019年）。它是通过酯键的水解和随后的苯氧基苯甲基团的氧化形成的（Gouda和Al Mazroai，2014年）。与母体化合物相比，3-PBA更具极性和水溶性，能够从土壤迁移到水生系统（Liu等人，2014年；He等人，2022年），从而增加其对非目标生物的生物可利用性（Zhang等人，2025年）。与易受光降解的氰戊菊酯不同，3-PBA在低光照（He等人，2021年）和环境中相对稳定（Zhu等人，2020年），并能在生态系统中积累（Bragan?a等人，2019年）。由于这种稳定性和在环境和生物监测研究中的频繁检测，3-PBA被广泛用作拟除虫菊酯暴露的生物标志物（Morgan等人，2007年；Aylward等人，2018年），并越来越多地被视为一种新兴的环境污染物（He等人，2024年）。尽管如此，关于3-PBA在陆地生态系统中的分布及其与氰戊菊酯关系的系统数据仍然有限，大多数现有研究集中在水生系统或人体生物监测上（Morgan等人，2007年；Aylward等人，2018年）。

刺猬是一种小型、夜行性的食虫哺乳动物，分布于东欧、俄罗斯、西亚部分地区以及中东，包括土耳其大部分地区（Seddon等人，2002年；Heckmann等人，2013年）。刺猬物种通常栖息在多种陆地环境中，从森林和灌木丛到农业区和城市周边景观（Reeve和Lindsay，1994年；Pettett等人，2017年）。作为一种地面栖息的广食性动物，它们以各种无脊椎动物（尤其是蚯蚓和昆虫）以及植物物质为食，使其与土壤和植被层有密切互动（Haigh等人，2013年）。从生态学角度来看，刺猬在调节无脊椎动物种群方面起着重要作用，作为土壤食物网中的中型捕食者（Hof和Bright，2010年）。其相对有限的活动范围和定居习性使其对局部环境变化特别敏感，尤其是涉及土壤和表面污染物的变化（Rasmussen等人，2024a）。它们通过摄入受污染的猎物而暴露于环境污染物，以及由于在土壤、落叶层和植被中的觅食行为而接触污染物（d'Havé等人，2006年；Valverde等人，2024年）。这些特性使刺猬成为监测陆地污染（特别是农药、重金属和有机残留物）的理想生物指示物种（Rasmussen等人，2024b；García-Mu?oz等人，2023年；Ar?kan等人，2018年）。通过机会性收集被车辆撞死的个体可以避免伤害活体动物，当使用非侵入性样本（如毛发或刺）时，这种做法被视为非破坏性的生物监测方法（Ar?kan等人，2018年；García-Mu?oz等人，2023年）。这种方法提供了宝贵的生态和毒理学数据，同时最小化了伦理问题和采样成本（d'Havé等人，2006年；Rautio等人，2010年）。

然而，尚未有综合性的野外研究同时评估多种陆地环境介质和刺猬组织中的氰戊菊酯和3-PBA，并考虑生境、地区、季节和个体层面的差异。因此，本研究旨在：

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量化刺猬组织（脂肪、肌肉、毛发、刺）及周围环境介质（土壤、植被、蚯蚓、水）中的氰戊菊酯和3-PBA残留物。

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测试不同介质和组织中残留物水平的空间（生境、地区）和时间（季节）变化。

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研究环境介质与刺猬组织之间的关联，以评估刺猬——特别是3-PBA——作为陆地拟除虫菊酯污染综合指标的有效性。此外，还探讨了个体特征（年龄和性别）对组织残留物水平的影响。

使用非参数比较和相关性分析评估了空间和季节效应，而使用季节分层相关性和线性拟合研究了环境-组织关系。通过实现这些目标，本研究提供了关于陆地哺乳动物中氰戊菊酯和3-PBA动态的首批综合性野外评估，加深了我们对暴露途径的理解，并强调了刺猬作为当前使用农药污染生物指示物的价值。

研究区域和采样设计

作为研究的一部分，从被车辆撞死的刺猬（Erinaceus concolor；N = 144只）尸体中收集样本，这些尸体没有分解迹象，外部组织完好无损。样本是在土耳其四个地理区域（马尔马拉海、爱琴海、中央安纳托利亚和地中海）进行常规车辆监测时发现的，这些地区具有不同的生境类型和明显的季节性变化。

结果

观察到脂肪和肌肉组织中的氰戊菊酯浓度之间存在强正相关（r_s = 0.896，p < 0.01），毛发和刺中的浓度与脂肪中的浓度也存在强正相关（r_s = 0.569-0.711，p < 0.01）以及肌肉中的浓度（r_s = 0.615-0.754，p < 0.01）；毛发和刺中的浓度也高度相关（r_s = 0.707，p < 0.01）。对于3-PBA，Spearman相关性分析显示脂肪和肌肉组织中的浓度之间存在强正相关（r_s

讨论

本研究首次对陆地哺乳动物刺猬体内多种环境介质和组织中的氰戊菊酯及其主要代谢物3-PBA进行了综合性野外评估。通过结合多生境、多地区和多季节的采样，研究揭示了当前使用拟除虫菊酯在陆地生态系统中的行为及其在土壤-猎物-刺猬途径中的迁移方式。出现了四种一致的模式：

结论

研究结果表明，拟除虫菊酯在陆地环境中迅速消散的普遍假设并不总是成立。相反，研究表明，氰戊菊酯及其代谢物3-PBA可以在遮荫的土壤、猎物和富含脂质的组织中持续存在，导致在土壤驱动的食物网中持续暴露。这强调了进行生态风险评估的必要性，需要同时评估母体拟除虫菊酯及其代谢物，因为后者可能更具持久性。

伦理声明

本研究未捕捉、处理或安乐死任何活体动物。所有刺猬样本均来自公共道路上新鲜撞死的个体。由于研究仅涉及死亡动物，且不需要对活体野生动物进行任何操作，因此无需机构动物伦理委员会的批准。

资助

本研究未获得公共、商业或非营利部门的任何特定资助，而是利用了哈切特佩大学农药研究与参考实验室的机构资源完成的。

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所述的工作。

致谢

作者衷心感谢Salih Levent Turan教授和Ayd?n Akbulut教授在收集和记录被车辆撞死的刺猬标本方面提供的宝贵支持。同时，作者也感谢哈切特佩大学农药研究与参考实验室的技术人员在农药残留分析中的协助和技术支持。