中国大陆农业表层土壤中当前使用除草剂的发生情况、空间分布及多标准优先排序

《Journal of Environmental Sciences》：Occurrence, spatial distribution, and multicriteria prioritization of current-use herbicides in agricultural surface soils of Chinese mainland

本研究采集了中国大陆391个农田表层土壤样本，检测33种当前使用除草剂及2种代谢物。结果显示除草剂普遍存在于农田土壤，总浓度范围0.354-2694 μg/kg，其中 atrazine检出率最高（93.6%）。不同省份总浓度差异显著（黑龙江最高，西藏最低），谷物类农田浓度高于蔬菜和水果。薄膜覆盖农田（温室及开放地）的浓度均高于非覆盖农田。首次通过多准则方法确定中国优先级除草剂。

　　本研究聚焦于中国农业土壤中除草剂残留的分布情况，揭示了其在不同区域和作物类型中的变化特征。通过对全国范围内31个省份的391个农田进行土壤采样，检测了33种当前使用的除草剂以及两种代谢产物的浓度，为理解中国农业土壤中除草剂污染现状提供了重要的数据支持。研究发现，中国农田表层土壤中普遍存在除草剂，总浓度范围从0.354到2694 μg/kg，显示出显著的区域差异。其中，阿特拉津是最常被检测到的除草剂，其检出频率高达93.6%，并具有最高的中位浓度。这一发现不仅反映了阿特拉津在中国农业中的广泛使用，也提示了其在土壤中的持久性。此外，研究还发现不同作物类型和农田覆盖方式对除草剂残留的影响各异，其中以粮食作物为主的农田中除草剂浓度明显高于蔬菜和水果种植区，这可能与粮食作物对除草剂的需求较高有关。同样，地膜覆盖的农田中除草剂浓度也高于温室农田，这或许与地膜覆盖对土壤环境和作物生长条件的改变相关。

除草剂的广泛使用对中国农业产生了深远影响。自20世纪90年代以来，中国在控制杂草、提高作物产量方面大量依赖化学除草剂，这一趋势在近年来尤为明显。根据联合国粮农组织（FAO）的数据，2020年中国使用的除草剂数量达到了1.09×10^5吨，占总农药使用量的约42%。由于长期的高用量，大量除草剂被释放到环境中，导致其在土壤、地表水等介质中广泛存在。除草剂的污染不仅对生态环境构成威胁，还可能影响人类健康。研究表明，除草剂对农业生态系统有负面影响，长期残留的除草剂可能影响土壤的多功能性以及微生物群落的结构，甚至通过氧化应激和DNA损伤影响蚯蚓等土壤生物。因此，除草剂残留的环境问题日益受到关注。

在中国，除草剂残留的研究主要集中在东北地区，而在其他主要作物生产区域的信息仍较为匮乏。这表明，尽管东北地区在除草剂使用方面较为集中，但其他地区的污染情况同样需要引起重视。目前，中国的大规模农田调查更多关注于传统禁用农药（如有机氯农药）和杀虫剂（如新烟碱类和拟除虫菊酯类农药）。虽然有最新的研究收集了24个东部城市农田的48个土壤样本，发现了27种当前使用的除草剂的初步存在情况，但该研究存在样本量较小和仅关注省级首府的局限性。因此，对于中国主要作物生产区域（如河南和湖南）的除草剂残留情况，仍缺乏更详细的报告。

农业实践，如作物种植和塑料薄膜覆盖，对除草剂残留具有重要影响。一方面，作物类型被认为是影响土壤中除草剂残留的重要因素。研究发现，不同作物种植方式下，除草剂的浓度存在显著差异。例如，在蔬菜与水稻轮作的土壤中，几种除草剂的浓度差异显著。另一方面，塑料薄膜覆盖是一种重要的农业措施，用于提高农业生产效率。中国是全球最大的农业薄膜消费国，2021年使用了2.36×10^6吨的农业薄膜。此外，设施农业（主要为温室种植）在2024年已覆盖超过2.67×10^4公顷，占全球总面积的80%以上。除了温室中的遮阳膜覆盖，地膜覆盖在露天农田中也是一种常见的塑料薄膜使用方式。根据研究，农田可以分为三种类型：温室农田、地膜覆盖的农田以及未使用地膜覆盖的农田。其中，温室农田的塑料薄膜覆盖程度最高，因为通常使用遮阳膜和地膜双重覆盖；地膜覆盖的农田则指露天农田中使用地膜覆盖土壤表面（即中等程度的覆盖）；未使用地膜覆盖的农田则指没有地膜覆盖的露天农田。

塑料薄膜覆盖对土壤环境和作物生长条件具有重要影响。它可以保持土壤水分、温度和养分，减少杂草生长。因此，研究塑料薄膜覆盖对土壤中除草剂残留的影响，对于农业管理具有重要意义。此外，除草剂的残留还可能对土壤微生物群落产生影响，从而影响土壤的生态功能。研究发现，长期残留的除草剂可能对土壤的多功能性产生负面影响，同时可能干扰土壤生物的正常活动。因此，了解除草剂在不同农业实践下的残留情况，对于评估其对生态环境的影响至关重要。

本研究的目的是揭示中国农田表层土壤中除草剂的浓度水平和组成特征，探索除草剂在农田土壤中的空间分布，比较不同作物类型和农田类型下除草剂残留的差异，并评估除草剂对中国农业土壤的陆地生态风险。通过多标准方法，研究还首次列出了十种优先级较高的除草剂，为后续的环境管理和政策制定提供了科学依据。这一研究不仅填补了中国主要作物生产区域除草剂残留数据的空白，也为全球范围内农业土壤中除草剂污染的研究提供了新的视角。