耕作方式会影响农业土壤中有机氯农药（OCPs）、有机磷农药（OPPs）和多环芳烃（PAHs）的残留量

《Journal of Hazardous Materials》：Tillage practices affect the residues of organochlorine pesticides (OCPs), organophosphorus pesticides (OPPs), and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in agricultural soils

保护性耕作（CST）与传统耕作（CVT）对吉林黑土区土壤中禁用有机氯农药（OCPs）、现用有机磷农药（OPPs）及多环芳烃（PAHs）残留的影响。通过采集5个地点土壤样本分析发现，CST提高土壤含水量（SWC）和微生物活性，促进土壤团粒结构形成，显著影响PAHs（尤其是中分子量PAHs）残留水平，较CVT降低OCPs和OPPs残留。研究揭示了CST通过改变土壤理化性质和微生物群落调控污染物累积的机制，为可持续农业和污染评估提供依据。

　　这项研究探讨了传统耕作（CVT）与保护性耕作（CST）对农业土壤中有机污染物残留的影响。研究选取了中国吉林省黑土区的五个地点，包括长岭（CL）、农安（NA）、德惠（DH）、榆树（YS）和东风（DF），采集了表层土壤样本（0-20厘米），每个地点分别采集了CVT和CST的样本，每种耕作方式设有三个重复样本。通过对这些样本进行气相色谱-质谱分析，研究人员测量了有机氯农药（OCPs）、有机磷农药（OPPs）以及非点源工业污染物多环芳烃（PAHs）的浓度。研究发现，CST在提高土壤水分含量（SWC）和改变微生物生物量与土壤团聚体方面具有显著影响。在所有有机污染物中，PAHs的残留量最高，这表明它们在土壤中的积累可能更为严重。研究还发现，CVT和CST之间在四种OCP成分、四种OPP成分和五种PAH成分上存在显著差异，这表明CST对PAHs的残留具有更大的影响，尤其是中等分子量的PAHs。研究进一步指出，土壤性质的变化，如SWC、土壤颗粒大小、土壤团聚体和微生物活性，可能是CST影响有机污染物残留的关键因素。研究结果有助于更清晰地理解保护性耕作如何影响农业土壤中有机污染物的积累，并为食品安全、污染风险评估和可持续农业提供了重要的数据支持。

有机氯农药（OCPs）因其在控制害虫和病害方面的高效性而被广泛使用，但由于其生物累积性、生物毒性和长距离迁移能力，其使用已被限制和禁止。作为OCPs的替代品，有机磷农药（OPPs）因其较低的毒性、较低的残留性、较高的效率以及较低的环境影响而被广泛采用。除了OCPs和OPPs，源自工业活动的多环芳烃（PAHs）也是农业土壤中广泛分布并受到密切关注的有机污染物。因此，OCPs、OPPs和PAHs分别代表了农业土壤中广泛存在的禁用有机污染物、当前使用的有机污染物以及非点源工业有机污染物。由于这些污染物能够被土壤中的有机质或矿物质吸附并被保护，它们在土壤中长期积累，对公众健康和生态环境构成严重威胁。因此，对这些有机污染物的环境命运和危害进行研究显得尤为重要。

农业土壤中的有机质和其他物质为有机污染物提供了吸附位点，使农业土壤成为有机污染的重要汇。有机农药的广泛使用和PAHs的多种来源导致全球范围内农业土壤中OCPs、OPPs和PAHs的浓度较高。农业土壤不仅是有机污染物的源头，同时也是其二次来源，因为这些污染物可以通过挥发、溶解、淋溶、径流和植物吸收等方式转移到大气、水体、农作物和其他环境介质中，最终通过食物链和食物网络进入人类环境，对人类健康和生态环境安全造成严重影响。值得注意的是，农业土壤中有机污染物的残留不仅受到污染物输入和其自身特性的影响，还受到土壤理化性质（如pH值、颗粒大小和有机质含量）和土壤微生物活性的影响。例如，土壤有机质在PAHs的积累中起着关键作用，因为它影响了PAHs在农业土壤中的吸附和降解过程。

传统耕作（CVT）通常涉及深翻和秸秆焚烧，这会减少土壤有机质含量并破坏土壤团聚体，从而导致土壤肥力下降、结构受损以及水分和养分利用效率降低。为了改善土壤质量和粮食产量，保护性耕作（CST）被广泛推广，这是一种以秸秆还田为前提、以免耕和少耕为核心技术的现代农业技术。研究表明，CST和秸秆覆盖有助于降水的保持和渗入，从而有效减少地表水分的无效蒸发。此外，CST还能减少农业土壤的扰动，增加土壤水稳性团聚体并提高其稳定性，有助于改善土壤结构并促进土壤碳固存。由于CST显著改变了土壤性质，因此可以合理地假设其对农业土壤中有机污染物残留的影响。然而，CST对农业土壤中与有机污染物残留相关的土壤性质的具体影响仍存在争议，因为CST对农业土壤性质的影响方向并不统一。一方面，CST通过增强土壤微生物活性，提高微生物降解能力，从而减少有机污染物的残留；另一方面，CST通过增加土壤有机碳（SOC）含量，提高了有机污染物的吸附能力，进而增加了其在农业土壤中的积累。因此，为了明确CST对农业土壤中有机污染物残留的影响，有必要进一步研究CST对农业土壤中有机污染物积累的具体作用。

吉林省黑土区以其自然肥力和高持水能力在全球作物生产中占据重要地位，尽管其仅占世界农业用地的17%。该地区在全球气候变化背景下对农业可持续发展具有重要意义。此外，黑土区还具有独特的过滤和缓冲土壤污染物的能力。中国东北的黑土区是世界上最大的四个黑土区之一，覆盖面积超过1.09亿公顷，是中国粮食安全的重要保障。吉林省作为东北黑土区的重要组成部分，在中国的商品粮生产中发挥着关键作用，其玉米产量占全国总产量的15%。已有研究表明，吉林省农业土壤中OCPs、OPPs和PAHs的残留水平高于全国平均水平，这可能对人类健康和生态环境构成潜在风险。目前，吉林省广泛采用CST代替CVT，以改善土壤结构并提高土壤肥力，从而确保稳定的高粮食产量。然而，CST对农业土壤中有机污染物残留的具体影响仍不清楚。因此，本研究旨在探讨CST与CVT相比对农业土壤中禁用农药残留、当前使用农药残留以及非点源工业污染物残留的影响。

研究发现，在所有有机污染物中，PAHs的残留量最高，其次是禁用农药OCPs，而当前使用的农药OPPs的残留量最低。这表明PAHs在农业土壤中的积累可能更为显著。此外，CST对PAHs残留的影响大于对有机农药的影响，尤其是在中等分子量的PAHs方面。CST通过改善土壤性质，如SWC、SOC、微生物活性和土壤团聚体，对农业土壤中有机污染物的残留产生重要影响。然而，这种影响的程度和方向仍需进一步研究。研究还指出，CST在提高土壤水分保持能力、增加土壤有机碳含量以及改善土壤结构方面具有积极作用，但其对有机污染物残留的影响可能受到多种因素的制约。

保护性耕作（CST）通过改变土壤结构、水分含量和微生物活性，可以影响农业土壤中有机污染物的残留。本研究强调了将土壤保护策略与污染风险评估相结合的重要性。随着CST在可持续农业中的广泛应用，其在塑造污染物动态中的作用必须被认真考虑，以防止可能的环境风险。研究结果表明，CST在某些情况下可能会增加特定有机污染物的残留，这需要在农业实践中加以注意。此外，研究还表明，土壤性质的变化，如SWC、SOC、微生物活性和土壤团聚体，是CST影响有机污染物残留的关键因素。因此，在推广CST的同时，应结合土壤保护措施，以减少有机污染物对环境和人类健康的潜在威胁。

研究团队由多位科学家组成，包括刘云、王祝成、刘美华、张天宇、刘莎莎、刘子平、卢凯俊和王英。每位作者在研究中扮演了不同的角色，如撰写初稿、审阅修改、数据整理、方法设计等。研究得到了中国国家自然科学基金、吉林省自然科学基金以及中国国家重点研发计划的资助。这些资助为研究提供了必要的资金支持，确保了研究的顺利进行。研究的发表不仅有助于推动农业可持续发展，也为环境保护和食品安全提供了科学依据。未来的研究可以进一步探讨不同地区和不同耕作方式对有机污染物残留的影响，以及如何通过综合管理措施减少有机污染物对农业土壤和生态环境的污染。