文献分享 | J HAZARD MATER：稻菜轮作模式下微流域新烟碱农药多介质归趋、影响因素、传输及生态风险

新烟碱农药在环境中的污染已引起了全球关注。然而，在特定典型种植情景下的多介质污染情况及相关风险数据仍较少。本文对我国热带地区稻菜轮作地新烟碱农药的残留、时空分布、驱动因素、传输和生态风险进行了研究，识别了重点污染的新烟碱农药种类，热点区域、时期及种植模式，并使用线性自回归模型（AMLR）揭示了新烟碱农药浓度分布与其集体因素（如农业实践和气候条件）和个体因素（如环境介质自身性质）的相关性，为我国热带农业情景下新烟碱农药的风险防控提供了重要参考。

Fig. 1. The locations of the sampling sites (plants, soils, water, and sediments) with rice-vegetable rotation fields in Chengmai Country, Hainan, China (S1–S9: northern area; S10–S21: central area; S22–S28: southern area). 

图1 采样位置与点位分布

1. 几乎所有的样品中新烟碱农药浓度总和都偏高（以吡虫啉和啶虫脒为主），可能是新烟碱农药种子包衣和叶面喷雾的施药方式，与冬季大比例种植蔬菜的种植模式引起的；相比我国其他地区，海南热带地区稻菜轮作模式下环境多介质中新烟碱农药的污染程度较高。

2. 从时间尺度上看，新烟碱农药的污染热点集中于1-4月，这可能是由于在冬季种植蔬菜和春季早稻种植时期施药强度较大，此外，由于蔬菜比水稻更易遭受虫害，种植蔬菜时期会施用更多的农药。从空间上，新烟碱农药的污染热区集中在中部地区，这些地区由于灌溉条件较好，因此也是集约化农业最发达的地区。

Fig. 2. The main NEO and Σ ₈ NEOs concentrations in the soil, plant, surface water, and sediment samples collected during the four sampling periods, rice and vegetable planting periods, and the wet and dry seasons. The letters a–d represent soil, plant, water, and sediment samples, respectively, and the numbers 1–4 represent IMI, ACE, THM, and Σ ₈ NEOs, respectively. 

图2 各种新烟碱农药在不同环境介质、不同时期下的浓度分布

3. 由于环境介质间的紧密联系和新烟碱农药成分种类的高度一致，不管在雨季还是旱季，新烟碱农药在环境介质之间(或内部)的传输行为都是相似的；但由于冬季降水少且人工灌溉行为不规律，随着水分运动的部分农药传输通量存在着不可忽略的差异。

Fig. 3. Chord diagram of significant Spearman correlation pairs (p < 0.05) of individual concentrations or Σ ₈ NEOs (a and b) between different media and their concise NEO transport pathways (c and d) during the rainy and dry seasons, respectively. 

图3 雨季和旱季下新烟碱农药在不同介质中的传输通量Spearman显著相关性配对图

4. 部分集体因素（如农业实践和气候条件）和个体因素（如环境介质自身性质）共同解释了热带稻菜轮作农田的新烟碱农药污染。

Fig. 4. Influences of co-factors (1) pesticides used, (2) crop type, (3) climate (rainy or dry season), and (4−6) differential media factors on the occurrence of Σ ₈ NEOs in the different environmental media obtained using the automatic linear regression model. The letters a, b, c, and d represent the soil, plant, water, and sediment samples, respectively. 

图4 新烟碱农药环境多介质浓度与共同因素（如农业实践和气候条件）和个体因素的相关性分布

5. 水体和沉积物是风险更高的环境介质，这与以往大多数研究结果一致；由于毒性差异，浓度水平更高的啶虫脒却并不是主导生态风险的农药种类，而是吡虫啉、噻虫嗪、噻虫胺；研究区的种植面积比例与农药生态风险之间存在很强的相关性；在特定场景下，制定农药总量的控制目标对于缓解农药生态风险具有关键作用。

Fig. 5. Risk distribution of NEOs (eight NEOs, equivalent doses to IMI) in rice-vegetable rotation systems. (a) Risk in individual environmental components (soils, plants, water, and sediments). The integrated risks in the four environmental components (b) during the different sampling periods (January, April, July, and October) and in different areas (northern region, central region, and southern region), and (c) during different climatic periods (dry season and rainy season), for different planting crop types (rice and vegetables) and for multiple cropping (2−3) during the rotation period. The red part of the pie chart indicates the percentage with a risk value of > 1.

图5 稻菜轮作下新烟碱农药的生态风险分布

新烟碱农药由于其近年来的广泛应用和对非靶向生物较高的生态毒性，成为了重点关注对象。其环境归趋与农业实践有着密切的联系，而我国具有十分多样的种植模式，地域差异极大，因此新烟碱农药污染特征则更为复杂。本文探究了热带地区特定种植模式（稻菜轮作）下新烟碱农药的污染规律及影响因素，这对于推广到更大尺度区域的新烟碱农药归趋研究，以及农药总量控制目标下特定地区的种植模式优化具有重要指导意义。

   文章信息

Huadong Tan, Chuanmi Wang, Sipu Zhu, Yuefu Liang, Xiaoyu He, Yi Li, Chunyuan Wu, Qinfen Li, Yanmei Cui, Xiao Deng, Neonicotinoids in draining micro-watersheds dominated by rice-vegetable rotations in tropical China: Multimedia occurrence, influencing factors, transport, and associated ecological risks, Journal of Hazardous Materials, 2023(446): 130716.

   DOI:

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130716

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颜小曼 | 供稿

   林永强 | 编辑

      陈磊 | 审核