昆虫是地球上最多样化的动物类别。它们在生态系中发挥着关键作用，包括营养循环、授粉、分解和虫害控制。然而，一些研究表明，昆虫在物种丰富度和生物量下降速度令人堪忧，这可能对自然和人类生态系统产生负面影响。新烟碱于1991年首次引入，目前是全球使用最广泛的杀虫剂类别。与前几类杀虫剂的主要区别是，它们的环境持久性相对较低，但在几个月或几年后仍能在土壤中检测到。新烟碱也有专门针对昆虫的特定作用模式和较低的生物蓄积倾向。然而，已经观察到新烟碱具有很高的淋溶和径流潜力，因此，它们现在存在于全球的土壤和地表水中。这表明，很多昆虫都有可能受到影响，包括包括传粉者以及其他非目标生物，如淡水昆虫。
发表在《PNAS》标题为“Experimental evidence for neonicotinoid driven decline in aquatic emerging insects” 的一项研究展示了新烟碱类杀虫剂和昆虫数量持续下降之间的因果关系。提示应该慎重考虑大量使用新烟碱类农药，以维持昆虫生态平衡。
昆虫采集和暴露条件。在3个月的时间跨度内，作者在36条实验沟渠上放置了捕虫器，每周收取两次昆虫。共捕获水生昆虫55,574种，其中双翅目51458只，蚂蚁1842只，鞘翅目1088只，毛翅目919只，蜻蜓232只，蜻蜓30只，膜翅目30只，真虫3只(半翅目)，臭蝇2只(半翅目)，共捕获水生昆虫55,574只，其中膜翅目51,458只，半翅目1,088只，毛翅目919只，蜻蜓232只，膜翅目30只，真虫3只(半翅目)，臭蝇2只(半翅目)，14%的昆虫是在第一个新烟碱类刺激物使用前的第一个月(即2018年5月18日之前)被诱捕的，86%的昆虫是在实验期间(即2018年5月18日至7月12日)被捕获的。诱捕昆虫的数量取决于春季和夏季气温的升高。
新烟碱导致昆虫数量下降。新烟碱浓度与时间的交互作用对总杀虫效果有显著影响。但没有遵循剂量-反应关系(图2“Total”)。与对照组相比，作者观察到峰值浓度为0.1mg/L时羽化的时间增加。在10mg/L时观察到羽化率下降。这种格局强烈地受到双翅目的驱动，因为它们占总丰度的93%，它们的出现反映了总丰度的格局(图2“Diptera（双翅目）”)。烟碱类化合物对鞘翅目、蜻蜓目、毛翅目和叶翅目四个昆虫目的影响更为明显，施用噻虫啉后不久，作者观察到这四个目的羽化昆虫数量都有较大幅度的减少。对于鞘翅目，作者观察到随着时间的推移，在采集昆虫的最后一天，1.0和10 mg/L噻虫啉使羽化减少率分别为61%和91%，而在最低测试浓度下，作者没有观察到任何影响。与对照相比，蜻蜓和毛翅目也出现了相似的模式。在采集的最后一天，作者观察到随着新烟碱浓度的增加，蜻蜓的数量分别减少了37%、53%和61%(图2“Odonata（蜻蜓目）”)。与鞘翅目相似，毛翅目的出现数量在施药后10 天内突然几乎完全停止(图2“Trichoptera（毛翅目）”)，导致在10mg/L噻磷酰亚胺诱捕的最后一天丰度下降了74%。短翅目的羽化在最初的羽化高峰后1个月(6月中旬)才开始出现，并立即受到烟碱类药物的影响，但不是以剂量-反应的方式。当噻虫啉浓度为10 mg/L时，其累计羽化数比对照平均下降98%(图2“Ephemopterine（蜉蝣目）”)。然而，在1.0 mg/L的浓度下，收集的最后一天，与对照相比，蜉蝣目的累积数量增加了138%。
对新生昆虫生物量的影响。采集的昆虫总生物量随新烟碱浓度的增加而显著下降，在采样的最后一天，随着新烟碱浓度的增加，平均累积生物量在暴露期间分别下降了11%、4%和50%(表1)。随着新烟碱浓度的增加，生物量的中位数分别下降了18%、27%和48%。在浓度1.0mg/L时，一些蜉蝣的数量较高，这可以解释平均生物量和中位数之间的偏差，使平均生物量的下降趋势有所倾斜(图2“蜉蝣目”和图3）。双翅目占采集生物量的大部分，在采集的最后一天平均占对照生物量的52%。双翅目累积生物量随噻虫啉浓度的增加而减少，在采集的最后一天分别减少了7%、17%和25%(表1)。尽管有这些损失，双翅目对总生物量的相对贡献在10mg/L时增加到82%，而其他分类目的贡献下降得更强烈(图3)。
鞘翅目占对照总生物量的10.5%，但下降到9.5%、3.3%。毛翅目和蜻蜓目的相对贡献都出现了类似的下降(图3)，但这没有得到统计学上的证实。然而，从它们的丰度来看，所有目的总生物质量都随着噻虫啉浓度的增加而显著下降。
新烟碱暴露对多样性的影响。作者研究了新烟碱暴露对种类最丰富的摇蚊科(双翅目)物种多样性的影响。在首次使用新烟碱后一个月(即从水相中去除>95%的新烟碱后)，在此基础上，作者发现了477只雄虫，分属于摇蚊科三个不同亚科的29个不同种(摇虫亚科、直枝虫亚科和单翅虫亚科)。新烟碱暴露引起强烈的剂量-反应驱动的物种多样性下降。作者计算出，当浓度峰值为1.11 mg/L(SE 0.41)时，Shannon多样性（H）会减少50%(或EC50)。当噻虫啉浓度为0和0.1mg/L时，Shannon多样性(H )分别为1.60和1.67，当噻虫啉浓度为1.0和10mg/L时，Shannon多样性(H )分别为0.95和0.16(图4)。Shannon均匀度(J)随浓度的增加也出现了类似的下降:0.88~0.87、0.60和0.33。这些对均匀度的影响被低估了，因为在60%的最高浓度的样本中，物种丰富度降到1种，即花翅前突摇蚊（Procladius choreus），这阻止了均匀度的计算。与其他摇蚊科相比，在两个最高的测试浓度下，该物种的丰度实际上比对照平均增加了301%和310%。这种强劲的增长也在很大程度上解释了为什么对总和双翅目的出现没有很大的影响(见图2“总”和“双翅目”)，在试验浓度最高的时间点，花翅前突摇蚊平均占总羽化率的77%，而对照组为17%。
总结
作者提供的证据表明，更常见的新烟碱类地表水浓度使种类最丰富的淡水昆虫摇蚊科的物种多样性减少了一半。在最高测试浓度下，摇蚊科的多样性大多下降到单一种，而其他三个昆虫目(鞘翅目、闪翅目和毛翅目)的出现几乎不存在。除了直接影响昆虫外，在食虫鸟类中，新烟碱的使用和地表水浓度也与酶活性有关。一种假设认为，食虫鸟类数量的减少可能是由于使用烟碱类杀虫剂导致的食物来源(昆虫)枯竭所致。对10种食虫鸟类的综合研究表明，水生昆虫在春季和秋季承担了每年能量收支的10%至40%，根据物种的不同，这一比例高达90%。水生昆虫对食虫鸟类的营养价值高于陆生昆虫，这是因为水生昆虫含有较高的不饱和ω-3脂肪酸，这进一步突出了水生昆虫在食虫鸟类饮食中的重要性。
原文链接：
https://www.pnas.org/content/pnas/118/44/e2105692118.full.pdf
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