廖建華，周軍英，程 燕，陳 洋

(1.南京信息工程大學江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210044；2.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所，江蘇 南京 210042)

農(nóng)藥旱地作物-地表水風險評估暴露場景研究進展

廖建華1，周軍英2①，程 燕2，陳 洋1

(1.南京信息工程大學江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210044；2.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所，江蘇 南京 210042)

農(nóng)藥風險評估暴露場景是某個區(qū)域與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)藥使用密切相關(guān)的各種條件的綜合，是風險評估中運用模型進行暴露評估時必不可少的。歐盟和美國在暴露場景構(gòu)建方面開展了大量工作，積累了豐富經(jīng)驗，我國近年來也逐步開展了農(nóng)藥暴露場景構(gòu)建工作。對歐盟和美國在農(nóng)藥旱地作物-地表水暴露場景體系構(gòu)建方面的進展進行總結(jié)，包括場景構(gòu)建的原則、方法、過程以及已形成的場景體系。同時，對我國農(nóng)藥暴露場景建立工作進展情況進行分析，旨在為我國農(nóng)藥旱地作物-地表水風險評估暴露場景的構(gòu)建提供科學參考。

農(nóng)藥；風險評估；暴露場景；旱地作物-地表水

農(nóng)藥是一把雙刃劍,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮積極作用的同時,也會對生態(tài)環(huán)境造成污染[1-3]。農(nóng)藥在田間使用后,有很大一部分會進入土壤中,隨地表徑流流失進入地表水或隨土壤孔隙水淋溶進入地下水,從而降低水生生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,影響水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,進而對人體健康造成威脅[4-5]。

我國是農(nóng)藥使用大國,農(nóng)藥的大量使用及使用方式不當,已經(jīng)造成我國地表水體大量污染[6-7]。根據(jù)我國1998年對全國109 700 km長的河流進行的評價顯示,有70.6%的河流被農(nóng)藥所污染[8]。馮玉潔[9]探究了除草劑對廣西甘蔗種植區(qū)環(huán)境水體的影響,從地表水中檢出莠去津(最大檢出濃度為0.585 μg·L-1,檢出率為62.5%)、乙草胺(最大檢出濃度為0.311 μg·L-1,檢出率為33.3%)和莠滅凈(最大檢出濃度為0.341 μg·L-1,檢出率為58.3%)。王未等[10]對我國區(qū)域性水體農(nóng)藥污染現(xiàn)狀進行研究分析,結(jié)果顯示長江流域有機磷農(nóng)藥、氨基甲酸酯類農(nóng)藥以及部分擬除蟲菊酯類農(nóng)藥殘留量很高。國外研究也同樣表明地表水受農(nóng)藥污染嚴重。1992—2001年,美國地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey,USGS)對186條河流水樣進行檢測,在水樣中檢出21種殺蟲劑、52種除草劑、8種代謝產(chǎn)物、1種殺菌劑和1種殺螨劑,表明在地表水環(huán)境系統(tǒng)中普遍存在農(nóng)藥殘留[11]。2010—2012年,PAPADAKIS等[12]在希臘Vistonis湖流域地表水樣中共檢測出68種農(nóng)藥,主要有氟草隆(檢出率為75%,最大檢出濃度為0.088 μg·L-1)、高效氯氰菊酯(2012年春季樣品中均有檢出,最大檢出濃度為0.168 μg·L-1)和高效氯氟氰菊酯(2011年春季樣品中均有檢出,最大檢出濃度為0.041 μg·L-1)。DE GERNIMO等[13]對阿根廷4個分流域地表水的研究表明,66%的水樣中至少檢測出1種農(nóng)藥,其中,莠去津、戊唑醇和避蚊胺最大檢出濃度分別為1.4、0.035和0.701 μg·L-1。

農(nóng)藥生態(tài)風險評估在農(nóng)藥環(huán)境安全管理中發(fā)揮著重要作用[14]。在農(nóng)藥生態(tài)風險評估中,暴露評估是關(guān)鍵,暴露評估主要研究農(nóng)藥在生態(tài)環(huán)境中的時空分布規(guī)律以及如何從風險源到受體的過程,目的是得到農(nóng)藥在環(huán)境中的暴露量[15]。在暴露評估中,模型預測是主要手段,模型預測離不開農(nóng)藥使用的特定環(huán)境,包括當?shù)氐臍夂颉⑼寥兰稗r(nóng)作物種植情況等,所有這些條件的綜合就是暴露場景。世界上農(nóng)藥管理較為先進的國家和組織,如歐盟和美國在模型開發(fā)和場景構(gòu)建方面開展了大量工作,積累了豐富經(jīng)驗。我國在農(nóng)藥生態(tài)風險評估方面的研究工作起步較晚,但我國農(nóng)藥管理部門近年來非常重視農(nóng)藥風險評估工作,也在積極推進場景建立等工作。筆者詳細介紹了歐盟和美國在農(nóng)藥旱地作物-地表水暴露場景構(gòu)建方面的進展及經(jīng)驗,分析了我國的進展情況,在此基礎(chǔ)上對我國旱地作物-地表水暴露場景構(gòu)建工作提出了建議。

1 暴露場景相關(guān)概念

1.1 暴露場景

暴露場景是關(guān)于暴露究竟如何發(fā)生的一種情景,包括暴露發(fā)生時各種環(huán)境條件、風險源特征及導致暴露的各種活動[16],是某個區(qū)域與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)藥使用有關(guān)系的各種條件的綜合,是運用模型進行暴露評估時不可缺少的,離開了場景信息,模型將無法運行。暴露場景的建立是一項綜合性很強的系統(tǒng)工作,需要全面考慮各種因素。因此,暴露場景構(gòu)建是農(nóng)藥生態(tài)風險評估的關(guān)鍵點之一。

1.2 標準暴露場景

為了增強暴露評估的科學性和可比性,有利于農(nóng)藥登記管理,世界上一些組織和國家,如歐盟和美國建立了一定數(shù)量的標準暴露場景。標準暴露場景代表某個區(qū)域范圍內(nèi)典型的“現(xiàn)實中最壞條件(the realistic worst case)”,即現(xiàn)實存在的最有利于農(nóng)藥產(chǎn)生污染的條件。標準暴露場景的構(gòu)建遵循一定的原則,如果農(nóng)藥在標準暴露場景下風險較低,那么農(nóng)藥在其他實際條件下施用也應(yīng)該是安全的。標準暴露場景的建立使得農(nóng)藥生態(tài)風險評估工作能夠協(xié)調(diào)一致地進行,使得不同評估之間具有可比性。

1.3 旱地作物-地表水暴露場景

根據(jù)農(nóng)藥施用對象及受納水體的不同,暴露場景可分為旱地作物-地表水、水稻-地表水、旱地作物-地下水和水稻-地下水4種類型。旱地作物-地表水暴露場景模擬了農(nóng)藥在旱地作物施用后進入地表水這一過程。場景信息包括旱地作物的土地利用數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、作物數(shù)據(jù)和地表水的相關(guān)參數(shù)。

2 歐盟旱地作物-地表水標準暴露場景構(gòu)建概況

2.1 暴露評估程序

歐盟農(nóng)藥暴露評估工作主要是根據(jù)歐盟農(nóng)藥行為模型及應(yīng)用合作論壇(Forum for the Co-Ordination of Pesticide Fate Models and Their Use,FOCUS)的指導文件來進行的[17]。FOCUS成立于1993年,成立的主旨就是在整個歐盟范圍內(nèi)建立統(tǒng)一的農(nóng)藥暴露評估體系,包括評估程序、暴露評估模型及標準暴露場景。到目前為止,FOCUS已經(jīng)形成了包含4個層次的旱地作物-地表水暴露評估程序(圖1)。

圖1 歐盟植物保護產(chǎn)品分層次暴露評估程序Fig.1 Tiered approach for exposure assessment of plant protection products of EU

歐盟地表水暴露評估的第1步是在最不安全的條件下進行的,無需具體地區(qū)的氣象、地形、農(nóng)業(yè)等數(shù)據(jù),只需要農(nóng)藥本身的物理化學信息,評估很保守。將暴露濃度和相關(guān)的毒性終點值進行比較,如果能夠通過評估,則結(jié)束評估,認為農(nóng)藥是安全的;第2步和第1步類似,無需具體地區(qū)的氣象、地形、農(nóng)業(yè)等數(shù)據(jù),但考慮農(nóng)藥的連續(xù)施用和農(nóng)藥降解。將暴露濃度與相關(guān)的毒性終點值比較,如果能夠通過評估,則無需進行下一步。前兩步預測環(huán)境濃度(predicted environmental concentrations,PECs)的計算使用的是簡單的暴露評估模型——STEPS-ONE-TWO[18],無需建立標準暴露場景,假設(shè)地表水體為一個水深30 cm、底泥層厚5 cm的靜態(tài)水溝,底泥有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為5%,容重為0.8 kg·L-1。

第3步既考慮農(nóng)藥的連續(xù)施用,又考慮農(nóng)藥降解,同時基于“現(xiàn)實中最不安全”的暴露場景,評估使用的是更加復雜的暴露評估模型,包括MACRO[19]、PRZM-SW[20]和TOXSWA[21]。為此,還建立了10個標準暴露場景,涉及3種類型水體(池塘、溝渠和河流),將得到的PECs與相關(guān)的毒性終點值相比較。如果評估無法通過,則需進行第4步風險評估。這一步需要具體問題具體分析,是最高層次的暴露評估,考慮了農(nóng)藥的連續(xù)施用、農(nóng)藥降解和其他施用可能,需要根據(jù)具體地區(qū)詳細的氣象、地形、水文、土壤及農(nóng)作物等數(shù)據(jù)來建立特定場景。還可通過采取各種優(yōu)化措施,比如設(shè)立一定的緩沖區(qū)來評估農(nóng)藥能否通過評估[22]。

從低層次向高層次評估過程中,使用的模型越來越復雜,考慮的影響因素逐步增加,使用的場景也越來越接近實際。暴露評估結(jié)果由保守逐漸向相對保守及實際情況靠近。

筆者將介紹第3層次暴露評估中標準暴露場景的構(gòu)建方法和結(jié)果。

2.2 標準暴露場景構(gòu)建方法

2.2.1 構(gòu)建原則

歐盟的場景構(gòu)建工作開展較早,迄今已形成了較為成熟的方法體系。暴露場景構(gòu)建總原則是“現(xiàn)實中最壞條件”原則,此處的最壞是現(xiàn)實中相對惡劣的條件,它的核心思想是:若在現(xiàn)實中最壞的條件下能夠滿足環(huán)境保護的需要,那么在其他條件下也能滿足[23]81。此外,還有一些具體原則,包括位點選擇原則、作物選擇原則和水體選擇原則。對旱地作物-地表水場景來說,位點選擇降雨量較大而有機質(zhì)含量卻相對較低的壤土或中等程度的黏土。降雨量較大，則易于地表徑流；若有機質(zhì)含量低,農(nóng)藥則不宜降解。作物選擇場景區(qū)內(nèi)種植面積較大的作物,或者當?shù)乇容^有代表性的作物。水體選擇場景區(qū)內(nèi)的典型水體,如代表靜止水體的池塘,代表緩慢流動水體的溝渠,代表快速流動水體的河流。場景構(gòu)建除遵循以上原則以外,在實際操作中還需結(jié)合行業(yè)內(nèi)的專家判斷,即既基于基礎(chǔ)科學理論的數(shù)據(jù)篩選,又依靠專家專業(yè)決策。

2.2.2 構(gòu)建步驟

根據(jù)歐盟農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的特點,旱地作物-地表水第3層次標準暴露場景分為排水場景(通過機械方式將農(nóng)田中的水排出農(nóng)田)和徑流流失場景(通過地表徑流方式將農(nóng)田中的水排出農(nóng)田)。場景構(gòu)建分5步進行(圖2)。

圖2 歐盟地表水現(xiàn)實中最壞場景識別方法Fig.2 Pragmatic method of EU for identifying scenarios of the worst surface water exposure in reality

(1)數(shù)據(jù)收集

場景構(gòu)建需要大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù),要求數(shù)據(jù)具有一定的代表性和權(quán)威性。歐盟的氣象數(shù)據(jù)(包括多年平均降水量、多年春秋季平均氣溫、年平均補給等)來自英國東英吉利大學氣候研究中心;坡度和土地利用數(shù)據(jù)來自美國地質(zhì)調(diào)查局;土壤數(shù)據(jù)(包括土壤質(zhì)地、排水現(xiàn)狀和母質(zhì)數(shù)據(jù)等)來自歐洲土壤數(shù)據(jù)庫;作物數(shù)據(jù)來自歐洲統(tǒng)計局的REGIO數(shù)據(jù)庫。

(2)農(nóng)業(yè)環(huán)境分級

暴露場景構(gòu)建的第2步是根據(jù)農(nóng)業(yè)環(huán)境特征的糟糕情況進行分級,歐盟將農(nóng)業(yè)環(huán)境分為最好、中等、最壞和極壞4種情況。農(nóng)藥在作物上施用后,通過各種途徑進入地表水中,進入地表水中的農(nóng)藥量是由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境決定的。降雨量越大,農(nóng)藥則越易隨地表徑流進入地表水,因此,降雨量較大的區(qū)域相對于降雨量較小的區(qū)域更糟糕;氣溫低,農(nóng)藥則不易降解,易存留在環(huán)境中,氣溫低的區(qū)域比氣溫高的區(qū)域更糟糕;坡度越大,越容易發(fā)生地表徑流,坡度大的區(qū)域比坡度小的區(qū)域更糟糕;土壤有機質(zhì)含量越低,農(nóng)藥不易降解,易隨地表徑流進入地表水體,土壤有機質(zhì)含量低的區(qū)域比有機質(zhì)含量高的區(qū)域更糟糕。

(3)空間數(shù)據(jù)庫疊加

第3步是對分級后的空間數(shù)據(jù)庫進行疊加,空間數(shù)據(jù)的柵格單元具有對應(yīng)小區(qū)域內(nèi)環(huán)境特征。將同一個區(qū)域內(nèi)不同屬性信息的柵格單元疊加,這樣得到的柵格單元同時具有多種農(nóng)業(yè)環(huán)境特征,如氣溫、降水、坡度和土壤質(zhì)地等。

(4)選擇10個現(xiàn)實的組合

根據(jù)疊加好的空間數(shù)據(jù),選擇農(nóng)業(yè)環(huán)境特征現(xiàn)實中最壞情況組合。由于不同的旱地作物之間農(nóng)藥使用方式及種植方式等有很大差異,對作物劃分得越細，就越具有針對性,評估就越準確。根據(jù)研究對象,選擇對應(yīng)的作物種植面積大的區(qū)域,在作物種植區(qū)域內(nèi),用比較現(xiàn)實的方法選擇10個現(xiàn)實的組合。

(5)場景點的最終確定

最后,根據(jù)各地區(qū)固有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境糟糕的性質(zhì)選出不超過10個代表性場景點。為了讓場景點具有代表性,歐盟在每個國家最多選取1個場景點,但是法國有所不同,1個代表歐盟北部區(qū)域,1個代表歐盟南部區(qū)域?？紤]到建立模型需要大量數(shù)據(jù),具體的場景點需選在具有大量監(jiān)測數(shù)據(jù)的地區(qū),方便數(shù)據(jù)的收集和最后場景的驗證。綜合考慮以上因素,最后確定10個場景點。

2.3 標準暴露場景構(gòu)建結(jié)果

到目前為止,FOCUS在整個歐盟地區(qū)構(gòu)建了10個地表水標準暴露場景點[17]。其中,有6個排水場景點和4個地表徑流流失場景點。歐盟的地表水場景代表歐盟33%的區(qū)域面積,構(gòu)建的場景滿足90th百分位的保護。歐盟旱地作物-地表水場景點分布見圖3。各場景點的特征見表1。

3 美國旱地作物-地表水標準暴露場景構(gòu)建概況

3.1 暴露評估程序

美國環(huán)境保護局(US Environmental Protection Agency,USEPA)形成了農(nóng)藥水生生態(tài)風險評估的分層次評估程序,分為4個層次,每層中對應(yīng)的暴露評估程序也分為4個層次。第1層次是簡單假設(shè),根據(jù)假設(shè)的田塊/水體比,以及農(nóng)藥從田塊流失、漂移進入地表水體的量占農(nóng)藥施用量的比例來計算估計環(huán)境濃度(estimated environmental concentration,EEC),使用簡單的GENEEC[24]模型;第2層次利用建立的標準暴露場景,使用復雜的農(nóng)藥根際地帶模型與暴露分析模擬系統(tǒng)(PRZM-EXAMS)模型,評估水體的暴露濃度值;第3層次通過微宇宙、中宇宙模擬或其他途徑得到的更為接近現(xiàn)實的行為數(shù)據(jù)輸入復雜模型,重新進行暴露濃度計算;第4層次通過田間試驗和實際監(jiān)測,可得到現(xiàn)實的暴露濃度值,也可直接觀察到農(nóng)藥對水生生物的影響[23]6-7。

★場景點。D1～D6為排水場景,R1～R4為流失場景。

3.2 標準暴露場景構(gòu)建結(jié)果

美國是世界上較早開展暴露場景構(gòu)建的國家,建立的場景也最多。但是對于場景的構(gòu)建方法,USEPA及其相關(guān)機構(gòu)沒有形成指導文件。美國建立的場景與其開發(fā)的模擬平臺結(jié)合在一起。美國在使用的旱地作物-地表水暴露模擬平臺有SWCC(surface water concentration calculator)系列[25]、PWC(pesticide in water calculator)系列[26]和EXPRESS(EXAMS-PRZM exposure simulation shell)系列[27]。迄今為止,PWC和SWCC模擬平臺使用相同的場景,包含69個標準作物場景和55個非標準作物場景。在EXPRESS 1.03.02平臺上內(nèi)置179個場景,其中有85個標準場景,此外,還有94個待修訂場景。每個場景包括以下信息:(1)州名;(2)作物類型;(3)土壤特性;(4)氣象數(shù)據(jù)。

美國按州分類的標準旱地作物場景見表2。

表1 歐盟各旱地作物-地表水場景點特征

D1～D6為排水場景,R1～R4為流失場景。

表2 美國按州劃分的標準旱地作物場景

Table 2 Upland crop scenarios classified in line with the standard of each state in US

州名作物場景加利福尼亞州杏樹/核桃;柑橘;棉花;水果;非柑橘;萵苣;苗圃;洋蔥;葡萄;蕃茄佛羅里達州鱷梨;甘藍;胡蘿卜;柑橘;黃瓜(蔬菜);苗圃;胡椒;草莓;甘蔗;草皮;蕃茄喬治亞州桃樹;洋蔥;美洲山核桃樹印第安那州馬鈴薯伊利諾伊州玉米肯薩斯州高粱路易斯安那州甘蔗緬因州馬鈴薯密歇根州蘆筍;豆;櫻桃樹;苗圃明尼蘇達州甜菜密西西比州玉米;棉花;大豆北卡羅來納州蘋果;玉米;棉花;花生;甘薯;煙草北達科他州油菜籽;小麥新澤西州苗圃紐約州葡萄俄亥俄州玉米俄勒岡州蘋果;圣誕樹;榛子;草種;啤酒花;薄荷;蔬菜(扁豆);苗圃賓夕法尼亞州蘋果;玉米;蔬菜(蕃茄);草皮波多黎哥咖啡田納西州苗圃

4 我國旱地作物-地表水標準場景構(gòu)建概況

近些年,我國農(nóng)藥管理部門逐漸認識到風險評估的重要性,開展了一些相關(guān)研究項目。如環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所與美國Waterborne環(huán)境咨詢公司合作開展的“農(nóng)藥生態(tài)風險評價及風險管理技術(shù)研究項目”,側(cè)重對美國已建立模型的研究,選擇在美國乃至世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的PRZM、RICEWQ、EXAMS、VADOFT和ADAM等模型進行二次開發(fā),構(gòu)建了我國農(nóng)藥暴露模擬外殼——PRAESS(pesticide risk assessment exposure simulation shell)[28],PRAESS包含PRZM-EXAMS、RICEWQ-EXAMS、PRZM-ADAM和RICEWQ-VADOFT-ADAM這4套模擬模型,分別模擬旱地作物-地表水(包含2個場景,位于江蘇南通的棉花場景和河南駐馬店的玉米場景)、水稻-地表水(包含2個場景,分別位于江蘇常州和浙江杭州)、旱地作物-地下水(包含2個場景,位于江蘇南通的棉花場景和河南駐馬店的玉米場景)、水稻-地下水(包含8個場景)4種不同類型場景[29]。PRAESS目前已整合了14個暴露場景,還有10個標準旱地作物-地下水場景待整合。

此外,農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥檢定所與荷蘭瓦赫寧根大學阿爾特拉研究所(Alterra)合作開展的“中荷合作農(nóng)藥環(huán)境風險評估項目”,在對歐盟現(xiàn)有的農(nóng)藥暴露評估模型進行比較研究的基礎(chǔ)上,選擇PEARL模型進行二次開發(fā),構(gòu)建了可用于我國農(nóng)藥暴露模擬的China-PEARL和TOP-rice模型[30]。China-PEARL模型用于模擬旱地作物-地下水場景,獲得農(nóng)藥在旱地作物上使用后淋溶進入地下水中的濃度[31];TOP-rice模型用于模擬稻田-地表水場景,獲得農(nóng)藥在稻田使用后進入臨近地表水體中的濃度,這2個模型共完成8個場景點12種作物的場景構(gòu)建[32]。

這些研究成果為制訂我國農(nóng)藥登記環(huán)境風險評估行業(yè)標準提供了重要的技術(shù)支撐。2014年,環(huán)境保護部將“農(nóng)藥生態(tài)風險評價程序與方法”列入環(huán)境保護部標準項目,該標準將用于農(nóng)藥登記后的跟蹤評估。2016年5月23日,農(nóng)業(yè)部正式頒布我國第1部《農(nóng)藥登記環(huán)境風險評估指南》,并于2016年10月1日起實施,用于農(nóng)藥登記前的評估。雖然近些年開展的相關(guān)研究項目在農(nóng)藥暴露模擬上取得了突破性成果,但在旱地作物-地表水暴露評估研究上還不足,只構(gòu)建了2個典型的旱地作物-地表水場景。我國幅員遼闊,各地區(qū)之間農(nóng)藥使用、農(nóng)作物種植管理、氣候和土壤等條件差異較大,需要在全國范圍內(nèi)建立一系列標準暴露場景。

5 分析與建議

5.1 國外旱地作物-地表水標準暴露場景構(gòu)建分析

歐盟和美國場景構(gòu)建比較成熟,構(gòu)建的場景種類多,已用于農(nóng)藥的登記管理決策中,并發(fā)揮著積極作用。歐盟和美國的評估程序在每一步的研究目的、研究內(nèi)容等方面基本相同,在暴露分析方面的區(qū)別主要體現(xiàn)在低層次分析上,在暴露分析方法、暴露模擬模型以及模型所模擬的暴露途徑方面不同,高層次是相同的,都采用田間模擬試驗及實際監(jiān)測。歐盟暴露場景構(gòu)建已形成專門的指導文件,有明確的暴露場景構(gòu)建原則、方法和步驟,介紹了暴露場景氣候、農(nóng)作物管理參數(shù)、土壤和水體等特征,以及結(jié)合模型對水體暴露濃度值進行計算與驗證。截至目前,歐盟構(gòu)建了10個旱地作物-地表水標準暴露場景點,每個場景點包含1種或者多種旱地作物,6個徑流場景點共有44個標準暴露場景,4個排水場景點共有45個標準暴露場景。美國沒有形成場景構(gòu)建指導文件,但是構(gòu)建的標準暴露場景很多,EXPRESS系列包含85個標準暴露場景,SWCC和PWC系列包含69個標準暴露場景,考慮的作物種類比較全面,場景廣泛地分布在主要作物種植區(qū)。

場景是和暴露模擬外殼結(jié)合在一起使用的,歐盟使用的是SWASH[33]外殼,包括模擬地表徑流過程的PRZM模型、模擬排水過程的MACRO模型、計算噴霧漂移的漂移計算器以及模擬農(nóng)藥在水體中行為的TOXSHA模型。美國使用的外殼比較多,目前在使用的有EXPRESS、PWC和SWCC等,模型主要有用于模擬農(nóng)藥在作物根區(qū)以內(nèi)或以下的不飽和土層中的轉(zhuǎn)運和轉(zhuǎn)化的農(nóng)藥根際地帶模型(pesticide root zone model,PRZM)、估算農(nóng)藥等有機化學物質(zhì)在水體中的環(huán)境行為和暴露濃度的暴露分析模擬系統(tǒng)(exposure analysis modeling system,EXAMS)以及變?nèi)萘克w模型(variable volume water model,VVWM)。美國構(gòu)建的場景能夠為不同的模擬平臺使用,通過平臺和場景的不斷更新,評估的精確度越來越高。

總之,歐盟和美國在場景構(gòu)建方面都有自己的特點,為我國場景構(gòu)建研究提供了寶貴經(jīng)驗。

5.2 對我國今后旱地作物-地表水標準暴露場景構(gòu)建的建議

我國場景構(gòu)建雖然起步較晚,但是發(fā)展迅速,已建立了適合我國的PRAESS模型平臺和十幾個標準暴露場景。但我國旱地作物-地表水場景體系構(gòu)建尚未完成,今后我國在旱地作物-地表水標準暴露場景的構(gòu)建方面,需要考慮并解決以下問題:

(1)形成我國場景構(gòu)建的指導性文件

我國與國外的情況不同,在構(gòu)建我國場景時,一方面,要充分借鑒國外方法,另一方面,要緊密結(jié)合我國的實際情況進行科學分析,在實踐中形成我國實際情況的場景構(gòu)建方法,并形成指導性文件。

(2)構(gòu)建滿足我國風險評估需求的標準暴露體系

我國幅員遼闊,各區(qū)域間條件差異很大,需要在每個區(qū)域盡可能地選擇代表性場景,可以根據(jù)全國旱地作物種植分布情況,考慮在旱地作物種類多、種植面積大的區(qū)域多建立一些場景。同時考慮到保護當?shù)靥赜械淖魑?在旱地作物種類單一、種植面積小的區(qū)域少建立一些場景,這樣既考慮了場景的代表性,又兼顧了全國的情況。標準暴露體系的建立使得農(nóng)藥生態(tài)風險評估工作能夠協(xié)調(diào)一致地進行,使得不同評估之間具有可比性。

(3)加強基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)及共享

暴露場景的建立需要大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù),包括氣象、作物、農(nóng)藥和土壤數(shù)據(jù)等。相比于國外,我國基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的建設(shè)及共享還有很大差距。相關(guān)的氣象、農(nóng)業(yè)和土壤等數(shù)據(jù)部門需要建設(shè)種類更加全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,并能及時更新和積極共享數(shù)據(jù),為我國風險評估及科學研究提供信息保障。

[1] 卜元卿,孔源,智勇,等.化學農(nóng)藥對環(huán)境的污染及其防控對策建議[J].中國農(nóng)業(yè)科技導報,2014(2):19-25.[BU Yuan-qing,KONG Yuan,ZHI Yong,etal.Pollution of Chemical Pesticides on Environment and Suggestion for Prevention and Control Countermeasures[J].Journal of Agricultural Science and Technology,2014(2):19-25.]

[2] 劉彬,李愛民,張強,等.有機氯農(nóng)藥在湖北省菜地土壤中的污染研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2016,32(3):87-91.[LIU Bin,LI Ai-min,ZHANG Qiang,etal.Study on the Pollution of OCPs in Vegetable Soils From Hubei[J].Environmental Monitoring in China,2016,32(3):87-91.]

[3] 迭慶杞,聶志強,黃啟飛,等.珠江三角洲土壤中有機氯農(nóng)藥的分布特征[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2014,33(2):298-304.[DIE Qing-qi,NIE Zhi-qiang,HUANG Qi-fei,etal.Organochlorine Pesticides(OCPs) in Soils of Pearl River Delta,China[J].Journal of Agro-Environment Science,2014,33(2):298-304.]

[4] 郭強,田慧,毛瀟萱,等.珠江河口水域有機磷農(nóng)藥水生生態(tài)系統(tǒng)風險評價[J].環(huán)境科學,2014,35(3):1029-1034.[GUO Qiang,TIAN Hui,MAO Xiao-xuan,etal.Ecological Risk Assessment of Organophosphorus Pesticides in Aquatic Ecosystems of Pearl River Estuary[J].Environmental Science,2014,35(3):1029-1034.]

[5] 顧寶根,程燕,周軍英,等.美國農(nóng)藥生態(tài)風險評價技術(shù)[J].農(nóng)藥學學報,2009,11(3):283-290.[GU Bao-gen,CHENG Yan,ZHOU Jun-ying,etal.Review on USA Pesticide Ecological Risk Assessment Techniques[J].Chinese Journal of Pesticide Science,2009,11(3):283-290.]

[6] 薛南冬,徐曉白,劉秀芬.北京官廳水庫中農(nóng)藥類內(nèi)分泌干擾物分布和來源[J].環(huán)境科學,2006,27(10):2081-2086.[XUE Nan-dong,XU Xiao-bai,LIU Xiu-fen.Distribution and Sources of Endocrine-Disrupting Pesticides in Beijing Guanting Reservoir[J].Environmental Science,2006,27(10):2081-2086.]

[7] 陳家瑋,劉晨,楊忠芳,等.北京郊區(qū)地表水中有機氯農(nóng)藥殘留水平及特征[J].地學前緣,2008,15(5):242-247.[CHEN Jia-wei,LIU Chen,YANG Zhong-fang,etal.Residues and Characteristics of Organochlorine Pesticides in Surface Water in the Suburb of Beijing[J].Earth Science Frontiers,2008,15(5):242-247.]

[8] 何光好.我國農(nóng)藥污染的現(xiàn)狀與對策[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2005,23(6):57.[HE Guang-hao.China′s Pesticide Pollution and Countermeasures[J].Modern Agricultural Science and Technology,2005,23(6):57.]

[9] 馮玉潔.主要甘蔗田除草劑對廣西蔗區(qū)環(huán)境水體的影響[D].南寧:廣西大學,2013.[FENG Yu-jie.Effects of Herbicides on the Environmental Water System in the Sugarcane Fields in Guangxi[D].Nanning:Guangxi University,2013.]

[10]王未,黃從建,張滿成,等.我國區(qū)域性水體農(nóng)藥污染現(xiàn)狀研究分析[J].環(huán)境保護科學,2013,39(5):5-9.[WANG Wei,HUANG Chong-jian,ZHANG Man-cheng,etal.Study on Status of Regional Water Pollution by Pesticides in China[J].Environmental Protection Science,2013,39(5):5-9.]

[11]宋寧慧,卜元卿,單正軍.農(nóng)藥對地表水污染狀況研究概述[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報,2010,26(增刊1):49-57.[SONG Ning-hui,BU Yuan-qing,SHAN Zheng-jun.A Review of Studies on Pesticide Pollution in Surface Water[J].Journal of Ecology and Rural Environment,2010,26(Suppl. 1):49-57.]

[12]PAPADAKIS E N,TSABOULA A,KOTOPOULOU A,etal.Pesticides in the Surface Waters of Lake Vistonis Basin,Greece:Occurrence and Environmental Risk Assessment[J].Science of the Total Environment,2015,536(3):793-802.

[14]楊麗敏.我國農(nóng)藥登記制度中的環(huán)境風險評價之探究[D].鄭州:鄭州大學,2012.[YANG Li-min.Research on Environmental Risk Assessment System in the Pesticide Registration System[D].Zhengzhou:Zhengzhou University,2012.]

[15]周軍英,程燕.農(nóng)藥生態(tài)風險評價研究進展[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報,2009,25(4):95-99.[ZHOU Jun-ying,CHENG Yan.Advancement in the Study of Pesticides Ecological Risk Assessment[J].Journal of Ecology and Rural Environment,2009,25(4):95-99.]

[16]USEPA.Guidelines for Ecological Risk Assessment[Z].Washington DC，USA:USEPA,1998.

[17]FOCUS.FOCUS Surface Water Scenarios in the EU Evaluation Process Under 91/414/EEC[R].Report of the FOCUS Working Group on Surface Water Scenarios,EC Document Reference SANCO/4802/2001-rev.2.2001:245.

[18]FOCUS.About STEPS-ONE-TWO:General Information[EB/OL].(2003)[2015-06-08].http:∥esdac.jrc.ec.europa.eu/projects/stepsonetwo.

[19]FOCUS.MACRO-in-FOCUS User Manual[EB/OL].(2003)[2015-06-08].http:∥focus.jrc.ec.europa.eu/sw/docs/FOCUS-SWS-APPENDIX-J.doc.

[20]FOCUS.About PRZM-SW:General Information[EB/OL].(2003)[2015-06-08].http:∥esdac.jrc.ec.europa.eu/projects/przmsw.

[21]FOCUS.TOXSWA-in-FOCUS User Manual[EB/OL].(2003)[2015-06-08].http:∥focus.jrc.ec.europa.eu/sw/docs/FOCUS-SWS-APPENDIX-L.doc.

[22]單正軍,陳祖義.農(nóng)藥環(huán)境污染影響與污染控制技術(shù)[J].農(nóng)藥科學與管理,2007,28(12):13-20.[SHAN Zheng-jun,CHEN Zu-yi.Pesticide Pollution to Environment and the Control Techniques[J].Pesticide Science and Administration,2007,28(12):13-20.]

[23]周軍英,單正軍,石利利,等.農(nóng)藥生態(tài)風險評價與風險管理技術(shù)[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,2012.[ZHOU Jun-ying,SHAN Zheng-jun,SHI Li-li,etal.Pesticide Ecological Risk Assessment and Risk Management Techniques[M].Beijing:China Environmental Science Press,2012.]

[24]USEPA.GENEEC User′s Manual:Introduction to GENEEC Version 2.0[EB/OL].(2001)[2016-04-08].https:∥www.epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/geneec2-user-manual.

[25]USEPA.Surface Water Concentration Calculator User Manual[EB/OL].(2014)[2016-04-08].http:∥nepis.epa.gov/Exe/ZyPDF.cgi?Dockey=P100JISL.txt.

[26]USEPA.Pesticide in Water Calculator User Manual for Versions 1.50 and 1.52[EB/OL].(2016)[2016-04-08].https:∥www.epa.gov/sites/production/files/2016-05/documents/pwc-user-manual-v1-50and1-52.pdf.[27]USEPA.User Manual for EXPRESS,the “EXAMS-PRZM Exposure Simulation Shell”[EB/OL].(2007)[2016-04-08].https:∥www.epa.gov/sites/production/files/documents/Express.pdf.

[28]計算機軟件著作權(quán)登記證書.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所農(nóng)藥風險評價暴露模擬外殼軟件(簡稱PRAESS)V 1.0[CP].軟著登字第0219566號.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所.[Computer Software Copyright Registration Certificate.Pesticide Risk Assessment Exposure Simulation Shell,PRAESS[CP].Computer Software Copyright Registration No.0219566.Nanjing Institute of Environmental Sciences,Ministry of Environmental Protection.]

[29]趙亮,周軍英,程燕,等.國內(nèi)外農(nóng)藥生態(tài)風險評價暴露模擬外殼述評[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報,2012,28(1):10-18.[ZHAO Liang,ZHOU Jun-ying,CHENG Yan,etal.Review of Exposure Simulation Shells for Pesticide Ecological Risk Assessment[J].Journal of Ecology and Rural Environment,2012,28(1):10-18.]

[30]中國農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥檢定所.TOP-RICE模型操作手冊[M].北京:中國農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥檢定所,2014：1-2.[Institute for the Control of Agrochemicals,Ministry of Agriculture.TOP-RICE User Manual[M].Beijing:Institute for the Control of Agrochemicals,Ministry of Agriculture,2014：1-2.]

[31]HORST M M S T,WIPFLER E L,ADRIAANSE P I,etal.Chinese Scenarios for Groundwater Leaching and Aquatice Exposure:Development of Scenarios for Environmental Risk Assessment Procedures of Pesticides in China[J].Journal of Physical Chemistry,2014,93(9):3688-3694.

[32]林綠,覃志豪,李文娟.我國農(nóng)藥地下水環(huán)境風險評估場景體系的建立[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2014,33(11):2194-2203.[LIN Lü,QIN Zhi-hao,LI Wen-juan.Development of a GIS-Based Scenario Analysis System for Pesticide Groundwater Risk Assessment in China[J].Journal of Agro-Environment Science,2014,33(11):2194-2203.]

[33]FOCUS.About SWASH:General Information[EB/OL].(2003)[2015-06-08].http:∥esdac.jrc.ec.europa.eu/projects/swash.

(責任編輯： 李祥敏)

Progress on Development of Upland Crop-Surface Water Exposure Scenarios for Pesticide Risk Assessment.

LIAOJian-hua1,ZHOUJun-ying2,CHENGYan2,CHENYang1

(1.Jiangsu Collaborative Innovation Center of Atmospheric Environment and Equipment Technology (CICAEET), Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China; 2.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China)

Exposure scenario for risk assessment of pesticides is an integration of a region with all conditions closely related to agricultural production and pesticide utilization in the area and an indispensable means of using exposure assessment models in pesticide risk assessment. A lot of works on exposure scenario construction have been done in EU and US with a rich accumulation of experience. In recent years, China has also unfolded gradually its work on construction of exposure scenarios. A review is presented summarizing progresses EU and US have made in development of construction of upland-crop-surface-water pesticide exposure scenario systems, including the principles, methods and processes of scenario construction and scenario systems already set up. The progress on the development of exposure scenario in China has been analyzed, in an attempt to provide some scientific reference for the development of an upland crop-surface water pesticide exposure scenario system in China.

pesticide; risk assessment; exposure scenario; upland crop-surface water

2016-07-06

國家環(huán)境保護標準項目(2014-72);2016中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項

X171.5;X820.4

A

1673-4831(2017)04-0289-08

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.04.001

廖建華(1990—),男,安徽金寨人,碩士生,主要從事農(nóng)藥風險評估研究。E-mail: 912307194@qq.com

① 通信作者E-mail: zjy@nies.org