陕西典型农业区有机磷和菊酯类农药污染特征研究及风险评估

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作为社会生产和日常生活中尤为重要的生产资料,农药在其发展的历程中做出了很大的贡献,但是人们对农药的不合理使用也使得自然环境产生了一系列的负面影响,因此有必要了解当前农业生产中土壤和农产品的农药残留现状以及农药残留污染对生态环境造成的影响。本论文以陕西典型农产品产地为研究区域,以毒死蜱(chlorpyrifos)、高效氯氟氰菊酯(lambda-cyhalothrin)、氯氰菊酯(cypermethrin)和漠氰菊酯(deltamethrin)这几种主要有机磷及菊酯类农药为目标污染物,结合土壤性质及农产品种类的差异,揭示不同区域和不同种植条件下农业土壤和农产品中农药的残留水平、分布特征及影响因素,并对土壤及农产品的农药残留进行风险评估。研究结果如下:(1)为探究陕西农田有机磷和菊酯类农药的残留情况,采集关中、陕北和陕南的农田土壤样品,采用气相色谱-质谱法(GC-MS)对陕西农田土壤样品有机磷和菊酯类农药残留进行测定分析。研究区域土壤中毒死蜱、氯氰菊酯、溴氰菊酯和高效氯氟氰菊酯的检出率分别为70%、51%、41%和9%,其中,毒死蜱的农药残留水平相对较高,土壤中毒死蜱的平均含量为58.97μg·kg-1,残留范围nd~170.31 μg·kg-1。农药残留在不同区域土壤中呈现不同的分布特征:关中、陕北和陕南土壤中毒死蜱和氯氰菊酯的检出率较高,关中地区溴氰菊酯的检出率在大棚中高于大田,陕北和陕南地区毒死蜱和溴氰菊酯在大棚中的检出率高于大田。高效氯氟氰菊酯和溴氰菊酯的平均含量在关中地区最高,而毒死蜱和氯氰菊酯的平均含量均在陕南地区达到最高。不同利用类型土壤中,农药含量水平表现为大田土壤>果园土壤>蔬菜地土壤,且毒死蜱的残留量远高于其他几种农药。相关性分析表明,土壤有机碳与四种农药相关性不显著;高效氯氟氰菊酯与氯氰菊酯显著正相关,两者之间可能具有相同或相近的源;而氯氰菊酯和pH呈显著负相关,表明土壤酸碱度可能会影响氯氰菊酯的降解;而溴氰菊酯和土壤阳离子交换量之间呈显著正相关。(2)利用气相色谱-质谱法测定陕西农产品中有机磷和菊酯类农药的残留含量,探究农产品对农药的生物富集特性,并进行相关性分析。结果表明,本研究区农产品中四种农药均有不同程度的检出,残留水平整体上呈毒死蜱>溴氰菊酯>氯氰菊酯>高效氯氟氰菊酯。不同农产品对农药的富集能力差异较大,毒死蜱在蔬菜类(白菜、茄子和辣椒等)农产品的富集能力较强,在水果类和大田作物类中相对较弱;空心菜对溴氰菊酯的生物富集作用明显强于其他蔬菜类,水果类农产品对溴氰菊酯的生物富集作用最弱。相关性分析表明,土壤-农产品中氯氰菊酯之间呈正相关性,而土壤-农产品中毒死蜱之间无相关性;土壤-农产品中溴氰菊酯之间、土壤-农产品中高效氯氟氰菊酯之间均呈负相关,且相关性较弱。四种农药在不同地区、不同种类的农产品中残留量有所差异,关中农产品中农药的残留量整体上呈毒死蜱>溴氰菊酯>高效氯氟氰菊酯>氯氰菊酯,其中玉米中的农药残留较高;陕北农产品中农药残留量整体上呈毒死蜱>溴氰菊酯>氯氰菊酯>高效氯氟氰菊酯;陕南农产品中毒死蜱的残留量整体上最高。关中、陕北和陕南三个地区的玉米中均有农药残留检出,关中玉米和小麦样品的农药残留量均高于陕南的农药残留;西红柿样品中高效氯氟氰菊酯的残留量远高于其他农作物的残留量。(3)以赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)为指示生物,根据土壤农药残留情况,在人工模拟土壤中添加不同浓度梯度的农药来评估污染土壤对蚯蚓的毒性效应。结果表明,添加与研究区域土壤农药残留水平相当浓度的农药处理后,会引起蚯蚓的毒性反应,暴露在毒性条件下的蚯蚓的表皮发生了形态变化,同时出现了明显的回避行为,回避率均高于55%。对土壤农药残留水平进行生态风险评估,结果显示土壤生态风险指数均小于1,表明研究区的土壤生态风险较小,不会对土壤环境和质量造成威胁。除陕南土豆地中高效氯氟氰菊酯有低风险现象外,关中、陕北和陕南三个地区土壤中高效氯氟氰菊酯的风险指数很小(<0.001),基本可以忽略。关中和陕北土壤中毒死蜱、氯氰菊酯和溴氰菊酯风险指数在0.001~0.1范围,处于低风险;陕南土壤中氯氰菊酯在土豆地和玉米地中存在个别中风险。在同等浓度水平下对农产品进行模拟人工胃肠液实验,人工胃环境和肠环境获得的生物可给量数据显示,经胃摄入的农产品中四种农药均有很大一部分不能被人体所吸收,毒死蜱、氯氰菊酯、溴氰菊酯和高效氯氟氰菊酯在胃阶段的生物可给性范围分别为4.59%~34.88%、0~16.77%、0~45.34%和0~16.24%;在肠阶段的生物可给性范围分别为4.26%~24.83%、0~21.37%、0~25.65%和0~9.04%。有部分农产品的农药残留量超出了《GB 2762-2017食品安全国家标准食品中污染物限量》中的限值,根据农产品中农药残留水平进行膳食暴露风险评估,结果显示人体健康风险指数均小于1,在可接受范围内,表明在现有残留水平下农产品中的农药残留不会对饮食人群的健康造成明显的风险。
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