生态环境中农药运动行为及污染现状

2023-03-21熊志乾李奇蔚贝学友

中国资源综合利用 2023年1期

熊志乾，李奇蔚，贝学友，杜娟

（瀚蓝城市环境服务有限公司，广东深圳 518000）

农药污染影响我国食品安全和生态安全，现如今，我国农药污染研究主要涉及食品农药残留快速检测手段研发、绿色低毒农药开发及其污染覆盖面等。但是，在自然生态环境中，农药及其降解产物相关行为和影响因素研究仍较为局限。进一步探究农药及其代谢物在生态环境中的行为，可有效评估不同特性农药的潜在污染风险，探索更高效、精准的环境检测手段。

1 我国农药使用与污染现状

我国作为人口大国，粮食需求量一直居于世界前茅。现如今，大约三分之一的农产品生产依赖农药。如果不使用农药，水果产量将减少78%，蔬菜产量将减少54%，谷物产量将减少32%。为了保持稳定收成，我国持续推进农业增产和病虫灾害预防。农药则是实现我国病虫灾害预防并保持农业持续发展、粮食稳定增产的重要武器。随着农药的长期使用，人们的关注点逐步从“民以食为天”转化到“食以安为先”。农药残留及其污染成为人们最关心的安全问题。杂草、昆虫和疾病在种类、数量、行为等方面都具有一定的特异性，因此赋予农药很强的专用性和局限性[1]。在日常生产中，为了保持农作物的正常生长，多种农药往往需要配合使用。农业生产者普遍缺乏生态保护意识，农药依赖严重，导致我国目前农药污染严重[2]。

2 农药及其代谢物污染行为阶段特点

当农药产品被应用到目标植物或被丢弃与泄漏时，它们大多数会进入环境并进行移动、降解和吸收。实际应用时，大部分农药会流入生态环境中，并通过微生物作用和物化反应降解，产生新的物质。经吸附、淋滤、挥发、喷雾漂移和径流转移，这部分农药及其代谢物在自然环境中通过不同的环境介质或非目标农作物实现富集、转移[3]。其在生态环境中的行为是影响其面源扩散面积的主要因素。根据环境条件和农药化学特性，不同农药在环境中的行为与半衰期和污染程度息息相关[4]。若农药半衰期较长，其残留物会在环境中存留很长时间。例如，毒死蜱的主要代谢物3,5,6-三氯吡啶-2-醇（TCP）的移动性和毒性远大于本体并具有较强的停留性[5]。降解产物、土壤条件、作物生长、病虫害和杂草等因素都影响农药在环境中的行为，一定程度上决定农药及其代谢物在土壤中的持久性与污染性[6]。

2.1 农药的降解行为

农药降解主要有3种类型，包括微生物降解、化学降解以及物理降解。农药降解主要发生位点集中在土壤中。微生物降解是指真菌、细菌等微生物对农药的降解。温度、土壤水分、土壤pH、土壤多孔结构等因素影响农药微生物降解[7]。例如，不同微生物pH耐受性不同，导致不同区域会发生选择性降解。同时，农药可以通过土壤中的化学反应被降解，化学降解的速度和类型受土壤温度、pH、水分以及杀虫剂与土壤结合的影响[8]。物理降解也是环境中农药降解的重要形式。光化学反应对土壤表面分子的降解起着重要作用，因为所有杀虫剂都具有一定的光降解能力，其降解速率与光照强度、暴露时间和杀虫剂性质有关[9]。

2.2 农药的吸附行为

农药吸附是一种化学物质和环境介质吸引结合的现象，常见于土壤环境中。根据间歇平衡法得到吸附等温线，用于评估农药在环境介质中的滞留情况[10]。pH、有机质和土壤改良剂等土壤因子均对农药的吸附行为具有影响。研究表明，有机质含量高及黏性大的土壤环境对农药的吸附性比沙质土壤强得多，该类土壤具有更大的接触面积，同时与环境中的农药及其代谢物有更多的结合位点。例如，硫丹的吸附和解吸能力可能与土壤中黏土和有机质的含量有关，土壤有机质（SOM）、pH和阳离子交换量（CEC）影响农药的吸附与解吸。土壤水分对农药的吸附也有影响，干燥土壤比潮湿土壤吸收更多的杀虫剂，因为在潮湿土壤中，水分子与杀虫剂竞争结合位点。同时，土壤中的有机质也会影响农药及其代谢物在沉积物中的吸附行为，例如，腐植酸会影响滴滴涕（DDT）在沉积物中的吸附。

2.3 农药的浸出行为

农药浸出是农药及其代谢物实现污染与迁徙的重要基础。土壤渗透性是影响农药浸出的重要因素，主要传播媒介是水环境。溶解在水中的农药会随着土壤中的间隙水移动。土壤吸附系数和半衰期影响杀虫剂浸出效果。土壤渗透性越大，土壤中农药浸出的潜力越大。此外，浸出程度也取决于杀虫剂在环境中的持久性[11]。持久性低的杀虫剂浸出可能性低，因为其在土壤中的停留时间较短。相反，若杀虫剂在环境中的持久性高，其在环境中浸出的可能性大。此外，气象条件也是影响农药浸出的重要因素，主要包括年降水量和年平均温度。降水是影响土壤农药浸出的关键因素，同时也是实现地表水和地下水污染汇合的重要途径[12]。

2.4 农药的迁徙行为

农药及其代谢物实现浸出后，将重新释放到自然环境中，并随着环境介质的移动实现迁徙。环境介质的移动能力与农药的迁移速率息息相关。在大多数的农药污染背景下，主要污染区域集中于土壤环境[13]。土壤性质是影响水渗透和农药迁徙的重要条件，如土壤质地和土壤有机质含量。在这些土壤条件中，土壤质地是影响水分运动和土壤中农药运动的重要因素。此外，温度也是影响土壤中农药浸出行为的关键因素，土壤蒸发影响农药在土壤中的浸出量。平均气温升高将导致土壤有机质含量降低，土壤储存和循环碳的能力发生改变，土壤裂缝增加，水、有机质和无机质运动速率增加，水在土壤环境的迁徙能力增强，同时农药污染进一步迁移。这一过程会导致农药污染伴随着水和溶质从土壤表面更快速、更直接地移动到某一深度或直接进入田间排水沟，造成地下水和地表水的污染。