張健威，曾莎莎，梁延鵬，2，3*，覃禮堂，2，曾鴻鵠，2，3，馬誠佑

（1.桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；3.巖溶地區(qū)水污染控制與用水安全保障協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西 桂林 541004；4.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林541004）

20世紀(jì)70年代以來，有機(jī)磷農(nóng)藥（Organophospho?rus pesticides，OPs）因具有高效致毒、快速降解等特性取代了有機(jī)氯農(nóng)藥（OCPs），被廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[1]。僅在2010 年，我國農(nóng)藥的施用量就達(dá)到302 700 t，其中72%為OPs[2]。雖然近年來OPs 的施用量有所下降，但毒死蜱、樂果、敵敵畏和辛硫磷等10 種OPs 的年施用量仍達(dá)到4 033.31 t[3]。有關(guān)研究表明，OPs 施用后僅有10%~20%發(fā)揮效用[4]，其余大部分會以原藥的形式殘留在土壤或空氣中，并通過降雨、大氣沉降以及地表徑流等途徑遷移，最終在土壤、沉積物、地表水和地下水中富集[5-7]。理論上，自然環(huán)境中的OPs可以被降解為無害的無機(jī)磷，但隨著不同環(huán)境介質(zhì)中OPs 被相繼檢出，說明OPs 將成為新一類持久性污染物[8]。

桂林會仙巖溶濕地作為世界上最大的巖溶濕地系統(tǒng)，其不僅銜接漓江和洛清江兩大水系，還為脆弱的巖溶地下水環(huán)境提供了天然屏障[9]。然而近幾十年來，人類對濕地?zé)o節(jié)制的開發(fā)，大量天然湖泊被改造為人工魚塘，退化的濕地逐漸變?yōu)楦兀瑢?dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染問題突顯。符鑫等[10]調(diào)查研究了會仙濕地地表水和地下水中OCPs 的污染狀況，結(jié)果顯示研究區(qū)域內(nèi)共有15 種OCPs 被檢出，平均檢出濃度為104.23 ng·L-1。彭聰?shù)萚11]調(diào)查了會仙濕地富營養(yǎng)化狀況，發(fā)現(xiàn)濕地內(nèi)水體富營養(yǎng)呈現(xiàn)上升趨勢，部分區(qū)域出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。因此，會仙巖溶濕地的農(nóng)業(yè)面源污染問題值得人們關(guān)注。

近年來，學(xué)者們主要集中關(guān)注會仙濕地中重金屬、抗生素和 OCPs 等污染問題[10，12-13]，但對 OPs 復(fù)合污染特征及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)關(guān)注較少。而濕地周邊分布有大面積的農(nóng)田和眾多村落，內(nèi)部水系縱橫交錯，這都為OPs通過地表徑流、土壤滲透等途徑從農(nóng)田向濕地內(nèi)遷移提供了有利條件[14]。因此，本文以會仙巖溶濕地為研究對象，分析不同水期下濕地湖泊水和農(nóng)田溝渠水中16 種OPs 的殘留與分布特征，并通過風(fēng)險(xiǎn)商值法進(jìn)行復(fù)合污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估，為會仙濕地OPs的阻控和風(fēng)險(xiǎn)管理提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 標(biāo)準(zhǔn)品與試劑

16種OPs：敵敵畏、氧樂果、樂果、甲胺磷、乙酰甲胺磷、久效磷、滅線磷、辛硫磷、對硫磷、敵百蟲、水胺硫磷、殺撲磷、殺唑磷、氯唑磷、馬拉硫磷和毒死蜱，混合標(biāo)準(zhǔn)溶液購于美國o2si公司；丙酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、乙腈均為色譜純，購于美國Fisher 公司；甲醇為色譜純，購于德國Merck 公司；甲酸為色譜純，購于美國阿拉丁公司；乙酸銨、鹽酸均為國產(chǎn)分析純。

1.2 樣品采集

本文以桂林會仙巖溶濕地為研究對象，使用GPS現(xiàn)場定點(diǎn)，分別于2018年8月（豐水期）、2018年10月（平水期）和2019 年1 月（枯水期）采集水樣。采樣點(diǎn)的布設(shè)和水樣的采集均依據(jù)《水質(zhì)采樣方案設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（HJ 95—2009）進(jìn)行。濕地湖泊采樣點(diǎn)主要是沿濕地內(nèi)河流走向在碼頭、干流和支流上布設(shè)（共18 個，S1~S18），河岸周邊耕地多以玉米、蔬菜和花生等短期旱種作物為主，濕地內(nèi)部的耕種區(qū)較為零散，而碼頭周圍多為村落聚集地；豐水期濕地周邊大量地表徑流匯入濕地湖泊，枯水期濕地湖泊水則以地下徑流的方式向周圍擴(kuò)散。農(nóng)田溝渠采樣點(diǎn)選擇在濕地周邊農(nóng)田溝渠布設(shè)（共6 個，D1~D6），農(nóng)田每年耕種兩季水稻，休耕期時部分農(nóng)田會種植蔬菜。具體采樣點(diǎn)分布見圖1。每個采樣點(diǎn)采集1 L 水樣置于棕色玻璃瓶中，現(xiàn)場在瓶中加入5 mL 甲醇助溶，用鹽酸調(diào)節(jié)pH 為3~5。采樣完成后，立即將樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，在4 ℃冰箱中避光保存，并于48 h內(nèi)完成前處理。

1.3 樣品前處理

將水樣用0.45 μm 玻璃纖維濾膜進(jìn)行抽濾，取500 mL 濾后水樣，采用HLB-AC 串聯(lián)柱進(jìn)行固相萃取（HLB 柱在上，AC 柱在下）。樣品過柱前，依次用10 mL二氯甲烷/丙酮（V∶V，1∶4）、10 mL 5 mmol·L-1乙酸銨甲醇溶液和10 mL 超純水活化萃取柱，上樣流速控制在3~5 mL·min-1。樣品過完后，用10 mL 超純水淋洗萃取柱，在氮?dú)庀赂稍?0 min。將兩柱拆開，用12 mL 二氯甲烷/丙酮（V∶V，1∶4）洗脫 HLB 柱，用12 mL 5 mmol·L-1乙酸銨甲醇溶液洗脫 AC 柱，分 3 次洗脫，最后將洗脫液混合，于35 ℃下用氮?dú)獯抵两?，加?.1%甲酸水溶液-甲醇（V∶V，1∶3）混合溶液復(fù)溶，定容至1 mL，過0.22 μm 濾膜后，置于棕色進(jìn)樣瓶中，待上機(jī)測定。

1.4 儀器分析

采用超高效液相色譜串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜儀（UPLC-MS/MS）分析測定水樣。色譜條件：色譜柱采用ACQUIT BEH C18柱（2.1 mm×100 mm，1.7 μm），進(jìn)樣量2 μL，流速0.3 mL·min-1，柱溫40 ℃。流動相A為0.1%甲酸水溶液，流動相B 為甲醇，梯度洗脫程序?yàn)椋?~2 min，20% B；2~4.5 min，20%~86% B；4.5~8 min，86%~90% B；8~9 min，90%~20% B；9~11 min，20%B。質(zhì)譜條件：采用正離子掃描（ESI+），多反應(yīng)監(jiān)測模式（MRM）；毛細(xì)管電壓0.5 kV，離子源溫度150 ℃，脫溶劑溫度600 ℃，脫溶劑氣流速1 000 L·h-1。

1.5 質(zhì)量保證與質(zhì)量控制

采用外標(biāo)法進(jìn)行定量分析，16 種目標(biāo)物在1~100 μg·L-1范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)R2>0.99。分別用3 倍信噪比和10 倍信噪比對應(yīng)標(biāo)樣濃度估算方法檢出限、定量限，其中檢出限為0.004~0.238 ng·L-1，定量限為0.020~0.794 ng·L-1。樣品處理過程中同時分析實(shí)驗(yàn)室空白、現(xiàn)場空白、樣品平行和空白加標(biāo)平行樣（n=5）。其中，空白加標(biāo)樣中16種目標(biāo)物的加標(biāo)回收率為55.5%~109.7%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）小于13.9%。

1.6 復(fù)合污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估

現(xiàn)階段，研究者對水生生態(tài)中污染物的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)多集中于單一物質(zhì)[15]，忽略了低濃度下可能存在的復(fù)合毒性效應(yīng)，導(dǎo)致實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)被低估。而在現(xiàn)實(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，針對不同作物和病蟲害情況經(jīng)常是多種農(nóng)藥同時使用進(jìn)行防治，環(huán)境中的農(nóng)藥殘留也多以混合物的形式存在[16]，因此開展混合物復(fù)合風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)更具有現(xiàn)實(shí)意義。本文參照BACKHAUS 等[17]提出的化學(xué)混合物風(fēng)險(xiǎn)評估方法對研究區(qū)域內(nèi)不同季節(jié)下各采樣點(diǎn)的OPs混合物進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估。公式如下：

式中：CMECi為化合物i在環(huán)境中的實(shí)測濃度，ng·L-1；CPNECi為化合物i預(yù)測無效應(yīng)濃度，ng·L-1；RQi為化合物i的單一風(fēng)險(xiǎn)商值；RQs為混合物風(fēng)險(xiǎn)商值；M(EC50藻,LC50甲,LC50魚)i為化合物i對藻類半數(shù)效應(yīng)濃度和魚類、甲殼類的半數(shù)致死濃度；AFi為風(fēng)險(xiǎn)因子，取值為100。

根據(jù)HERNANDO 等[18]提出的RQs分類方法評估生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級：低風(fēng)險(xiǎn)，RQs<0.1；中等風(fēng)險(xiǎn)，0.11。本文中的毒理數(shù)據(jù)來自于北美行動網(wǎng)絡(luò)PANNA 農(nóng)藥毒性數(shù)據(jù)庫[19]、英國PPDB 農(nóng)藥屬性數(shù)據(jù)庫[20]、美國環(huán)境保護(hù)局（US EPA）的ECOTOX數(shù)據(jù)庫[21]以及相關(guān)文獻(xiàn)[22-23]，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 14種OPs對藻類的半數(shù)效應(yīng)濃度（EC50）、對甲殼類和魚類的半數(shù)致死濃度（LC50）以及預(yù)測無效應(yīng)濃度（PNEC）Table 1 Half effective concentration（EC50）for algae and crustaceans as well as half lethal concentration（LC50）for fish，and predicted no effect concentration（PNEC）values for 14 organophosphorus pesticides

2 結(jié)果與討論

2.1 有機(jī)磷農(nóng)藥在濕地湖泊水和溝渠水中的殘留特征

14 種OPs 在濕地湖泊水和農(nóng)田溝渠水中殘留狀況如表2 所示。在會仙濕地水體中共檢出14 種OPs，其中濕地湖泊水中檢出12 種，農(nóng)田溝渠水中檢出13種。兩種水體中均未檢出樂果和滅線磷，濕地湖泊水中未檢出殺撲磷和馬拉硫磷，農(nóng)田溝渠水中未檢出久效磷。

表2 會仙濕地不同水體中OPs的殘留狀況Table 2 OPs residues in different water bodies of Huixian wetland

濕地湖泊水中OPs總檢出濃度為nd~182.590 ng·L-1，平均濃度為11.633 ng·L-1。其中氧樂果、敵百蟲、辛硫磷和三唑磷檢出濃度較高，分別為2.326、1.599、3.282 ng·L-1和1.661 ng·L-1，它們占總平均殘留濃度的75%以上。檢出率最高的是毒死蜱，為55.5%；其次是對硫磷和三唑磷，分別為48.1%和46.3%；再次是甲胺磷和敵百蟲，分別為42.6%和40.7%；其余OPs檢出率均低于25.0%。在農(nóng)田溝渠水中OPs 檢出濃度為 nd~146.636 ng·L-1，平均濃度為 16.813 ng·L-1。溝渠水樣與濕地湖泊水檢出結(jié)果相似，氧樂果、敵百蟲和對硫磷為主要OPs 污染物，占總平均檢出濃度的80%以上。其中檢出率最高的是對硫磷，44.5%，其次是敵百蟲，44.4%，其余各種OPs 均低于40.0%。各OPs 檢出濃度呈現(xiàn)顯著差異，一方面可能與其施用量和施用頻率有關(guān)，氧樂果、敵百蟲和毒死蜱對稻螟蟲、螨、蚜等病蟲害有良好的防治效果，且價(jià)格低廉，常被使用在水稻的病蟲害防治中，而久效磷、滅線磷等因高毒性而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被限制，使用量減少。另一方面可能與其物理化學(xué)特性有關(guān)，氧樂果、甲胺磷、敵百蟲有較高的水溶性，易于從土壤向水體遷移，因而在各類水體中均有較高的檢出濃度，而敵敵畏、滅線磷、氯唑磷的蒸汽壓高，易于從水體或土壤向大氣中揮發(fā)，因而總體檢出率偏低。

總體而言，與我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中的閾值相比，本研究區(qū)內(nèi)OPs 的殘留水平均低于限值（馬拉硫磷<0.05 mg·L-1、樂果<0.08 mg·L-1、敵敵畏<0.05 mg·L-1、敵百蟲<0.05 mg·L-1）。但該標(biāo)準(zhǔn)僅考慮單一物質(zhì)毒性，并未涉及混合污染物低劑量濃度下的相互作用。張亞旦等[24]對《生活飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）中14 種限制檢出物進(jìn)行多元毒性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)盡管所有目標(biāo)物的濃度均低于國家標(biāo)準(zhǔn)，但共存時的聯(lián)合毒性仍十分顯著。這與曾莎莎等[23]的研究結(jié)果相似，低濃度下多種OPs 對水生生物多呈現(xiàn)為加和作用。另外有關(guān)研究表明，長期暴露于低劑量OPs環(huán)境中或長時間通過食物鏈攝入低劑量的OPs，不僅會使OPs在人體中富集，造成慢性中毒，而且會有致癌致突變的風(fēng)險(xiǎn)[25-26]。因此，會仙濕地中所檢出的14 種OPs 殘留水平雖未超出國家規(guī)定限值，但仍不能排除其混合物對環(huán)境造成的潛在污染風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 有機(jī)磷農(nóng)藥在濕地湖泊水和溝渠水中的時空分布

研究區(qū)域內(nèi)各采樣點(diǎn)OPs季節(jié)性變化特征如圖2所示。不同水期下OPs殘留濃度存在顯著差異，濕地湖泊水與農(nóng)田溝渠水均表現(xiàn)為豐水期＞枯水期＞平水期。對于農(nóng)田溝渠水，其原因一方面可能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動周期密切相關(guān)，在傳統(tǒng)農(nóng)耕中，8 月多為農(nóng)藥施用季，農(nóng)藥的施用量和種類均明顯增加；10 月為晚稻的收獲季，農(nóng)藥的施用量顯著減少；而1 月雖然為水稻休耕期，但村民一般會在農(nóng)田中小規(guī)模種植蔬菜、玉米等短期作物，相較于10 月的平水期OPs 的施用量有所增加，使得枯水期OPs 殘留濃度高于平水期。另一方面可能由于豐水期降雨量大，殘留于農(nóng)田土壤中的OPs易隨地表徑流進(jìn)入溝渠和濕地湖泊中，而平水期和枯水期降雨稀少，難以在農(nóng)田土壤表面形成有效徑流，加之此時農(nóng)田排灌強(qiáng)度低，吸附于農(nóng)田土壤中的OPs 不易被沖刷至溝渠中。對于濕地湖泊水，豐水期高強(qiáng)度降雨致使周邊農(nóng)田溝渠水向濕地內(nèi)部匯集，導(dǎo)致該時期OPs殘留水平偏高；而枯水期和平水期濕地內(nèi)部水體流速緩慢，加上OPs本身易降解的特性，這些均為OPs沉降于沉積物中或直接被生物降解創(chuàng)造了有利條件；而枯水期與平水期相比，由于短期作物的灌溉，濕地湖泊水和溝渠水被反復(fù)擾動，吸附于沉積物中的OPs被重新釋放到水體中，與此同時枯水期中水體的蒸發(fā)量遠(yuǎn)高于補(bǔ)充量，OPs被進(jìn)一步濃縮，最終導(dǎo)致枯水期的OPs殘留水平高于平水期。

研究區(qū)域內(nèi)水體OPs空間分布如圖3所示。對于濕地湖泊水，OPs殘留水平分布特征呈現(xiàn)沿水流方向減少的趨勢。采樣點(diǎn)S17的辛硫磷殘留濃度異常，推測其原因可能是在采樣期間，當(dāng)?shù)卮迕穹鬯榍謇砗拥乐兴J，導(dǎo)致植物體內(nèi)富集的OPs向水體中釋放[27]。S12位于兩河交匯處下游，同時接納了上游來水和會仙河來水的農(nóng)藥殘留，致使?jié)舛葰埩舾哂谏嫌?。S1~S9位于濕地內(nèi)部，水體流動緩慢、水網(wǎng)細(xì)密，這為水生植物根系吸收、沉積物吸附以及微生物的降解提供了有利條件。而S14~S18 位于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)和村落附近，農(nóng)業(yè)活動頻繁，大量生活污水和農(nóng)業(yè)排水的輸入，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)OPs殘留濃度相對較高。對于農(nóng)田溝渠，D2、D3周邊為大面積稻田，溝渠間相互貫通，村民多于此清洗農(nóng)具或稀釋農(nóng)藥，因此該區(qū)域內(nèi)檢出OPs種類較多。D6為一條封閉溝渠，流量小，缺乏有效的遷入源，因此該點(diǎn)OPs殘留濃度最低。D1、D2、D3與D4、D5、D6分別為兩塊不同的水稻種植區(qū)，其中D1、D2、D3采樣點(diǎn)以甲胺磷、三唑磷、氯唑磷以及毒死蜱殘留為主，而D4、D5、D6采樣點(diǎn)以敵敵畏、氧樂果和敵百蟲殘留為主，分別占所在區(qū)域內(nèi)總殘留濃度的74.5%和94.8%，這說明OPs殘留特征可能與其施用習(xí)慣有關(guān)。

2.3 水體中有機(jī)磷農(nóng)藥的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估

根據(jù)RQs值計(jì)算公式，各采樣點(diǎn)不同水期下OPs混合物的RQs值詳見圖4。在全部72 個水樣中，存在高風(fēng)險(xiǎn)的水樣有20 個，占總水樣的27.8%，其中豐水期和平水期各9 個、枯水期2 個；中等風(fēng)險(xiǎn)的水樣有32 個，占總水樣的44.4%，其中豐水期有9 個、平水期9 個、枯水期14 個。與OPs 殘留濃度季節(jié)性變化不同，平水期中處于高風(fēng)險(xiǎn)的點(diǎn)位顯著多于枯水期，其可能原因是雖然平水期各樣點(diǎn)中總OPs 檢出濃度低于枯水期，但生態(tài)毒性較大的組分（如敵敵畏、毒死蜱和辛硫磷等）所占比例較高，而枯水期雖然總OPs 濃度高于平水期，但各樣點(diǎn)中生態(tài)毒性較大的組分所占比例較低。在18 個農(nóng)田溝渠水樣中，處于高風(fēng)險(xiǎn)的水樣高達(dá)7 個，高風(fēng)險(xiǎn)率近40%，而在濕地湖泊水中高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位也多集中在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)和村落聚集區(qū)附近，這說明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動是造成會仙巖溶濕地OPs污染的主要原因。

總體而言，研究區(qū)域兩種水體OPs存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)多集中在豐水期和平水期中農(nóng)業(yè)活動頻繁的區(qū)域內(nèi)，濕地內(nèi)部雖然多表現(xiàn)為中等風(fēng)險(xiǎn)或低風(fēng)險(xiǎn)，但較多點(diǎn)位接近高風(fēng)險(xiǎn)，因此對于濕地內(nèi)部OPs的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)仍不能忽視。由此可見，會仙濕地研究區(qū)域內(nèi)OPs混合物存在一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。針對此現(xiàn)象提出治理措施：第一，可在區(qū)域內(nèi)推行稻-鴨-油種養(yǎng)模式，減少農(nóng)藥施用量；優(yōu)化水肥管理，以減少病蟲害的發(fā)生。第二，大力推廣低毒、高效、低殘留農(nóng)藥，提高農(nóng)藥利用率，積極開展病蟲害抗藥性檢測工作。第三，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人員，定期深入一線開展農(nóng)民培訓(xùn)工作。

3 結(jié)論

（1）會仙濕地研究區(qū)域中共有14 種OPs 被不同程度地檢出。濕地湖泊水檢出濃度范圍為nd~182.590 ng·L-1，總平均濃度為 11.633 ng·L-1，其中辛硫磷的殘留濃度最高，毒死蜱的檢出率最高；農(nóng)田溝渠水中檢出濃度范圍為nd~146.636 ng·L-1，總平均濃度為16.813 ng·L-1，其中氧樂果的殘留濃度最高，對硫磷的檢出率最高。

（2）水體OPs 殘留具有明顯的季節(jié)性變化，表現(xiàn)為豐水期>枯水期>平水期。研究區(qū)域內(nèi)，OPs空間分布呈現(xiàn)為沿水流方向減少的趨勢，靠近農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)和村落聚集區(qū)的水體OPs殘留濃度明顯高于其他區(qū)域。

（3）72個水樣中有20個水樣處于高風(fēng)險(xiǎn)，占總水樣的27.8%，有32 個水樣處于中等風(fēng)險(xiǎn)，占總水樣的44.4%。高風(fēng)險(xiǎn)水樣多位于豐水期和平水期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)頻繁區(qū)域。