新烟碱类杀虫剂在山区农业土壤和河流水体中的存在特征及其环境归趋

《Environmental Pollution》：Occurrence Characteristics and Environmental Fate of Neonicotinoid Insecticides in Mountain Agricultural Soils and River Waters

全氟虫icide（NNIs）在重庆涪陵区土壤和河流水体的空间分布特征、迁移规律及生态风险研究。结果显示：1）NNIs在土壤和水中检出率达100%，土壤以烟碱（IMI）为主（84.8%），河流以IMI、噻虫嗪等多组分共存；2）农田土壤NNIs浓度（11.45 ng/g）是森林土壤的67.9倍，城镇周边水体总浓度（102.65 ng/L）为森林背景区3.4倍；3）土壤与水体NNIs浓度显著负相关（r=-0.65，p<0.01），SEM和SHAP分析表明土壤NNIs浓度、容重及海拔是主要驱动因素；4）生态风险整体低（CR=0.28），但13%土壤和28%水体存在高风险（α>1，HC5>）。该研究揭示了山区农业区NNIs的时空分布规律及风险阈值，为精准防控提供依据。

　　近年来，随着农业技术的不断发展和化学农药的广泛应用，新烟碱类杀虫剂（Neonicotinoid Insecticides, NNIs）逐渐成为全球农业生产中使用最为广泛的杀虫剂之一。这类杀虫剂因其高效性和广谱性而受到青睐，但同时也因其对生态环境和人类健康的潜在影响而引发广泛关注。新烟碱类杀虫剂主要包括多种化合物，如imidacloprid（IMI）、thiamethoxam（THIA）、dinotefuran（DIN）和clothianidin（CLO）等。这些化合物在土壤和水体中的残留问题，已成为环境科学和生态学研究的重要课题。

新烟碱类杀虫剂因其高度的水溶性和较长的降解半衰期，能够在环境中长期存在并迁移。例如，某些新烟碱类杀虫剂在水中的降解半衰期可达4.7至400.3天，而在土壤中的半衰期则可能更长，达到3至超过1000天。这种特性使得新烟碱类杀虫剂不仅在施药区域积累，还可能通过农业径流和排水系统扩散至周边水体，甚至进入更远的河流和湖泊。因此，新烟碱类杀虫剂的环境行为与农业活动密切相关，其污染范围和程度往往受到土地利用类型、土壤性质、气候条件以及人类活动强度等多种因素的影响。

在一些典型农业区域，如中国淮河和长江中游地区，新烟碱类杀虫剂的浓度与农业活动强度存在显著关联。这些地区的农业用水和土壤管理方式，直接影响了新烟碱类杀虫剂的残留和扩散。此外，城市区域的河流水体中也检测到较高浓度的新烟碱类杀虫剂，例如广州城市水道中总新烟碱类杀虫剂浓度高达139 ng/L，而长江中游地区的浓度则仅为13.99 ng/L。这种差异可能与城市农业活动的强度、农药使用方式以及地表径流的特性有关。

新烟碱类杀虫剂在土壤和水体中的残留不仅影响生态系统的稳定性，还可能对非目标生物造成威胁。例如，这些化合物已被证实可能对蜜蜂、水生生物以及土壤微生物产生负面影响，进而影响生态系统的功能和结构。此外，研究表明，新烟碱类杀虫剂的残留浓度与人体健康也存在潜在关联，包括内分泌紊乱、神经系统损伤、呼吸系统衰竭、肾脏损伤以及无脊椎动物多样性的下降等。因此，对新烟碱类杀虫剂的污染特征和生态风险进行全面评估，对于制定有效的环境管理措施和保护政策具有重要意义。

在本研究中，我们选择了中国重庆市涪陵区作为研究区域。该地区地处长江与乌江交汇处，地理坐标介于北纬29°32'至29°49'，东经107°16'至107°28'之间。涪陵区因其独特的榨菜种植和加工产业而闻名全国，是榨菜的主要产地之一。该地区的土地利用类型主要包括农田和林地，其农业结构较为复杂，涵盖了多种经济作物和传统作物。这种多样化的土地利用模式，使得新烟碱类杀虫剂在该区域的分布和迁移路径具有一定的代表性。

本研究的主要目标是探讨新烟碱类杀虫剂在涪陵区土壤和水体中的发生状况、环境行为及其生态风险。通过系统采集土壤和水体样本，我们对八种新烟碱类杀虫剂进行了检测分析。结果显示，所有采集的土壤和水体样本中均检测到了新烟碱类杀虫剂，且检测率高达100%。在土壤中，imidacloprid（IMI）是主要的残留化合物，占所有检测到的新烟碱类杀虫剂的84.8%。而在水体中，新烟碱类杀虫剂呈现出多组分共存的特征，其中IMI、THIA、DIN和CLO的检测率分别为30.9%、14.3%、12.9%和11.8%。这些数据表明，新烟碱类杀虫剂在该地区的土壤和水体中均广泛存在，且其种类和浓度分布具有显著差异。

进一步分析发现，不同类型的农田对新烟碱类杀虫剂的残留水平具有显著影响。例如，茎芥菜种植区的新烟碱类杀虫剂总浓度（∑8NNIs）为11.45 ng/g，明显高于森林土壤中的0.17 ng/g。此外，城镇附近的水体中，新烟碱类杀虫剂的总浓度（∑8NNIs）达到102.65 ng/L，是森林背景区域的3.4倍。这一结果表明，新烟碱类杀虫剂在城镇周边的水体中浓度较高，可能与农业活动的密集程度、地表径流的路径以及人类活动的影响有关。

研究还发现，土壤中新烟碱类杀虫剂的浓度与水体中的浓度之间存在显著的负相关关系。这表明，土壤中的新烟碱类杀虫剂残留可能通过农业径流或地下水渗透等途径进入水体，进而影响水体中污染物的浓度。此外，通过扫描电子显微镜（SEM）和SHAP分析，我们确定了土壤中新烟碱类杀虫剂的浓度、土壤容重以及海拔高度是影响相邻水体中新烟碱类杀虫剂水平的主要因素。这些发现为理解新烟碱类杀虫剂在农业土壤和水体之间的迁移机制提供了新的视角。

在生态风险评估方面，研究结果显示，涪陵区新烟碱类杀虫剂的整体生态风险较低。然而，仍有13%的土壤样本中，α值（风险熵）超过了1，这表明在这些土壤中，新烟碱类杀虫剂可能对生态系统造成一定的压力。同样，28%的水体样本中，风险系数超过了慢性危害浓度第五百分位（HC5），说明在这些区域，新烟碱类杀虫剂可能对水生生物产生潜在的慢性毒性影响。尽管整体风险较低，但这些数据仍提示我们需要对特定区域的新烟碱类杀虫剂污染进行更加细致的监测和管理。

为了更全面地评估新烟碱类杀虫剂的生态风险，本研究采用了多种评估方法。其中，土壤中新烟碱类杀虫剂的风险评估主要基于相对毒力因子（Relative Potency Factor, RPF）的计算，以imidacloprid（IMI）作为参考化合物，利用其慢性参考剂量（cRfD）来评估其他新烟碱类杀虫剂的潜在风险。而水体中新烟碱类杀虫剂的生态风险评估则采用了物种敏感性分布（Species Sensitivity Distribution, SSD）方法，该方法能够较为准确地反映不同物种对污染物的敏感程度，从而为制定环境质量标准和生态风险防控措施提供科学依据。

本研究的成果不仅有助于揭示新烟碱类杀虫剂在农业土壤和水体中的发生特征和迁移趋势，还为相关地区的环境污染防控提供了理论支持和数据基础。通过分析新烟碱类杀虫剂在不同土地利用类型中的分布差异，我们能够更好地理解其在生态系统中的传播路径和影响范围。此外，本研究还强调了土壤和水体之间污染物的相互作用，这为今后开展跨介质污染研究提供了新的思路和方向。

综上所述，新烟碱类杀虫剂作为一种广泛使用的农业化学品，其在土壤和水体中的残留和迁移对生态环境和人类健康构成了潜在威胁。本研究通过对涪陵区土壤和水体中新烟碱类杀虫剂的检测与分析，揭示了其污染特征和生态风险，并为相关环境管理和政策制定提供了科学依据。未来的研究应进一步关注新烟碱类杀虫剂在不同地理和生态条件下的环境行为，以及其对生态系统和人类健康的长期影响。同时，还需要加强对其污染源的识别和控制，以实现更加可持续的农业发展和生态环境保护。