巴西南部农业扩张推动的剧烈农药转移

《Journal of Hazardous Materials Advances》：Dramatic pesticide transfers fuelled by agricultural expansion in Southernmost Brazil

　　

南美洲作为世界主要农业生产国之一的出现导致了显著的环境变化，包括潘帕生物群落（Pampa Biome）的变化。然而，这一发展的影响仍未得到充分研究。在此，研究人员对萨尔托格兰德水库（Salto Grande reservoir）的沉积物档案进行了多指标分析（multi-proxy analysis），结合农药、地球化学和磁性测量，首次实现了自1982年以来对非常大的乌拉圭河跨国流域（包括巴西、阿根廷和乌拉圭）的土地退化和农药通量（pesticide fluxes）的长期重建。自2000年代以来，沉积物通量（sediment fluxes）大幅减少，沉积物来源的主要区域发生了变化，来自流域南部地区的物质比例增加。这些变化与北部的筑坝、南部的农业扩张以及免耕实践（no-tillage practices）的广泛采用相吻合。这种耕作实践的变化导致了农药通量的增加，从而代表了潜在的生态风险（ecological risks）。在此背景下，欧盟与欧洲自由贸易联盟以及南方共同市场之间的贸易协定，加上预计用于大豆和纤维素生产的面积增加，可能有助于农业的进一步扩张并加剧相关的生态威胁。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**
南美洲过去五十年经历了全球最显著的土地利用与土地覆盖变化，主要由农业快速扩张驱动。潘帕生物群落（Pampa Biome）作为重要生态区域，其变化却未得到充分研究。乌拉圭河流域（Uruguay river basin）覆盖潘帕与大西洋森林生物群落，是南美洲最高产的农业区之一，但该区域长期的环境与农药动态数据匮乏。现有研究缺乏对农药通量（pesticide fluxes）和沉积物源（sediment provenance）的长时间序列重建，尤其在跨国流域尺度上。因此，研究人员开展本研究，旨在填补这一空白，揭示农业扩张与耕作方式转变如何影响土地退化和农药转移，并评估潜在生态风险。论文发表在《Journal of Hazardous Materials Advances》。

**研究方法**
研究人员采用多指标分析（multi-proxy analysis）方法，包括：① 沉积物年代学：基于²¹⁰Pb_ex和¹³⁷Cs放射性核素活度，利用恒定通量恒定沉积（CF:CS）模型建立年龄模型；② 地球化学分析：使用X射线荧光（XRF）扫描获取元素浓度，有机碳（TOC）及稳定碳同位素（δ¹³C）分析；③ 磁性测量：高、低频磁化率（χ_HF、χ_LF）用于沉积物源指纹识别；④ 农药分析：测定16种农药及其代谢物的浓度，并计算通量（mol·cm^?2·yr^?1）；⑤ 土地利用重建：基于MapBiomas网络（阿根廷、潘帕、巴西）的30米分辨率年度数据（1985–2022）。样本来源：沉积物柱芯（SG03）采集自萨尔托格兰德水库（Salto Grande reservoir），参考物质来自两个代表性子流域——北部康塞桑河（Concei??o river）和南部伊比拉普伊坦河（Ibirapuit? river）流域。

**研究结果**

**1.1 土地利用与土地覆盖的演变**
通过MapBiomas数据分析，1985–2022年间，萨尔托格兰德流域农业用地面积从19.3%增至29.9%，其中大豆种植面积从3.9%升至17.9%，森林种植面积从1%升至4.6%，而天然草地从43.1%降至34.4%。这表明农业扩张显著，尤其大豆和森林种植的迅速增长。

**1.2 沉积柱芯描述**
沉积柱芯SG03（0–52 cm）由均匀细颗粒组成（D₅₀ = 6.3 ± 0.08 μm），TOC浓度为1.98–4.14 g C·kg^?1，δ¹³C值（?22.5‰至?15.3‰）指示C₃和C₄植被混合来源。底部土壤层（52–73.5 cm）为建坝前暴露土。

**1.3 地球化学分析**
XRF分析显示，沉积序列中钛（Ti）和锰（Mn）计数的变化指示了陆源输入及沉积物源或氧化还原条件的转变：19–52 cm深度段Ti较高、Mn较低，反映高陆源输入；0–19 cm深度段Ti降低、Mn升高，显示物源或氧化还原条件改变。

**1.4 伽马能谱与年代学**
²¹⁰Pb_ex活度沿柱芯呈两个线性递减趋势（r2 = 0.71和0.9），CF:CS模型将底部（52 cm）定年为1982年（±6年），与1979年大坝建成一致。沉积速率（SAR）在19–52 cm段为21.5 ± 4.6 mm·yr^?1，0–19 cm段降至8.2 ± 1.5 mm·yr^?1。¹³⁷Cs活度（0.9–5.0 Bq·kg^?1）验证了年代学可靠性。

**1.5 沉积物源指纹识别**
利用磁化率（χ_HF、χ_LF）区分南北物源：北部（玄武岩基底）磁化率高（χ_LF-North 9.87×10^?6–1.98×10^?5 m3·kg^?1），南部（安山岩/片岩）磁化率低（χ_LF-South 3.80×10^?7–7.84×10^?7 m3·kg^?1）。贝叶斯混合模型（FingR包）结果显示：1982–2000年，沉积物主要来自北部；2000–2023年，南部贡献显著增加，与土地利用向南扩张一致。

**1.6 农药**
16种农药均检出，通量（mol·cm^?2·yr^?1）分三个时期：1982–1990年代中期，杀虫剂和除草剂高、杀菌剂低；2000–2005年，所有类别农药输入降低；2005年后，除草剂和杀菌剂增加，杀虫剂持续下降。风险表征比率（RCR）显示，除莠去津（RCR=1.06）、毒死蜱（RCR=9.36）和氟虫腈（RCR=16.4）超标外，硫丹（RCR=400）和DDT（RCR=677）在表层沉积物中极高，对底栖生物构成潜在生态风险。

**讨论与结论**
讨论部分指出，沉积速率降低与北部筑坝截留泥沙、南部免耕（no-tillage）实践导致土壤压实和径流增加有关，而沉积物源转变反映农业向南扩张。农药通量变化与免耕单一作物种植（如转基因大豆）普及、除草剂依赖增加及杀菌剂使用（大豆病害）一致。DDT等遗留污染物在表层再活化，表明历史污染物的持续威胁。贸易协定（如欧盟-南方共同市场）可能进一步推动大豆和纤维素生产，加剧生态风险。

**研究结论**：萨尔托格兰德水库已因长期土地利用集约化和农业景观与河流系统水文连通性增加而受到污染。当前使用的农药（如毒死蜱、灭蚁灵、氟虫腈）和新化合物引发新兴关注。本研究受限于16种农药分析，未来应扩大范围。鉴于至2033年土地利用变化的严峻预测，亟需明确的农业政策并加强土地利用监测以推行可持续实践。