在受控条件下，利用自动化扫描电子显微镜-能量色散谱（SEM-EDX）粒子分析方法对防污涂层中释放的微塑料进行表征

《Environmental Pollution》：Characterization of microplastics from antifouling coatings released under controlled conditions with an automated SEM-EDX particle analysis method

新烟碱类杀虫剂（NNIs）在重庆涪陵山区农业土壤和水体中普遍存在，土壤中氟铃脲占比最高（84.8%），水体以氟铃脲、噻虫嗪等多组分共存为主。土壤NNIs浓度显著高于森林土壤（11.45 ng/g vs 0.17 ng/g），近城镇水体NNIs浓度是森林背景区3.4倍。土壤-水体NNIs浓度呈显著负相关，表明土壤污染是水体污染的重要来源。结构方程模型（SEM）和SHAP分析表明，土壤NNIs浓度、容重和海拔是主要影响因素。生态风险评估显示整体风险低，但13%土壤和28%水体样本超过慢性HC5阈值。该研究揭示了NNIs在农业土壤中的富集特征及其向水体的迁移规律。

　　在当今全球农业发展的背景下，杀虫剂的使用已成为保障作物产量和质量的重要手段。然而，随着其广泛应用，其对生态环境的潜在影响也逐渐引起关注。特别是新烟碱类杀虫剂（Neonicotinoid insecticides, NNIs），这类杀虫剂因其高效性和广谱性，被广泛应用于多种作物的病虫害防治中。然而，它们的残留物在土壤和水体中的检测率日益上升，引发了关于其对生态系统和人类健康影响的担忧。因此，系统研究NNIs在土壤和水体中的存在特征、迁移规律及其生态风险，不仅有助于理解其环境行为，也为制定科学的防控措施提供了理论依据。

新烟碱类杀虫剂是一类具有独特作用机制的化学农药，其分子结构与尼古丁相似，能够选择性地作用于昆虫的神经系统，从而有效控制害虫种群。这类杀虫剂的使用始于20世纪90年代，随着对传统有机氯和有机磷类杀虫剂的禁用，NNIs迅速成为全球范围内广泛使用的杀虫剂之一。在中国，NNIs的使用范围也不断扩大，主要集中在农业生产活跃的地区。然而，随着其使用量的增加，NNIs的环境残留问题日益突出，尤其是在农业生态系统中，其对土壤和水体的污染程度不容忽视。

研究表明，NNIs在土壤和水体中的检测率普遍较高。例如，在一项针对中国农业土壤的全国性调查中，所有采集的土壤样本中均检测到了NNIs，其中以imidacloprid（IMI）的含量最为显著。这一现象表明，NNIs的污染已在中国农业土壤中普遍存在。而在水体中，NNIs的检测率同样较高，尤其是在靠近城镇的水体中，其浓度显著高于自然背景区域。这种污染的扩散不仅与农业活动的强度有关，还受到土壤性质、地形地貌、降雨量等多种环境因素的影响。

土壤和水体中NNIs的浓度差异，揭示了其在不同介质中的迁移特性。土壤中的NNIs浓度往往受到土壤有机质含量、土壤密度、pH值以及地形坡度等因素的影响。例如，高土壤有机质和高土壤密度的环境，有助于NNIs的吸附和残留，从而提高其在土壤中的浓度。而较高的pH值和较陡的坡度则可能促进NNIs的分解和流失，导致其在土壤中的浓度降低。此外，降雨事件在NNIs的迁移过程中起着关键作用。在降雨过程中，土壤中残留的NNIs可以通过地表径流被带入邻近的水体，进而影响水体中的NNIs浓度。特别是在农业区，由于土壤结构较为松散，NNIs更容易通过径流进入水体，从而造成水体污染。

水体中的NNIs浓度不仅与土壤中的残留量有关，还受到水体流速、水文条件以及水体与土壤的交互作用影响。在农业区附近的河流中，由于径流的集中和水流速度的加快，NNIs的扩散速度明显提高，导致下游水体中的浓度显著上升。这种现象表明，NNIs在土壤和水体之间的迁移不仅是一个简单的物理过程，更是一个复杂的环境交互过程，受到多种因素的共同影响。

为了全面评估NNIs在土壤和水体中的存在特征及其对生态系统的潜在风险，本研究选取了中国重庆市涪陵区作为研究对象。该地区地处长江与乌江交汇处，拥有丰富的农业资源和独特的地理位置，是研究NNIs环境行为的理想区域。通过采集土壤和水体样本，分析其中NNIs的种类和浓度，本研究旨在揭示NNIs在土壤和水体中的分布规律，评估其对生态系统的潜在影响，并探讨其在不同土地利用类型下的迁移特性。

研究结果表明，NNIs在涪陵区的土壤和水体中均被广泛检测到，且检测率高达100%。其中，IMI在土壤中的占比最高，达到了84.8%，而在水体中，IMI、噻虫嗪（THIA）、吡虫啉（DIN）和氯噻啉（CLO）的共同存在较为普遍。这些数据不仅反映了NNIs在土壤和水体中的广泛分布，还揭示了其在不同环境介质中的存在特征。例如，土壤中主要以IMI为主，而水体中则呈现出多种成分共存的现象，这可能与农业活动的多样性以及水体的流动特性有关。

此外，研究还发现，土壤中的NNIs浓度与水体中的NNIs浓度之间存在显著的负相关关系。这意味着，土壤中较高的NNIs残留量可能会导致水体中相应浓度的增加。这一发现对于理解NNIs在土壤和水体之间的迁移机制具有重要意义。通过使用扫描电子显微镜（SEM）和SHAP分析，研究进一步确认了土壤中的NNIs浓度、土壤密度和地形高度是影响邻近水体中NNIs含量的主要因素。这些因素共同作用，决定了NNIs在土壤和水体之间的迁移路径和速率。

在生态风险评估方面，研究结果表明，涪陵区的总体生态风险处于较低水平。然而，仍有部分土壤和水体样本显示出较高的风险指数。例如，有13%的土壤样本中，风险熵α超过了1，而28%的水体样本中，风险系数超过了慢性危害浓度阈值（HC5）。这些数据提示，尽管总体风险较低，但在某些特定区域，NNIs的残留可能对生态系统造成较为明显的负面影响。因此，有必要进一步关注这些高风险区域，采取针对性的防控措施，以降低其对生态环境的潜在威胁。

研究还发现，NNIs的生态风险不仅与其在土壤和水体中的浓度有关，还与其对不同生物的毒性作用密切相关。例如，IMI作为主要的NNI成分，其对非目标生物的影响尤为显著。在农业生态系统中，NNIs可能对蜜蜂、水生生物以及土壤微生物等产生潜在危害。因此，对NNIs的生态风险进行系统评估，不仅有助于了解其对自然生态系统的潜在影响，也为制定有效的环境保护政策提供了科学依据。

为了更好地理解NNIs在不同环境介质中的迁移和分布规律，本研究还分析了其在不同土地利用类型下的污染特征。例如，经济作物区的土壤中，NNIs的浓度明显高于自然植被区，这可能与农业活动的强度和频率有关。此外，研究还发现，不同土地利用类型对NNIs在水体中的浓度分布具有显著影响。例如，靠近城镇的水体中，NNIs的浓度普遍高于远离人类活动的自然水体，这可能与农业活动的集中以及人类活动的间接影响有关。

在研究方法上，本研究采用了多种分析手段，包括样品采集、化学分析以及生态风险评估。通过对土壤和水体样本的采集和检测，研究人员能够全面掌握NNIs在不同环境介质中的分布情况。同时，利用SEM和SHAP分析等技术，可以更深入地探讨NNIs在土壤和水体之间的迁移机制，以及其在不同环境因素下的变化趋势。这些方法的应用，不仅提高了研究的科学性和准确性，也为未来相关研究提供了新的思路和技术支持。

研究还强调了生态风险评估的重要性。通过计算总风险熵α和风险系数，研究人员能够定量评估NNIs对生态环境的潜在影响。这一评估方法不仅考虑了不同生物对NNIs的敏感性，还反映了生态系统整体的健康状况。因此，生态风险评估结果可以为环境管理者提供科学依据，帮助其制定更加合理的环境保护政策。

在实际应用中，本研究的结果对于制定有效的农业污染防治措施具有重要意义。例如，通过了解NNIs在土壤和水体中的迁移路径，可以优化农药的使用方式，减少其对环境的污染。此外，针对不同土地利用类型，制定差异化的管理策略，有助于降低NNIs的环境风险。例如，在经济作物区，可以通过改进农业管理措施，如合理施肥、控制灌溉频率等，来减少NNIs的残留和迁移。而在靠近城镇的水体中，可以加强污染源的管控，减少农业活动对水体的直接影响。

本研究的另一个重要发现是，NNIs的污染不仅局限于农业区，还可能扩散到周边自然生态系统中。这种污染的扩散，可能会对当地的生物多样性产生影响，甚至对整个生态系统的稳定性构成威胁。因此，有必要加强对NNIs污染的监测和管理，特别是在农业区与自然生态系统交界处，以防止其对生态系统的进一步破坏。

综上所述，本研究通过对涪陵区土壤和水体中NNIs的系统分析，揭示了其在不同环境介质中的存在特征、迁移规律以及生态风险。研究结果表明，NNIs在农业生态系统中具有较高的污染水平，其在土壤和水体中的浓度受到多种环境因素的影响。此外，生态风险评估结果提示，尽管总体风险较低，但在某些特定区域，NNIs的残留可能对生态系统造成较为明显的负面影响。因此，本研究不仅为理解NNIs的环境行为提供了科学依据，也为制定有效的农业污染防治措施提供了理论支持。通过进一步研究NNIs在不同环境条件下的迁移和残留特性，可以更全面地评估其对生态环境的潜在影响，从而为实现可持续农业发展和生态环境保护提供科学指导。