龐國芳 常巧英 范春林

中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院 北京 100176

農(nóng)藥殘留監(jiān)測技術(shù)研究與監(jiān)控體系構(gòu)建展望*

龐國芳 常巧英 范春林

中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院 北京 100176

農(nóng)藥化學(xué)污染物殘留問題已成為國際共同關(guān)注的食品安全重大問題之一。我國市售農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥檢出情況依然普遍，違禁、高劇毒農(nóng)藥殘留仍在威脅民眾“菜籃子”安全。作為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量源頭監(jiān)管關(guān)鍵點(diǎn)之一的農(nóng)藥殘留監(jiān)測技術(shù)，已從經(jīng)典的色譜技術(shù)、質(zhì)譜技術(shù)，發(fā)展到高分辨質(zhì)譜技術(shù)，并在非靶向農(nóng)藥目標(biāo)物定性篩查方面實(shí)現(xiàn)了智能化、自動(dòng)化創(chuàng)新。在調(diào)研分析 1990—2016 年 4 000 余篇農(nóng)藥殘留檢測 SCI 論文和國內(nèi)外農(nóng)藥殘留監(jiān)控體系發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，文章結(jié)合作者團(tuán)隊(duì)近 10 年在高分辨質(zhì)譜-互聯(lián)網(wǎng)-數(shù)據(jù)科學(xué)/地理信息系統(tǒng)（GIS）三元融合技術(shù)研發(fā)與實(shí)踐應(yīng)用等方面取得的成果，著重探討了提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量源頭監(jiān)管與風(fēng)險(xiǎn)溯源所需的核心技術(shù)手段，對(duì)構(gòu)建我國市售食用農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留大數(shù)據(jù)庫提出了規(guī)劃和實(shí)施國家重大科技專項(xiàng)的建議，以期為落實(shí)國家“十三五”規(guī)劃綱要“農(nóng)藥使用零增長行動(dòng)”和“推進(jìn)健康中國建設(shè)”提供技術(shù)支撐，促使食品安全監(jiān)管前移，保障民眾舌尖上的安全。

農(nóng)藥殘留，食品安全，高分辨質(zhì)譜，數(shù)據(jù)科學(xué)，地理信息系統(tǒng)

農(nóng)藥是一把“雙刃劍”，在保護(hù)農(nóng)作物生長、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、保障農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存質(zhì)量等方面起到了至關(guān)重要的作用。由于存在生物活性，殘留農(nóng)藥對(duì)食品安全、生態(tài)環(huán)境的影響不可避免。世界各國已實(shí)施從農(nóng)田到餐桌的農(nóng)藥等化學(xué)污染物的監(jiān)測監(jiān)控調(diào)查，其中歐盟、美國和日本均建立了較完善的法律法規(guī)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)，制定了農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥最大殘留限量（MRLs）；在嚴(yán)格控制農(nóng)藥使用的同時(shí)，不斷加強(qiáng)和重視食品中有害殘留物質(zhì)的監(jiān)控和檢測技術(shù)的研發(fā)，并形成了非常完善的監(jiān)控調(diào)查體系。

我國作為農(nóng)業(yè)大國，是世界上農(nóng)藥生產(chǎn)和消費(fèi)量較高的國家。2000—2015 年我國化學(xué)農(nóng)藥原藥產(chǎn)品從 60 萬噸/年增加到 374 萬噸/年[1]，農(nóng)藥化學(xué)污染物是當(dāng)前食品安全源頭污染主要來源[2]。盡管我國有關(guān)部門都有不同的殘留監(jiān)控計(jì)劃，但還沒有形成一套嚴(yán)格的法律法規(guī)和全國“一盤棋”的監(jiān)控體系，各部門僅有的殘留數(shù)據(jù)資源在食品安全監(jiān)管中發(fā)揮的作用也十分有限。我國農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留大數(shù)據(jù)尚未形成資源，而這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)食品監(jiān)管非常重要。值得慶幸的是，我國在這一領(lǐng)域的檢測技術(shù)方面現(xiàn)已達(dá)到世界先進(jìn)行列，完全有能力在這些基礎(chǔ)研究上急起直追，迎頭趕上。

1 農(nóng)藥殘留監(jiān)控體系發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 世界各國農(nóng)藥及化學(xué)污染物監(jiān)控戰(zhàn)略地位的確立

早在 1976 年世界衛(wèi)生組織（WHO）、聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）就共同建立了全球環(huán)境檢測系統(tǒng)/食品項(xiàng)目，旨在掌握會(huì)員國食品污染狀況，了解食品污染物攝入量，保護(hù)人體健康，促進(jìn)貿(mào)易發(fā)展[3]。農(nóng)藥最大殘留限量（MRLs）是食品安全標(biāo)準(zhǔn)，也是國際貿(mào)易進(jìn)出口的門檻，更是食品安全監(jiān)控體系的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。歐盟、美國和日本現(xiàn)已制定的MRLs 標(biāo)準(zhǔn)分別為 162 248 項(xiàng)、39 147 項(xiàng)和 51 600 項(xiàng)[4-6]，而我國于 2017 年 6 月實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)——食品中農(nóng)藥最大殘留限量（GB 2763-2016 ）》，僅規(guī)定了食品中 433 種農(nóng)藥的 4 140 項(xiàng)最大殘留限量，與歐盟、日本等國家和地區(qū)間的限量標(biāo)準(zhǔn)要求存在很大的差距，這對(duì)我國農(nóng)藥殘留分析技術(shù)的研發(fā)與農(nóng)藥殘留限量標(biāo)準(zhǔn)的制定均提出了巨大挑戰(zhàn)。

1.2 美國、歐盟和日本農(nóng)藥化學(xué)污染物殘留數(shù)據(jù)庫在食

品安全監(jiān)管中發(fā)揮重大作用

從 20 世紀(jì) 70 年代起，美國陸續(xù)建立了三大農(nóng)藥殘留監(jiān)控體系，包括國家殘留監(jiān)控計(jì)劃（NRP）、農(nóng)藥殘留監(jiān)測計(jì)劃（PPRM）和農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)計(jì)劃（PDP），監(jiān)控農(nóng)藥品種達(dá) 500 多種，并建成農(nóng)藥化學(xué)污染物殘留數(shù)據(jù)庫。1996 年，歐盟啟動(dòng)的共同體農(nóng)藥殘留監(jiān)控計(jì)劃中包括歐盟和歐盟成員國兩大殘留監(jiān)控體系，監(jiān)控的農(nóng)藥品種達(dá)到 839 種。日本肯定列表①“食品中殘留農(nóng)業(yè)化學(xué)品肯定列表制度”簡稱“肯定列表制度”（Positive List System），是指日本為加強(qiáng)食品（包括可食用農(nóng)產(chǎn)品）中農(nóng)業(yè)化學(xué)品（包括農(nóng)藥、獸藥和飼料添加劑）殘留管理而制定的一項(xiàng)新制度。日本“肯定列表制度”涉及的農(nóng)業(yè)化學(xué)品殘留限量包括“沿用原限量標(biāo)準(zhǔn)而未重新制定暫定限量標(biāo)準(zhǔn)”“暫定標(biāo)準(zhǔn)”“禁用物質(zhì)”“豁免物質(zhì)”和“一律標(biāo)準(zhǔn)”五大類型監(jiān)控農(nóng)藥 542 種，保障了農(nóng)藥的科學(xué)施用，降低了食品中的農(nóng)藥殘留水平，促進(jìn)了綠色發(fā)展、環(huán)境友好，提高了食品安全水平。到目前為止，我國各有關(guān)部門中監(jiān)控農(nóng)藥的最多僅百種左右，且基本上處于各掃門前雪的狀況，與先進(jìn)國家差距甚遠(yuǎn)，其地位與我國的農(nóng)業(yè)大國地位很不相稱。

1.3 我國農(nóng)藥殘留監(jiān)控體系長效機(jī)制尚未建立，農(nóng)藥及

化學(xué)污染物殘留形勢嚴(yán)峻

我國尚未形成有嚴(yán)格系統(tǒng)法律法規(guī)作保障的殘留監(jiān)控體系。盡管有關(guān)部門如農(nóng)業(yè)部、食藥局和質(zhì)檢總局也開展了殘留監(jiān)控計(jì)劃，并取得了一定的成績，但在決定全局食品安全監(jiān)控中發(fā)揮的作用十分有限，導(dǎo)致在農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥獸藥殘留監(jiān)控中發(fā)揮的作用未能顯現(xiàn)。筆者團(tuán)隊(duì)主持的國家科技支撐項(xiàng)目 “食品中農(nóng)藥化學(xué)污染物高通量偵測技術(shù)研究與示范”研究發(fā)現(xiàn)，我國“菜籃子”中殘留農(nóng)藥風(fēng)險(xiǎn)隱患依然嚴(yán)峻，高劇毒和違禁農(nóng)藥仍有檢出。農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)拷問著我國“生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）”“良好農(nóng)業(yè)規(guī)范（GAP）”“危害分析和關(guān)鍵控制點(diǎn)（HACCP）”等已被世界證明是行之有效的法律法規(guī)的有效實(shí)施。水果蔬菜的農(nóng)藥殘留不容忽視，對(duì)其要以預(yù)防為主，因此監(jiān)管前移是十分必要的，也是當(dāng)務(wù)之急。建立完善我國農(nóng)藥殘留監(jiān)控體系，保障“農(nóng)田到餐桌”食品安全，為食品安全問題的上可溯源，下可追蹤提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支持；同時(shí)對(duì)大眾日常消費(fèi)的水果、蔬菜等農(nóng)作物進(jìn)行廣泛篩查，監(jiān)督和控制食品污染和保證食品質(zhì)量，具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意義。

2 農(nóng)藥殘留監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢

作為殘留監(jiān)控體系的重要技術(shù)支撐手段，監(jiān)測方法的科學(xué)性和可操作性是確保殘留監(jiān)控體系有效運(yùn)轉(zhuǎn)的基石和保障。歐盟、美國和日本農(nóng)藥殘留監(jiān)控體系采用的檢測技術(shù)為氣相色譜和液相色譜技術(shù)，以及低分辨質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)。同時(shí)，通過對(duì) 15 種SCI雜志 4 678 篇食用農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測技術(shù)論文分析發(fā)現(xiàn)，涉及的檢測技術(shù)有 214 種，使用率最高的技術(shù)為液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）、氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）、液相色譜-紫外檢測、氣相色譜-電子捕獲檢測等；涉及色譜（配備選擇性檢測器）檢測技術(shù) 1 432 篇，涉及質(zhì)譜檢測技術(shù) 2 091 篇，這兩項(xiàng)技術(shù)成為殘留分析應(yīng)用最廣泛的技術(shù)（圖 1）。

2.1 質(zhì)譜技術(shù)成為殘留分析的主流技術(shù)[7]

從1912 年 Thomson 研制成第 1 臺(tái)質(zhì)譜儀，到現(xiàn)在已有 100 多年。早期的質(zhì)譜儀主要是用來進(jìn)行同位素測定和無機(jī)元素分析，20 世紀(jì) 40 年代以后開始用于有機(jī)物分析，60 年代出現(xiàn)了氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，使質(zhì)譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域大大擴(kuò)展，開始成為有機(jī)物分析的重要儀器。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用加速了質(zhì)譜技術(shù)快速發(fā)展，20 世紀(jì) 80 年代以后又出現(xiàn)了一些新的質(zhì)譜技術(shù)，如原子轟擊電離源、基質(zhì)輔助激光解吸電離源、電噴霧電離源、大氣壓化學(xué)電離源，以及隨之發(fā)展起來的液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜儀、傅里葉變換質(zhì)譜儀等。這些新的電離技術(shù)和新型質(zhì)譜儀器，使質(zhì)譜分析又取得了長足進(jìn)展。目前質(zhì)譜分析法已廣泛地應(yīng)用于化學(xué)、材料、環(huán)境、地質(zhì)、能源、藥物、刑偵、生命科學(xué)、食品科學(xué)、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。在食用農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測領(lǐng)域，質(zhì)譜檢測技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

在質(zhì)譜技術(shù)中，GC-MS 技術(shù)從 1992 年起持續(xù)年穩(wěn)定發(fā)展；緣于電噴霧離子化（ESI）和大氣壓化學(xué)離子化（APCI）的技術(shù)進(jìn)步，促使 LC-MS/MS 技術(shù)自 2003 年起處于領(lǐng)先地位；高分辨質(zhì)譜（HRMS），如飛行時(shí)間質(zhì)譜（TOF/MS）和軌道阱質(zhì)譜（LC-Orbitrap）技術(shù)等，在 2002 年前還沒有在殘留分析中應(yīng)用，自 2002 年起高分辨質(zhì)譜的應(yīng)用數(shù)量顯著增加。高分辨質(zhì)譜所獨(dú)有的精確質(zhì)量鑒別能力，使其成為未來殘留分析的發(fā)展方向（圖2）。

圖1 1990—2016年色譜技術(shù)與質(zhì)譜技術(shù)發(fā)展趨勢

圖2 1990—2016年傳統(tǒng)質(zhì)譜技術(shù)與高分辨質(zhì)譜技術(shù)發(fā)展趨勢

2.2 高分辨質(zhì)譜成為非靶向目標(biāo)物篩查的發(fā)展方向

區(qū)別于低分辨質(zhì)譜，高分辨質(zhì)譜是指能夠提供高質(zhì)量分辨率 ＞10 000 半峰寬（FWHM）、高質(zhì)量準(zhǔn)確度 ＜5 ppm 和高掃描速率的質(zhì)譜檢測技術(shù)。常見的高分辨質(zhì)譜包括傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜（FTICR）、傅立葉變換靜電場軌道阱質(zhì)譜（Orbitrap）、飛行時(shí)間質(zhì)譜（TOF/MS）、四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜（Q-TOF/MS）等[8]。其主要原理是通過不同質(zhì)荷比的離子在飛行管中飛行時(shí)間的不同來對(duì)目標(biāo)化合物加以區(qū)分。目標(biāo)化合物在離子源中電離后，經(jīng)過傳輸進(jìn)入飛行管，在脈沖電場的作用下對(duì)離子施加相同的電勢能，并轉(zhuǎn)化為離子的動(dòng)能，從而使得離子在飛行管中飛行。由于施加電勢能相同，因此離子的質(zhì)荷比與其在飛行管中的飛行時(shí)間的平方成正比關(guān)系，通過計(jì)算最終可確定離子的質(zhì)荷比。此外，飛行時(shí)間質(zhì)譜也可與四極桿等組件進(jìn)行串聯(lián)，從而起到對(duì)目標(biāo)離子進(jìn)行過濾和篩選的目的，并可進(jìn)一步通過碰撞碎裂獲得相應(yīng)的碎片離子信息。

由于高分辨質(zhì)譜具有同時(shí)篩查大量目標(biāo)化合物的能力，并且在全掃描模式下無須考慮目標(biāo)化合物的數(shù)量。其應(yīng)用于多殘留篩查主要有以下兩種方式：（1）基于精確質(zhì)量數(shù)，色譜保留時(shí)間和同位素分布等條件對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行定性測定；（2）采用源內(nèi)碎裂離子作為輔助定性的依據(jù)。截至目前，Q-TOF/MS 等高分辨質(zhì)譜在復(fù)雜基質(zhì)中農(nóng)藥殘留的分析仍處于初步的摸索和嘗試階段，農(nóng)藥質(zhì)譜信息庫的建立，以及在質(zhì)譜信息庫基礎(chǔ)上的千余種農(nóng)藥不用標(biāo)準(zhǔn)品的定性篩查方面的研究報(bào)道尚不多見。

3 農(nóng)藥殘留高分辨監(jiān)測技術(shù)研發(fā)

農(nóng)藥殘留檢測如何實(shí)現(xiàn)電子化、農(nóng)藥殘留大數(shù)據(jù)報(bào)告如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、農(nóng)藥殘留風(fēng)險(xiǎn)溯源如何實(shí)現(xiàn)視頻化，是我國農(nóng)藥殘留檢測面臨的三大挑戰(zhàn)。筆者團(tuán)隊(duì)圍繞世界常用的 1 200 種農(nóng)藥化學(xué)污染物展開研究，在高分辨質(zhì)譜技術(shù)+互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)科學(xué)、地理信息多元融合技術(shù)研發(fā)等 3 個(gè)方面均取得了原創(chuàng)性突破。

3.1 研發(fā)以電子標(biāo)準(zhǔn)替代實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥殘留偵測電子化

采用氣相色譜-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜（GC-Q-TOF/MS）或液相色譜-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜（LC-Q-TOF/MS）研究開發(fā)了世界常用 1 200 多種農(nóng)藥的一級(jí)精確質(zhì)量數(shù)據(jù)庫和二級(jí)碎片離子的譜圖庫。在此基礎(chǔ)上，為世界常用 1 200 多種農(nóng)藥的每一種都建立了一個(gè)自身獨(dú)有的電子身份證（電子識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)），以電子標(biāo)準(zhǔn)取代農(nóng)藥實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)作參比的傳統(tǒng)鑒定方法，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥殘留由靶向檢測向非靶向篩查的跨越式發(fā)展。實(shí)現(xiàn)了高速度（30 min）、高通量（千余種農(nóng)藥以上）、高精度（0.0001 m/z）、高可靠性（10 個(gè)確證點(diǎn)以上）、高度信息化、自動(dòng)化和電子化。由于徹底解決靶向檢測技術(shù)的弊端，分析速度和方法效能是傳統(tǒng)方法和靶向檢測技術(shù)不可想象的。其檢測能力居國際領(lǐng)先地位，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了目前美國、歐盟和日本農(nóng)藥殘留檢測技術(shù)的實(shí)力，從而可以大大提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的保障能力。同時(shí)，檢測的水果蔬菜種類覆蓋范圍達(dá)到 18 類 150 多種，其中 85% 屬于國家 MRLs 標(biāo)準(zhǔn)（GB 2763-2016）列明品種，緊扣國家標(biāo)準(zhǔn)反映市場真實(shí)情況。同時(shí)，節(jié)省了資源，減少了污染，完全達(dá)到了綠色發(fā)展、環(huán)境友好和清潔高效的要求。

3.2 研發(fā)高分辨質(zhì)譜+互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)據(jù)科學(xué)三元融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥殘留檢測報(bào)告生成自動(dòng)化

鑒于非靶標(biāo)農(nóng)藥殘留偵測技術(shù)的高度數(shù)字化、信息化和電子化，產(chǎn)生了海量分析數(shù)據(jù)，向傳統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法提出了挑戰(zhàn)，急需建立新的大數(shù)據(jù)的采集、傳送、統(tǒng)計(jì)和智能分析系統(tǒng)。圍繞食品農(nóng)藥殘留檢測數(shù)據(jù)分析中目前難以解決的數(shù)據(jù)維度多、數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜、分析要求高等難題，在深入分析農(nóng)藥殘留檢測數(shù)據(jù)特征和分析需求的基礎(chǔ)上，解決了“多國 MRLs 標(biāo)準(zhǔn)-農(nóng)產(chǎn)品分類-千余種農(nóng)藥特性”的關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)與查詢關(guān)鍵技術(shù)；提出了面向農(nóng)藥殘留檢測數(shù)據(jù)的多維度交叉分析方法、農(nóng)藥殘留污染綜合評(píng)價(jià)與預(yù)警模型；建立了多國 MRLs 標(biāo)準(zhǔn)等四大基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥殘留基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)存取與調(diào)用，為農(nóng)藥殘留偵測結(jié)果的判定提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。

自主研發(fā)了農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，構(gòu)建了農(nóng)藥殘留偵測結(jié)果數(shù)據(jù)庫。提出的“數(shù)據(jù)獲取-信息補(bǔ)充-衍生物合并-禁藥處理-污染等級(jí)判定”的數(shù)據(jù)融合與處理模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)藥多殘留檢測結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行快速在線采集、融合，以及參照多國 MRLs 的精準(zhǔn)判定，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥殘留偵測結(jié)果數(shù)據(jù)庫的動(dòng)態(tài)添加與實(shí)時(shí)更新，為國家食品安全決策提供了科學(xué)數(shù)據(jù)支持。

自主研發(fā)了農(nóng)藥殘留海量數(shù)據(jù)智能分析系統(tǒng)，提出了面向海量農(nóng)殘檢測數(shù)據(jù)的多維度交叉分析方法、農(nóng)藥殘留污染綜合評(píng)價(jià)與預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)了從農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)藥、地域、多國 MRLs 等多維度進(jìn)行的 18 項(xiàng)農(nóng)藥殘留指標(biāo)的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和 5 項(xiàng)報(bào)表的自動(dòng)生成，以及根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的綜合評(píng)價(jià)和預(yù)警信息的自動(dòng)生成，最終實(shí)現(xiàn)“一鍵下載”。一本圖文并茂的農(nóng)藥殘留偵測報(bào)告可在 30 分鐘內(nèi)自動(dòng)生成，大大提高了偵測報(bào)告的精準(zhǔn)度，其制作效率是傳統(tǒng)分析方法無可比擬的，這為農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)分析提供了有效工具。

3.3 研發(fā)高分辨質(zhì)譜+互聯(lián)網(wǎng)+地理信息系統(tǒng)（GIS）三元融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥殘留風(fēng)險(xiǎn)溯源視頻化

將農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)與地理數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，完成了農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式下中國地圖的新應(yīng)用，其研發(fā)的核心技術(shù)包括：（1）從多空間分辨率，全國-省級(jí)-地市級(jí)多尺度表達(dá)農(nóng)作物農(nóng)藥殘留特征；（2）按照不同農(nóng)產(chǎn)品類型對(duì)各類農(nóng)藥殘留特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與制圖；（3）反映各類農(nóng)藥殘留在空間上和農(nóng)作物類型上的分布特征與數(shù)量指標(biāo)；（4）參照中國、歐盟和日本等多國 MRLs 標(biāo)準(zhǔn)，按地區(qū)和農(nóng)產(chǎn)品種類展現(xiàn)農(nóng)殘超標(biāo)情況。采用高分辨質(zhì)譜+互聯(lián)網(wǎng)+地理信息系統(tǒng)（GIS）多元技術(shù)融合，設(shè)計(jì)編制了目標(biāo)農(nóng)藥、食品名稱、食品產(chǎn)地等多維空間特征的可視化系統(tǒng)，現(xiàn)已形成兩個(gè)產(chǎn)品——“31 個(gè)省會(huì)/直轄市市售水果蔬菜農(nóng)藥殘留水平地圖集”和“31 個(gè)省會(huì)/直轄市市售水果蔬菜農(nóng)藥殘留在線制圖系統(tǒng)”，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥殘留檢測、溯源和預(yù)警三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的“智慧一張圖”管理；為產(chǎn)業(yè)自律、政府監(jiān)管和第三方監(jiān)督提供了基于空間可視化的科學(xué)數(shù)據(jù)支撐；構(gòu)建了面向“全國-省-市（區(qū)）”多尺度的開放式專題地圖表達(dá)框架，既便于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的匯聚，也實(shí)現(xiàn)了未來數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)添加和實(shí)時(shí)更新。

4 農(nóng)藥殘留高分辨監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用

研究建立的 GC-Q-TOF/MS 和 LC-Q-TOF/MS 兩種高分辨質(zhì)譜技術(shù)，在分析復(fù)雜基質(zhì)多農(nóng)藥殘留方面具有不同的優(yōu)勢，在檢測時(shí)可以互相補(bǔ)充，具有高通量和普遍適用性的優(yōu)點(diǎn)。通過聯(lián)合兩種方法，現(xiàn)已對(duì)全國 31 省會(huì)/直轄市（含 284 個(gè)區(qū)縣）638 個(gè)采樣點(diǎn) 22 328 例市售水果和蔬菜樣品進(jìn)行了千余種農(nóng)藥殘留篩查，完成了 31 省會(huì)/直轄市農(nóng)藥殘留偵測報(bào)告。初步查清了中國市售水果蔬菜農(nóng)藥殘留狀況，包括殘留農(nóng)藥的主要分布區(qū)域、品種、毒性、殘留水平，以及不同種類農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留的差異等 20 項(xiàng)規(guī)律性特征（表 1）。

兩種高分辨質(zhì)譜技術(shù)適用于 18類 146 種水果蔬菜，涵蓋我國水果蔬菜名錄 85% 以上，具有強(qiáng)大的農(nóng)藥殘留發(fā)現(xiàn)能力。由于實(shí)現(xiàn)了以電子標(biāo)準(zhǔn)替代實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)做參比定性的傳統(tǒng)方法，使農(nóng)藥殘留檢測由靶向檢測實(shí)現(xiàn)了向非靶向檢測的跨越式發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥殘留檢測的自動(dòng)化、電子化。將其應(yīng)用于我國 31 個(gè)省會(huì)/直轄市 146 種水果蔬菜樣品分析，提供精準(zhǔn)的質(zhì)譜檢測數(shù)據(jù)。兩種方法相互補(bǔ)充，互相驗(yàn)證，表明兩種方法結(jié)合在綜合快速篩查和多農(nóng)藥殘留監(jiān)測方面是一個(gè)有效的分析策略?？傊@項(xiàng)新技術(shù)查清了我國 18 類 146 種果蔬中所發(fā)現(xiàn)的農(nóng)藥殘留存在狀態(tài)和規(guī)律性特征，查清了我國 31 省會(huì)/直轄市市售水果蔬菜農(nóng)藥殘留的“家底”，為落實(shí)《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》中提出的“強(qiáng)化農(nóng)藥和獸藥殘留超標(biāo)治理（第十八章第四節(jié)）”，“實(shí)施化肥農(nóng)藥使用量零增長行動(dòng)（第十八章第五節(jié)）”和“提高監(jiān)督檢查頻次和抽檢監(jiān)測覆蓋面，實(shí)行全產(chǎn)業(yè)鏈可追溯管理（第六十章第八節(jié)）”提供了科學(xué)數(shù)據(jù)的重要支撐。

表1 農(nóng)藥殘留大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)的20項(xiàng)規(guī)律性特征

5 措施與建議

5.1 創(chuàng)建“國家市售食用農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留監(jiān)控工程研究中心”

應(yīng)密切跟蹤國際農(nóng)藥殘留非靶向檢測技術(shù)發(fā)展，不斷提高農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留偵測能力；深入研發(fā)高分辨質(zhì)譜+互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)據(jù)科學(xué)三元跨界融合技術(shù)形成的農(nóng)藥殘留大數(shù)據(jù)智能分析軟件，進(jìn)一步擴(kuò)容升級(jí)；深入研發(fā)高分辨質(zhì)譜-互聯(lián)網(wǎng)-地理信息系統(tǒng)三元跨界融合技術(shù)形成的“中國市售食用農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留在線制圖系統(tǒng)軟件”視頻化內(nèi)容；構(gòu)建和組織全國 30 個(gè)以上農(nóng)藥殘留監(jiān)測聯(lián)盟實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)建農(nóng)藥化學(xué)污染物監(jiān)測技術(shù)平臺(tái)，對(duì)全國市售農(nóng)產(chǎn)品（水果、蔬菜、茶葉和糧谷）中農(nóng)藥殘留、重金屬和生物毒素等有毒物狀況實(shí)施一年四季循環(huán)偵測；對(duì)重點(diǎn)地區(qū)、重點(diǎn)食用農(nóng)產(chǎn)品和重點(diǎn)農(nóng)藥開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為國家相關(guān)職能管理部門的決策和監(jiān)管提供有效的技術(shù)保障和科學(xué)數(shù)據(jù)支撐；開展相關(guān)食品安全與營養(yǎng)健康課題研究和重大前沿深層次的課題研究，加強(qiáng)國際合作與交流，篩選出在國際跟蹤、齊跑和領(lǐng)跑的研究課題。

5.2 創(chuàng)建“中國市售食用農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)庫”

創(chuàng)建全國-省級(jí)-地級(jí)三級(jí)架構(gòu)的中國市售食用農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫容量由項(xiàng)目示范時(shí)的 31 省會(huì)/直轄市 284 個(gè)區(qū)縣，擴(kuò)展到全國 31 省區(qū)市 2 000 多個(gè)區(qū)縣；采樣點(diǎn)由 600 多個(gè)，擴(kuò)展到 3 000—5 000 個(gè)；人口覆蓋面由 25% 擴(kuò)展到 85% 以上。數(shù)據(jù)庫包含全國 31 省會(huì)/直轄市，下轄的常住人口超過 50 萬的 400 多個(gè)地級(jí)行政區(qū)，市售的 150 多種農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)，并準(zhǔn)備擴(kuò)展到有害金屬元素和生物毒素的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫的全部數(shù)據(jù)來源于 30 個(gè)聯(lián)盟實(shí)驗(yàn)室按“六統(tǒng)一”規(guī)范操作（統(tǒng)一采樣標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一制樣技術(shù)、統(tǒng)一檢測方法、統(tǒng)一格式數(shù)據(jù)上傳、統(tǒng)一模式統(tǒng)計(jì)分析、統(tǒng)一參加國際/歐盟能力水平測試和飛行樣品檢測）全封閉運(yùn)行，保障數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性、完整性、安全性、可靠性和科學(xué)性；計(jì)劃所有地級(jí)市每年采樣篩查 1 次，每個(gè)直轄市及省會(huì)城市每季度采樣篩查1次，預(yù)計(jì)每年采樣量 10 萬例；以全國-省級(jí)-地級(jí)三級(jí)架構(gòu)，實(shí)時(shí)跟蹤全國31個(gè)省會(huì)/直轄市，下轄400余個(gè)地級(jí)行政區(qū)的農(nóng)藥殘留動(dòng)態(tài)。與前期項(xiàng)目示范相比，農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)庫容量將擴(kuò)大15—20倍，并建成國內(nèi)首個(gè)“中國市售食用農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)庫”；提供全國-省級(jí)-地級(jí)行政區(qū)三級(jí)農(nóng)藥殘留偵測報(bào)告，并建議將其納入國家、省地市政府食品安全有關(guān)部門購買計(jì)劃，作為食品安全監(jiān)管的重要工具書，包括全國年度報(bào)告、各省級(jí)行政區(qū)域年度報(bào)告、各地級(jí)行政區(qū)域的年度報(bào)告以及各直轄市和省會(huì)城市的季度報(bào)告。擴(kuò)展研編“中國市售食用農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留在線制圖系統(tǒng)軟件”及地圖集，建議納入國家、省地市政府食品安全監(jiān)管部門購買計(jì)劃，作為食品安全監(jiān)管的重要工具書。

6 結(jié)語

農(nóng)藥殘留監(jiān)測技術(shù)信息化、監(jiān)測大數(shù)據(jù)處理的智能化及農(nóng)藥殘留風(fēng)險(xiǎn)溯源可視化的實(shí)現(xiàn)，將對(duì)完善我國農(nóng)藥殘留監(jiān)控體系起到重要作用，促使我國食品安全狀況大大改觀。開展農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥化學(xué)污染物殘留水平調(diào)查，摸清家底，規(guī)劃建立實(shí)時(shí)檢測動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，并將農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生的“31 省會(huì)/直轄市農(nóng)藥殘留偵測報(bào)告”，納入國家政府購買計(jì)劃，鼓勵(lì)國家政府各部門、地方政府部門將“農(nóng)藥殘留偵測報(bào)告” “農(nóng)藥殘留水平地圖集” “農(nóng)藥殘留在線制圖系統(tǒng)”等龐大的數(shù)據(jù)資源盤活，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橄冗M(jìn)的生產(chǎn)力，真正落實(shí)到實(shí)現(xiàn)“十三五”國家規(guī)劃行動(dòng)中，在供給側(cè)改革中發(fā)揮重大作用。這項(xiàng)工作不只是食品安全問題，還關(guān)系到國泰民安，關(guān)系到國家形象，關(guān)系到國家長治久安。

1 中華人民共和國國家統(tǒng)計(jì)局. 中國統(tǒng)計(jì)年鑒. [2017-07-08].http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/.

2 楊杰, 樊永祥, 楊大進(jìn), 等. 國際食品污染物監(jiān)測體系理化指標(biāo)監(jiān)測介紹及思考. 中國食品衛(wèi)生雜志, 2009, 21(2): 161-168.

3 旭日干, 龐國芳. 中國食品安全現(xiàn)狀、問題及對(duì)策戰(zhàn)略研究.北京: 科學(xué)出版社, 2016.

4 European Commission. EU Pesticides database. [2017-07-08].http://ec.europa.eu/food/plant/pesticides/eu-pesticides-database/pu blic/?event=homepage&language=EN

5 USDA. Maximum Residue Limits (MRL) Database. [2017-07-08].https://www.fas.usda.gov/maximum-residue-limits-mrl-database

6 The Japan Food Chemical Research Foundation. Maximum Residue Limits (MRLs) List of Agricultural Chemicals in Foods. [2017-6-8].http://www.m5.ws001.squarestart.ne.jp/foundation/search.html.

7 龐國芳, 范春林, 常巧英, 等. 追蹤近20年SCI論文見證世界農(nóng)藥殘留檢測技術(shù)進(jìn)步. 食品科學(xué), 2012, 33(Z1):1-7.

8 Marshall A G, Hendrickson C L. High-resolution mass spectrometers. Annual Review of Analytical Chemistry, 2008,1(1): 579-599.Abstract Pesticides and chemical contaminants residues have become one of the major food safety concerns of the world. The pesticides in the agricultural products sold on the market of China are still found frequently, and the banned and highly toxic pesticides remain a threat to the safety of the “vegetable basket” of our folks. Pesticides monitoring techniques, one of the key control points of the source control of the agricultural product quality, have already changed from the conventional chromatography and mass spectrometry to high-resolution mass spectrometry, with the realization of intelligentization and automation for the qualitative screening of non-target pesticides. On the basis of investigation and analysis of over 4 000 SCI analytical papers on pesticide residue from 1990 to 2016 and the present state of domestic and international pesticide monitoring systems, and combining the tri-element merging technique of high-resolution mass spectrometry-internetinformation technology/geographical information system (GIS) developed by the authors’ team over ten years with the practical application results, the research focuses on the core technical means needed to improve the source monitoring of agricultural product quality and risk traceability, and the proposals for planning and implementing national key scientific and technical projects have been put forward in order to develop big data bases for the pesticide residues in the agricultural products sold on the market of China for the purpose of providing technical support for the implementation of the state programs of “Zero Increase of Pesticide Use” and “Boosting the Construction of Healthy China” in 13th Five-Year Plan, as well as moving the food safety monitoring ahead and ensuring the safety of folks bite.

Prospect for Research of Pesticide Residue Monitoring Technique and Construction of Monitoring Systems

Pang Guofang Chang Qiaoying Fan Chunlin
（Chinese Academy of Inspection and Quarantine, Beijing 100176, China）

pesticide residue, food safety, high-resolution mass spectrometry, information technology, geographical information system (GIS)

DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2017.10.005

*資助項(xiàng)目：“十二五”國家科技支撐項(xiàng)目（2012BAD29 B01）、國家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)（2015FY111200）

修改稿收到日期：2017年10月10日

龐國芳 中國工程院院士，中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院研究員，中國食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)審評(píng)委員會(huì)副主任，中國國家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估專家委員會(huì)副主任，美國分析化學(xué)家協(xié)會(huì)（AOAC）資深專家，國際AOAC 2014年度Harvey W. Wiley獎(jiǎng)獲得者。30多年來始終工作在檢驗(yàn)檢疫第一線，致力于食品科學(xué)檢測技術(shù)理論與實(shí)踐的研究，在農(nóng)藥等化學(xué)污染物殘留微量分析技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了開拓性的研究工作，在研究高靈敏度、高選擇性、高分辨率的多殘留快速檢測新技術(shù)、新方法方面；在研究新型萃取、分離、富集等樣品制備新技術(shù)、新方法方面多有創(chuàng)新。在檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工程化方面頗有建樹，研究建立了139項(xiàng)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和3項(xiàng)國際AOAC標(biāo)準(zhǔn)。3次榮獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，8次榮獲國際AOAC科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。論著10部（2 000萬字），論文100多篇（其中40篇SCI論文）。E-mail: ciqpang@163.com

Pang Guofang Academician of Chinese Academy of Engineering, the chief scientist of CAIQ, deputy director of Risk Evaluation Expert Committee of China National Food Safety, deputy director of Review Committee of China National Food Safety Standards, Fellow of Association of Official Analytical Chemists (AOAC), recipient of the 2014 Harvey W. Wiley Award. Over the past 30 years, he has been always working at the forefront of the inspection and quarantine work, devoting himself to the research on the theory and practice of food scientific analysis and conducting the pioneering research work in the field of trace element analytical techniques of pesticide and veterinary drug residues. He has made many innovations in the study of new techniques of rapid detection of multiresidues with high sensitivity, high selectivity and high resolutions as well as in the study of new techniques and new methods such as sample preparation like extraction, separation,enrichment, etc. He has focused his study on the high through-put techniques of the trace elements of over 1000 pesticides and veterinary drug residues and established 139 China National Standards and 3 AOAC Official Method. He won the Second Prize of the State Scientific and Technical Progress for 3 times and the Award of Science and Technique of AOAC for 8 times. He had 10 scientific and technical works (20 million words) and over 100 papers published, of which 40 were SCI indexed papers. E-mail: ciqpang@163.com