廖建華，周軍英，程 燕，陳 洋

(1.南京信息工程大學(xué)江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210044；2.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042)

農(nóng)藥旱地作物-地表水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估暴露場(chǎng)景研究進(jìn)展

廖建華1，周軍英2①，程 燕2，陳 洋1

(1.南京信息工程大學(xué)江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210044；2.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042)

農(nóng)藥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估暴露場(chǎng)景是某個(gè)區(qū)域與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)藥使用密切相關(guān)的各種條件的綜合，是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中運(yùn)用模型進(jìn)行暴露評(píng)估時(shí)必不可少的。歐盟和美國(guó)在暴露場(chǎng)景構(gòu)建方面開展了大量工作，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)近年來也逐步開展了農(nóng)藥暴露場(chǎng)景構(gòu)建工作。對(duì)歐盟和美國(guó)在農(nóng)藥旱地作物-地表水暴露場(chǎng)景體系構(gòu)建方面的進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，包括場(chǎng)景構(gòu)建的原則、方法、過程以及已形成的場(chǎng)景體系。同時(shí)，對(duì)我國(guó)農(nóng)藥暴露場(chǎng)景建立工作進(jìn)展情況進(jìn)行分析，旨在為我國(guó)農(nóng)藥旱地作物-地表水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估暴露場(chǎng)景的構(gòu)建提供科學(xué)參考。

農(nóng)藥；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；暴露場(chǎng)景；旱地作物-地表水

農(nóng)藥是一把雙刃劍,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮積極作用的同時(shí),也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染[1-3]。農(nóng)藥在田間使用后,有很大一部分會(huì)進(jìn)入土壤中,隨地表徑流流失進(jìn)入地表水或隨土壤孔隙水淋溶進(jìn)入地下水,從而降低水生生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,影響水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,進(jìn)而對(duì)人體健康造成威脅[4-5]。

我國(guó)是農(nóng)藥使用大國(guó),農(nóng)藥的大量使用及使用方式不當(dāng),已經(jīng)造成我國(guó)地表水體大量污染[6-7]。根據(jù)我國(guó)1998年對(duì)全國(guó)109 700 km長(zhǎng)的河流進(jìn)行的評(píng)價(jià)顯示,有70.6%的河流被農(nóng)藥所污染[8]。馮玉潔[9]探究了除草劑對(duì)廣西甘蔗種植區(qū)環(huán)境水體的影響,從地表水中檢出莠去津(最大檢出濃度為0.585 μg·L-1,檢出率為62.5%)、乙草胺(最大檢出濃度為0.311 μg·L-1,檢出率為33.3%)和莠滅凈(最大檢出濃度為0.341 μg·L-1,檢出率為58.3%)。王未等[10]對(duì)我國(guó)區(qū)域性水體農(nóng)藥污染現(xiàn)狀進(jìn)行研究分析,結(jié)果顯示長(zhǎng)江流域有機(jī)磷農(nóng)藥、氨基甲酸酯類農(nóng)藥以及部分?jǐn)M除蟲菊酯類農(nóng)藥殘留量很高。國(guó)外研究也同樣表明地表水受農(nóng)藥污染嚴(yán)重。1992—2001年,美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey,USGS)對(duì)186條河流水樣進(jìn)行檢測(cè),在水樣中檢出21種殺蟲劑、52種除草劑、8種代謝產(chǎn)物、1種殺菌劑和1種殺螨劑,表明在地表水環(huán)境系統(tǒng)中普遍存在農(nóng)藥殘留[11]。2010—2012年,PAPADAKIS等[12]在希臘Vistonis湖流域地表水樣中共檢測(cè)出68種農(nóng)藥,主要有氟草隆(檢出率為75%,最大檢出濃度為0.088 μg·L-1)、高效氯氰菊酯(2012年春季樣品中均有檢出,最大檢出濃度為0.168 μg·L-1)和高效氯氟氰菊酯(2011年春季樣品中均有檢出,最大檢出濃度為0.041 μg·L-1)。DE GERNIMO等[13]對(duì)阿根廷4個(gè)分流域地表水的研究表明,66%的水樣中至少檢測(cè)出1種農(nóng)藥,其中,莠去津、戊唑醇和避蚊胺最大檢出濃度分別為1.4、0.035和0.701 μg·L-1。

農(nóng)藥生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在農(nóng)藥環(huán)境安全管理中發(fā)揮著重要作用[14]。在農(nóng)藥生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中,暴露評(píng)估是關(guān)鍵,暴露評(píng)估主要研究農(nóng)藥在生態(tài)環(huán)境中的時(shí)空分布規(guī)律以及如何從風(fēng)險(xiǎn)源到受體的過程,目的是得到農(nóng)藥在環(huán)境中的暴露量[15]。在暴露評(píng)估中,模型預(yù)測(cè)是主要手段,模型預(yù)測(cè)離不開農(nóng)藥使用的特定環(huán)境,包括當(dāng)?shù)氐臍夂颉⑼寥兰稗r(nóng)作物種植情況等,所有這些條件的綜合就是暴露場(chǎng)景。世界上農(nóng)藥管理較為先進(jìn)的國(guó)家和組織,如歐盟和美國(guó)在模型開發(fā)和場(chǎng)景構(gòu)建方面開展了大量工作,積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)在農(nóng)藥生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面的研究工作起步較晚,但我國(guó)農(nóng)藥管理部門近年來非常重視農(nóng)藥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作,也在積極推進(jìn)場(chǎng)景建立等工作。筆者詳細(xì)介紹了歐盟和美國(guó)在農(nóng)藥旱地作物-地表水暴露場(chǎng)景構(gòu)建方面的進(jìn)展及經(jīng)驗(yàn),分析了我國(guó)的進(jìn)展情況,在此基礎(chǔ)上對(duì)我國(guó)旱地作物-地表水暴露場(chǎng)景構(gòu)建工作提出了建議。

1 暴露場(chǎng)景相關(guān)概念

1.1 暴露場(chǎng)景

暴露場(chǎng)景是關(guān)于暴露究竟如何發(fā)生的一種情景,包括暴露發(fā)生時(shí)各種環(huán)境條件、風(fēng)險(xiǎn)源特征及導(dǎo)致暴露的各種活動(dòng)[16],是某個(gè)區(qū)域與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)藥使用有關(guān)系的各種條件的綜合,是運(yùn)用模型進(jìn)行暴露評(píng)估時(shí)不可缺少的,離開了場(chǎng)景信息,模型將無法運(yùn)行。暴露場(chǎng)景的建立是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工作,需要全面考慮各種因素。因此,暴露場(chǎng)景構(gòu)建是農(nóng)藥生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景

為了增強(qiáng)暴露評(píng)估的科學(xué)性和可比性,有利于農(nóng)藥登記管理,世界上一些組織和國(guó)家,如歐盟和美國(guó)建立了一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景。標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景代表某個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)典型的“現(xiàn)實(shí)中最壞條件(the realistic worst case)”,即現(xiàn)實(shí)存在的最有利于農(nóng)藥產(chǎn)生污染的條件。標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景的構(gòu)建遵循一定的原則,如果農(nóng)藥在標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景下風(fēng)險(xiǎn)較低,那么農(nóng)藥在其他實(shí)際條件下施用也應(yīng)該是安全的。標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景的建立使得農(nóng)藥生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作能夠協(xié)調(diào)一致地進(jìn)行,使得不同評(píng)估之間具有可比性。

1.3 旱地作物-地表水暴露場(chǎng)景

根據(jù)農(nóng)藥施用對(duì)象及受納水體的不同,暴露場(chǎng)景可分為旱地作物-地表水、水稻-地表水、旱地作物-地下水和水稻-地下水4種類型。旱地作物-地表水暴露場(chǎng)景模擬了農(nóng)藥在旱地作物施用后進(jìn)入地表水這一過程。場(chǎng)景信息包括旱地作物的土地利用數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、作物數(shù)據(jù)和地表水的相關(guān)參數(shù)。

2 歐盟旱地作物-地表水標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景構(gòu)建概況

2.1 暴露評(píng)估程序

歐盟農(nóng)藥暴露評(píng)估工作主要是根據(jù)歐盟農(nóng)藥行為模型及應(yīng)用合作論壇(Forum for the Co-Ordination of Pesticide Fate Models and Their Use,FOCUS)的指導(dǎo)文件來進(jìn)行的[17]。FOCUS成立于1993年,成立的主旨就是在整個(gè)歐盟范圍內(nèi)建立統(tǒng)一的農(nóng)藥暴露評(píng)估體系,包括評(píng)估程序、暴露評(píng)估模型及標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景。到目前為止,FOCUS已經(jīng)形成了包含4個(gè)層次的旱地作物-地表水暴露評(píng)估程序(圖1)。

圖1 歐盟植物保護(hù)產(chǎn)品分層次暴露評(píng)估程序Fig.1 Tiered approach for exposure assessment of plant protection products of EU

歐盟地表水暴露評(píng)估的第1步是在最不安全的條件下進(jìn)行的,無需具體地區(qū)的氣象、地形、農(nóng)業(yè)等數(shù)據(jù),只需要農(nóng)藥本身的物理化學(xué)信息,評(píng)估很保守。將暴露濃度和相關(guān)的毒性終點(diǎn)值進(jìn)行比較,如果能夠通過評(píng)估,則結(jié)束評(píng)估,認(rèn)為農(nóng)藥是安全的;第2步和第1步類似,無需具體地區(qū)的氣象、地形、農(nóng)業(yè)等數(shù)據(jù),但考慮農(nóng)藥的連續(xù)施用和農(nóng)藥降解。將暴露濃度與相關(guān)的毒性終點(diǎn)值比較,如果能夠通過評(píng)估,則無需進(jìn)行下一步。前兩步預(yù)測(cè)環(huán)境濃度(predicted environmental concentrations,PECs)的計(jì)算使用的是簡(jiǎn)單的暴露評(píng)估模型——STEPS-ONE-TWO[18],無需建立標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景,假設(shè)地表水體為一個(gè)水深30 cm、底泥層厚5 cm的靜態(tài)水溝,底泥有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%,容重為0.8 kg·L-1。

第3步既考慮農(nóng)藥的連續(xù)施用,又考慮農(nóng)藥降解,同時(shí)基于“現(xiàn)實(shí)中最不安全”的暴露場(chǎng)景,評(píng)估使用的是更加復(fù)雜的暴露評(píng)估模型,包括MACRO[19]、PRZM-SW[20]和TOXSWA[21]。為此,還建立了10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景,涉及3種類型水體(池塘、溝渠和河流),將得到的PECs與相關(guān)的毒性終點(diǎn)值相比較。如果評(píng)估無法通過,則需進(jìn)行第4步風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。這一步需要具體問題具體分析,是最高層次的暴露評(píng)估,考慮了農(nóng)藥的連續(xù)施用、農(nóng)藥降解和其他施用可能,需要根據(jù)具體地區(qū)詳細(xì)的氣象、地形、水文、土壤及農(nóng)作物等數(shù)據(jù)來建立特定場(chǎng)景。還可通過采取各種優(yōu)化措施,比如設(shè)立一定的緩沖區(qū)來評(píng)估農(nóng)藥能否通過評(píng)估[22]。

從低層次向高層次評(píng)估過程中,使用的模型越來越復(fù)雜,考慮的影響因素逐步增加,使用的場(chǎng)景也越來越接近實(shí)際。暴露評(píng)估結(jié)果由保守逐漸向相對(duì)保守及實(shí)際情況靠近。

筆者將介紹第3層次暴露評(píng)估中標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景的構(gòu)建方法和結(jié)果。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景構(gòu)建方法

2.2.1 構(gòu)建原則

歐盟的場(chǎng)景構(gòu)建工作開展較早,迄今已形成了較為成熟的方法體系。暴露場(chǎng)景構(gòu)建總原則是“現(xiàn)實(shí)中最壞條件”原則,此處的最壞是現(xiàn)實(shí)中相對(duì)惡劣的條件,它的核心思想是:若在現(xiàn)實(shí)中最壞的條件下能夠滿足環(huán)境保護(hù)的需要,那么在其他條件下也能滿足[23]81。此外,還有一些具體原則,包括位點(diǎn)選擇原則、作物選擇原則和水體選擇原則。對(duì)旱地作物-地表水場(chǎng)景來說,位點(diǎn)選擇降雨量較大而有機(jī)質(zhì)含量卻相對(duì)較低的壤土或中等程度的黏土。降雨量較大，則易于地表徑流；若有機(jī)質(zhì)含量低,農(nóng)藥則不宜降解。作物選擇場(chǎng)景區(qū)內(nèi)種植面積較大的作物,或者當(dāng)?shù)乇容^有代表性的作物。水體選擇場(chǎng)景區(qū)內(nèi)的典型水體,如代表靜止水體的池塘,代表緩慢流動(dòng)水體的溝渠,代表快速流動(dòng)水體的河流。場(chǎng)景構(gòu)建除遵循以上原則以外,在實(shí)際操作中還需結(jié)合行業(yè)內(nèi)的專家判斷,即既基于基礎(chǔ)科學(xué)理論的數(shù)據(jù)篩選,又依靠專家專業(yè)決策。

2.2.2 構(gòu)建步驟

根據(jù)歐盟農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的特點(diǎn),旱地作物-地表水第3層次標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景分為排水場(chǎng)景(通過機(jī)械方式將農(nóng)田中的水排出農(nóng)田)和徑流流失場(chǎng)景(通過地表徑流方式將農(nóng)田中的水排出農(nóng)田)。場(chǎng)景構(gòu)建分5步進(jìn)行(圖2)。

圖2 歐盟地表水現(xiàn)實(shí)中最壞場(chǎng)景識(shí)別方法Fig.2 Pragmatic method of EU for identifying scenarios of the worst surface water exposure in reality

(1)數(shù)據(jù)收集

場(chǎng)景構(gòu)建需要大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù),要求數(shù)據(jù)具有一定的代表性和權(quán)威性。歐盟的氣象數(shù)據(jù)(包括多年平均降水量、多年春秋季平均氣溫、年平均補(bǔ)給等)來自英國(guó)東英吉利大學(xué)氣候研究中心;坡度和土地利用數(shù)據(jù)來自美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局;土壤數(shù)據(jù)(包括土壤質(zhì)地、排水現(xiàn)狀和母質(zhì)數(shù)據(jù)等)來自歐洲土壤數(shù)據(jù)庫;作物數(shù)據(jù)來自歐洲統(tǒng)計(jì)局的REGIO數(shù)據(jù)庫。

(2)農(nóng)業(yè)環(huán)境分級(jí)

暴露場(chǎng)景構(gòu)建的第2步是根據(jù)農(nóng)業(yè)環(huán)境特征的糟糕情況進(jìn)行分級(jí),歐盟將農(nóng)業(yè)環(huán)境分為最好、中等、最壞和極壞4種情況。農(nóng)藥在作物上施用后,通過各種途徑進(jìn)入地表水中,進(jìn)入地表水中的農(nóng)藥量是由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境決定的。降雨量越大,農(nóng)藥則越易隨地表徑流進(jìn)入地表水,因此,降雨量較大的區(qū)域相對(duì)于降雨量較小的區(qū)域更糟糕;氣溫低,農(nóng)藥則不易降解,易存留在環(huán)境中,氣溫低的區(qū)域比氣溫高的區(qū)域更糟糕;坡度越大,越容易發(fā)生地表徑流,坡度大的區(qū)域比坡度小的區(qū)域更糟糕;土壤有機(jī)質(zhì)含量越低,農(nóng)藥不易降解,易隨地表徑流進(jìn)入地表水體,土壤有機(jī)質(zhì)含量低的區(qū)域比有機(jī)質(zhì)含量高的區(qū)域更糟糕。

(3)空間數(shù)據(jù)庫疊加

第3步是對(duì)分級(jí)后的空間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行疊加,空間數(shù)據(jù)的柵格單元具有對(duì)應(yīng)小區(qū)域內(nèi)環(huán)境特征。將同一個(gè)區(qū)域內(nèi)不同屬性信息的柵格單元疊加,這樣得到的柵格單元同時(shí)具有多種農(nóng)業(yè)環(huán)境特征,如氣溫、降水、坡度和土壤質(zhì)地等。

(4)選擇10個(gè)現(xiàn)實(shí)的組合

根據(jù)疊加好的空間數(shù)據(jù),選擇農(nóng)業(yè)環(huán)境特征現(xiàn)實(shí)中最壞情況組合。由于不同的旱地作物之間農(nóng)藥使用方式及種植方式等有很大差異,對(duì)作物劃分得越細(xì)，就越具有針對(duì)性,評(píng)估就越準(zhǔn)確。根據(jù)研究對(duì)象,選擇對(duì)應(yīng)的作物種植面積大的區(qū)域,在作物種植區(qū)域內(nèi),用比較現(xiàn)實(shí)的方法選擇10個(gè)現(xiàn)實(shí)的組合。

(5)場(chǎng)景點(diǎn)的最終確定

最后,根據(jù)各地區(qū)固有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境糟糕的性質(zhì)選出不超過10個(gè)代表性場(chǎng)景點(diǎn)。為了讓場(chǎng)景點(diǎn)具有代表性,歐盟在每個(gè)國(guó)家最多選取1個(gè)場(chǎng)景點(diǎn),但是法國(guó)有所不同,1個(gè)代表歐盟北部區(qū)域,1個(gè)代表歐盟南部區(qū)域?？紤]到建立模型需要大量數(shù)據(jù),具體的場(chǎng)景點(diǎn)需選在具有大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的地區(qū),方便數(shù)據(jù)的收集和最后場(chǎng)景的驗(yàn)證。綜合考慮以上因素,最后確定10個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景構(gòu)建結(jié)果

到目前為止,FOCUS在整個(gè)歐盟地區(qū)構(gòu)建了10個(gè)地表水標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景點(diǎn)[17]。其中,有6個(gè)排水場(chǎng)景點(diǎn)和4個(gè)地表徑流流失場(chǎng)景點(diǎn)。歐盟的地表水場(chǎng)景代表歐盟33%的區(qū)域面積,構(gòu)建的場(chǎng)景滿足90th百分位的保護(hù)。歐盟旱地作物-地表水場(chǎng)景點(diǎn)分布見圖3。各場(chǎng)景點(diǎn)的特征見表1。

3 美國(guó)旱地作物-地表水標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景構(gòu)建概況

3.1 暴露評(píng)估程序

美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(US Environmental Protection Agency,USEPA)形成了農(nóng)藥水生生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的分層次評(píng)估程序,分為4個(gè)層次,每層中對(duì)應(yīng)的暴露評(píng)估程序也分為4個(gè)層次。第1層次是簡(jiǎn)單假設(shè),根據(jù)假設(shè)的田塊/水體比,以及農(nóng)藥從田塊流失、漂移進(jìn)入地表水體的量占農(nóng)藥施用量的比例來計(jì)算估計(jì)環(huán)境濃度(estimated environmental concentration,EEC),使用簡(jiǎn)單的GENEEC[24]模型;第2層次利用建立的標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景,使用復(fù)雜的農(nóng)藥根際地帶模型與暴露分析模擬系統(tǒng)(PRZM-EXAMS)模型,評(píng)估水體的暴露濃度值;第3層次通過微宇宙、中宇宙模擬或其他途徑得到的更為接近現(xiàn)實(shí)的行為數(shù)據(jù)輸入復(fù)雜模型,重新進(jìn)行暴露濃度計(jì)算;第4層次通過田間試驗(yàn)和實(shí)際監(jiān)測(cè),可得到現(xiàn)實(shí)的暴露濃度值,也可直接觀察到農(nóng)藥對(duì)水生生物的影響[23]6-7。

★場(chǎng)景點(diǎn)。D1～D6為排水場(chǎng)景,R1～R4為流失場(chǎng)景。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景構(gòu)建結(jié)果

美國(guó)是世界上較早開展暴露場(chǎng)景構(gòu)建的國(guó)家,建立的場(chǎng)景也最多。但是對(duì)于場(chǎng)景的構(gòu)建方法,USEPA及其相關(guān)機(jī)構(gòu)沒有形成指導(dǎo)文件。美國(guó)建立的場(chǎng)景與其開發(fā)的模擬平臺(tái)結(jié)合在一起。美國(guó)在使用的旱地作物-地表水暴露模擬平臺(tái)有SWCC(surface water concentration calculator)系列[25]、PWC(pesticide in water calculator)系列[26]和EXPRESS(EXAMS-PRZM exposure simulation shell)系列[27]。迄今為止,PWC和SWCC模擬平臺(tái)使用相同的場(chǎng)景,包含69個(gè)標(biāo)準(zhǔn)作物場(chǎng)景和55個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)作物場(chǎng)景。在EXPRESS 1.03.02平臺(tái)上內(nèi)置179個(gè)場(chǎng)景,其中有85個(gè)標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)景,此外,還有94個(gè)待修訂場(chǎng)景。每個(gè)場(chǎng)景包括以下信息:(1)州名;(2)作物類型;(3)土壤特性;(4)氣象數(shù)據(jù)。

美國(guó)按州分類的標(biāo)準(zhǔn)旱地作物場(chǎng)景見表2。

表1 歐盟各旱地作物-地表水場(chǎng)景點(diǎn)特征

D1～D6為排水場(chǎng)景,R1～R4為流失場(chǎng)景。

表2 美國(guó)按州劃分的標(biāo)準(zhǔn)旱地作物場(chǎng)景

Table 2 Upland crop scenarios classified in line with the standard of each state in US

州名作物場(chǎng)景加利福尼亞州杏樹/核桃;柑橘;棉花;水果;非柑橘;萵苣;苗圃;洋蔥;葡萄;蕃茄佛羅里達(dá)州鱷梨;甘藍(lán);胡蘿卜;柑橘;黃瓜(蔬菜);苗圃;胡椒;草莓;甘蔗;草皮;蕃茄喬治亞州桃樹;洋蔥;美洲山核桃樹印第安那州馬鈴薯伊利諾伊州玉米肯薩斯州高粱路易斯安那州甘蔗緬因州馬鈴薯密歇根州蘆筍;豆;櫻桃樹;苗圃明尼蘇達(dá)州甜菜密西西比州玉米;棉花;大豆北卡羅來納州蘋果;玉米;棉花;花生;甘薯;煙草北達(dá)科他州油菜籽;小麥新澤西州苗圃紐約州葡萄俄亥俄州玉米俄勒岡州蘋果;圣誕樹;榛子;草種;啤酒花;薄荷;蔬菜(扁豆);苗圃賓夕法尼亞州蘋果;玉米;蔬菜(蕃茄);草皮波多黎哥咖啡田納西州苗圃

4 我國(guó)旱地作物-地表水標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)景構(gòu)建概況

近些年,我國(guó)農(nóng)藥管理部門逐漸認(rèn)識(shí)到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要性,開展了一些相關(guān)研究項(xiàng)目。如環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所與美國(guó)Waterborne環(huán)境咨詢公司合作開展的“農(nóng)藥生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)研究項(xiàng)目”,側(cè)重對(duì)美國(guó)已建立模型的研究,選擇在美國(guó)乃至世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的PRZM、RICEWQ、EXAMS、VADOFT和ADAM等模型進(jìn)行二次開發(fā),構(gòu)建了我國(guó)農(nóng)藥暴露模擬外殼——PRAESS(pesticide risk assessment exposure simulation shell)[28],PRAESS包含PRZM-EXAMS、RICEWQ-EXAMS、PRZM-ADAM和RICEWQ-VADOFT-ADAM這4套模擬模型,分別模擬旱地作物-地表水(包含2個(gè)場(chǎng)景,位于江蘇南通的棉花場(chǎng)景和河南駐馬店的玉米場(chǎng)景)、水稻-地表水(包含2個(gè)場(chǎng)景,分別位于江蘇常州和浙江杭州)、旱地作物-地下水(包含2個(gè)場(chǎng)景,位于江蘇南通的棉花場(chǎng)景和河南駐馬店的玉米場(chǎng)景)、水稻-地下水(包含8個(gè)場(chǎng)景)4種不同類型場(chǎng)景[29]。PRAESS目前已整合了14個(gè)暴露場(chǎng)景,還有10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)旱地作物-地下水場(chǎng)景待整合。

此外,農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥檢定所與荷蘭瓦赫寧根大學(xué)阿爾特拉研究所(Alterra)合作開展的“中荷合作農(nóng)藥環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目”,在對(duì)歐盟現(xiàn)有的農(nóng)藥暴露評(píng)估模型進(jìn)行比較研究的基礎(chǔ)上,選擇PEARL模型進(jìn)行二次開發(fā),構(gòu)建了可用于我國(guó)農(nóng)藥暴露模擬的China-PEARL和TOP-rice模型[30]。China-PEARL模型用于模擬旱地作物-地下水場(chǎng)景,獲得農(nóng)藥在旱地作物上使用后淋溶進(jìn)入地下水中的濃度[31];TOP-rice模型用于模擬稻田-地表水場(chǎng)景,獲得農(nóng)藥在稻田使用后進(jìn)入臨近地表水體中的濃度,這2個(gè)模型共完成8個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)12種作物的場(chǎng)景構(gòu)建[32]。

這些研究成果為制訂我國(guó)農(nóng)藥登記環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供了重要的技術(shù)支撐。2014年,環(huán)境保護(hù)部將“農(nóng)藥生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)程序與方法”列入環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目,該標(biāo)準(zhǔn)將用于農(nóng)藥登記后的跟蹤評(píng)估。2016年5月23日,農(nóng)業(yè)部正式頒布我國(guó)第1部《農(nóng)藥登記環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》,并于2016年10月1日起實(shí)施,用于農(nóng)藥登記前的評(píng)估。雖然近些年開展的相關(guān)研究項(xiàng)目在農(nóng)藥暴露模擬上取得了突破性成果,但在旱地作物-地表水暴露評(píng)估研究上還不足,只構(gòu)建了2個(gè)典型的旱地作物-地表水場(chǎng)景。我國(guó)幅員遼闊,各地區(qū)之間農(nóng)藥使用、農(nóng)作物種植管理、氣候和土壤等條件差異較大,需要在全國(guó)范圍內(nèi)建立一系列標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景。

5 分析與建議

5.1 國(guó)外旱地作物-地表水標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景構(gòu)建分析

歐盟和美國(guó)場(chǎng)景構(gòu)建比較成熟,構(gòu)建的場(chǎng)景種類多,已用于農(nóng)藥的登記管理決策中,并發(fā)揮著積極作用。歐盟和美國(guó)的評(píng)估程序在每一步的研究目的、研究?jī)?nèi)容等方面基本相同,在暴露分析方面的區(qū)別主要體現(xiàn)在低層次分析上,在暴露分析方法、暴露模擬模型以及模型所模擬的暴露途徑方面不同,高層次是相同的,都采用田間模擬試驗(yàn)及實(shí)際監(jiān)測(cè)。歐盟暴露場(chǎng)景構(gòu)建已形成專門的指導(dǎo)文件,有明確的暴露場(chǎng)景構(gòu)建原則、方法和步驟,介紹了暴露場(chǎng)景氣候、農(nóng)作物管理參數(shù)、土壤和水體等特征,以及結(jié)合模型對(duì)水體暴露濃度值進(jìn)行計(jì)算與驗(yàn)證。截至目前,歐盟構(gòu)建了10個(gè)旱地作物-地表水標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景點(diǎn),每個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)包含1種或者多種旱地作物,6個(gè)徑流場(chǎng)景點(diǎn)共有44個(gè)標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景,4個(gè)排水場(chǎng)景點(diǎn)共有45個(gè)標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景。美國(guó)沒有形成場(chǎng)景構(gòu)建指導(dǎo)文件,但是構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景很多,EXPRESS系列包含85個(gè)標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景,SWCC和PWC系列包含69個(gè)標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景,考慮的作物種類比較全面,場(chǎng)景廣泛地分布在主要作物種植區(qū)。

場(chǎng)景是和暴露模擬外殼結(jié)合在一起使用的,歐盟使用的是SWASH[33]外殼,包括模擬地表徑流過程的PRZM模型、模擬排水過程的MACRO模型、計(jì)算噴霧漂移的漂移計(jì)算器以及模擬農(nóng)藥在水體中行為的TOXSHA模型。美國(guó)使用的外殼比較多,目前在使用的有EXPRESS、PWC和SWCC等,模型主要有用于模擬農(nóng)藥在作物根區(qū)以內(nèi)或以下的不飽和土層中的轉(zhuǎn)運(yùn)和轉(zhuǎn)化的農(nóng)藥根際地帶模型(pesticide root zone model,PRZM)、估算農(nóng)藥等有機(jī)化學(xué)物質(zhì)在水體中的環(huán)境行為和暴露濃度的暴露分析模擬系統(tǒng)(exposure analysis modeling system,EXAMS)以及變?nèi)萘克w模型(variable volume water model,VVWM)。美國(guó)構(gòu)建的場(chǎng)景能夠?yàn)椴煌哪M平臺(tái)使用,通過平臺(tái)和場(chǎng)景的不斷更新,評(píng)估的精確度越來越高。

總之,歐盟和美國(guó)在場(chǎng)景構(gòu)建方面都有自己的特點(diǎn),為我國(guó)場(chǎng)景構(gòu)建研究提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

5.2 對(duì)我國(guó)今后旱地作物-地表水標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景構(gòu)建的建議

我國(guó)場(chǎng)景構(gòu)建雖然起步較晚,但是發(fā)展迅速,已建立了適合我國(guó)的PRAESS模型平臺(tái)和十幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景。但我國(guó)旱地作物-地表水場(chǎng)景體系構(gòu)建尚未完成,今后我國(guó)在旱地作物-地表水標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)景的構(gòu)建方面,需要考慮并解決以下問題:

(1)形成我國(guó)場(chǎng)景構(gòu)建的指導(dǎo)性文件

我國(guó)與國(guó)外的情況不同,在構(gòu)建我國(guó)場(chǎng)景時(shí),一方面,要充分借鑒國(guó)外方法,另一方面,要緊密結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)分析,在實(shí)踐中形成我國(guó)實(shí)際情況的場(chǎng)景構(gòu)建方法,并形成指導(dǎo)性文件。

(2)構(gòu)建滿足我國(guó)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需求的標(biāo)準(zhǔn)暴露體系

我國(guó)幅員遼闊,各區(qū)域間條件差異很大,需要在每個(gè)區(qū)域盡可能地選擇代表性場(chǎng)景,可以根據(jù)全國(guó)旱地作物種植分布情況,考慮在旱地作物種類多、種植面積大的區(qū)域多建立一些場(chǎng)景。同時(shí)考慮到保護(hù)當(dāng)?shù)靥赜械淖魑?在旱地作物種類單一、種植面積小的區(qū)域少建立一些場(chǎng)景,這樣既考慮了場(chǎng)景的代表性,又兼顧了全國(guó)的情況。標(biāo)準(zhǔn)暴露體系的建立使得農(nóng)藥生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作能夠協(xié)調(diào)一致地進(jìn)行,使得不同評(píng)估之間具有可比性。

(3)加強(qiáng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)及共享

暴露場(chǎng)景的建立需要大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù),包括氣象、作物、農(nóng)藥和土壤數(shù)據(jù)等。相比于國(guó)外,我國(guó)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的建設(shè)及共享還有很大差距。相關(guān)的氣象、農(nóng)業(yè)和土壤等數(shù)據(jù)部門需要建設(shè)種類更加全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,并能及時(shí)更新和積極共享數(shù)據(jù),為我國(guó)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及科學(xué)研究提供信息保障。

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(責(zé)任編輯： 李祥敏)

Progress on Development of Upland Crop-Surface Water Exposure Scenarios for Pesticide Risk Assessment.

LIAOJian-hua1,ZHOUJun-ying2,CHENGYan2,CHENYang1

(1.Jiangsu Collaborative Innovation Center of Atmospheric Environment and Equipment Technology (CICAEET), Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China; 2.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China)

Exposure scenario for risk assessment of pesticides is an integration of a region with all conditions closely related to agricultural production and pesticide utilization in the area and an indispensable means of using exposure assessment models in pesticide risk assessment. A lot of works on exposure scenario construction have been done in EU and US with a rich accumulation of experience. In recent years, China has also unfolded gradually its work on construction of exposure scenarios. A review is presented summarizing progresses EU and US have made in development of construction of upland-crop-surface-water pesticide exposure scenario systems, including the principles, methods and processes of scenario construction and scenario systems already set up. The progress on the development of exposure scenario in China has been analyzed, in an attempt to provide some scientific reference for the development of an upland crop-surface water pesticide exposure scenario system in China.

pesticide; risk assessment; exposure scenario; upland crop-surface water

2016-07-06

國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目(2014-72);2016中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)

X171.5;X820.4

A

1673-4831(2017)04-0289-08

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.04.001

廖建華(1990—),男,安徽金寨人,碩士生,主要從事農(nóng)藥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究。E-mail: 912307194@qq.com

① 通信作者E-mail: zjy@nies.org