农业面源有毒有机污染物现状与防治对策

环境污染与防治网络版第6期2008年6月1农业面源有毒有机污染物现状与防治对策吴星卫1单正军#（环境保护部南京环境科学研究所，环境保护部农药环境评价与污染控制重点实验室，江苏南京210042）摘要农业生产中产生的有毒有机污染物已成为农业面源污染的主要贡献源之一。概述了农业生产中使用的农药、兽药和饲料添加剂、农用地膜对水环境的污染情况，分析了农业有毒有机污染物对水环境的污染途径与机制。介绍了农业有毒有机污染物的监测方法，以及指示生物在水环境有机污染中的防治作用，并提出了防治水环境有毒有机污染的对策与建议。关键词有毒有机污染物现状监测对策Currentsituationandcountermeasuresforcontrolandpreventionofagriculturaltoxicandorganicmultiplearea-pollutioninwaterenvironmentWuXingwei，ShanZhengjun.(NanjingInstituteofEnvironmentalScience，TheKeyLaboratoryofPesticideEnvironmentAssessmentandPollutionControl，SEPA，NanjingJiangsu210042)Abstract：Toxicandorganicpollutantsfromagricultureproductionhavebeenoneofthemostimportantsourcesforthemultiplearea-pollutioninagriculture.Thecontaminativesituations,whicharecausedbypesticides,veterinarypharmaceuticals,feedadditivesandfarmfilm,weresummarized.Thecontaminativewaysandmechanismwerealsoanalyzed.Themonitoringobservationmeasuresandbio-indicatorsforpreventionoftoxicandorganicpollutioninwaterenvironmentwereintroduced.Countermeasuresandsuggestionsforhowtopreventionandcuretoxicandorganicpollutioninwaterenvironmentwerealsoproposed.Keywords：toxicandorganiccontaminants；currentsituation；monitoring；countermeasure水体环境污染源按照排放方式可分为点污染源和非点污染源(或称面污染源)两种。20世纪90年代以前，人们一直认为点源是造成水污染的主要原因，对环境污染的控制主要集中在工业点源上，而没有认识到面源污染的严重性，特别是对农业面源污染一直没有得到重视。但是，在点源污染取得显著成效的同时，水体环境并未得到显著的好转，这是因为还有大部分水体受到面源污染的影响[1]。目前，水环境面源污染的严重性已受到国内外普遍的关注[2，3]。其中对水生生态系统危害最大、程度最重的首推农业面源污染源。据美国1990年的调查评估报告称[4]，美国面源污染约占总污染量的2/3，其中农业面源污染占面源污染总量的68%～83%，影响到50%～70%受污染或威胁的地面水体。曹秀玲[5]的研究表明，农业面源污染近年来已上升为“三湖”(位于云南省玉溪市3个高原湖泊抚仙湖、星云湖和杞麓湖)水污染的重要因素。2004年在北京闭幕的中国环境与发展国际合作委员会（国合会）年度会议上，多位中外著名专家、学者强烈呼吁，过量施用化肥和农药导致的农村面源污染，已成为中国水环境污染的“元凶”[6，7]。在化肥、农药受到重视的同时，我们还应该密切注意其他有毒有机污染物对水环境造成的污染，如农用地膜、兽药、饲料添加剂等。笔者从太湖、长江、海洋等水体的污染现状出发，对农业面源污染产生的有毒有机污染对水环境产生的危害、监测与防治进行了简1第一作者：吴星卫，男，1984年生，硕士研究生，主要从事农药环境化学行为。环境污染与防治网络版第6期2008年6月2要综述。1水体中农业有毒有机污染物的污染途径与特性1.1水体中农业有毒有机污染物的污染途径分析在农业有毒有机物污染的诸多因素中，农药、兽药、饲料添加剂、废旧农膜、畜禽粪便和养殖废水等都是造成水环境污染的重要因子，对水生生态系统造成了严重破坏，也威胁到了人类的健康。1.1.1农药、兽药、饲料添加剂对水体的污染农药使用水平不高，品种搭配不合理，由于过度追求高产而大量使用农药尤其是高毒农药使用的残留，通过各种渠道回流到水体中，引起水质污染[8]。与此同时，兽药和饲料添加剂的过量、不合理使用的问题突出。兽药、饲料添加剂除了会在肉质中残留外，大部分会随着粪便、养殖废水进入水环境，由于食物链的富集、放大作用进入人体，产生一定的毒性反应和过敏反应，有的甚至起到致畸、致癌作用，危害人体健康。1.1.2残留废旧农膜对水体的污染农用塑料薄膜主要有用作地膜的聚乙烯膜和用于温室或塑料大棚的聚氯乙烯膜，在自然条件下极难降解，在土壤中可存在200～400年[9]。目前，我国的农用地膜的残留量相当严重，每年残存于土壤中的农膜占总量的10%，截止1998年累积残存量已在1Mt以上[10]。残积于土壤中的农膜除了对土壤本身造成严重污染外，部分残膜最终会随着地表径流进入水体，从而对水生生态环境构成严重威胁。1.2水体中农业有毒有机污染物的特性农业有毒有机污染物对水环境的污染起因于土壤的扰动而引起农田中的土粒、农药、残留农膜及其他有机污染物质，在降雨或灌溉过程中，借助农田地表径流、农田排水和地下渗漏等途径而大量的进入水体，或因畜禽养殖业的任意排污直接造成水体污染。其特性[11]表现如下：1.2.1分散性和隐蔽性农业有毒有机污染物对水环境的污染主要是以面源污染的形式进行的，与点源污染的集中性相反，面源污染具有分散性的特征，它随流域内土地利用状况、水文特征、地形地貌、气候等条件的不同，具有空间异质性和时间上的不均匀性。排放的分散性和不确定性易导致其地理边界和时空特性的不易识别。1.2.2随机性和不确定性农业有毒有机污染物对水环境的污染涉及随机变量的影响。区分进入污染系统中的不环境污染与防治网络版第6期2008年6月3确定性和随机变量对面源污染影响的研究分析是十分重要的。如农作物的生产会受到天气、水文条件等自然因素的影响，由于降雨量、温度、湿度等因素变化，会直接影响化学制品（农药、饲料添加剂、兽药等）对水体的污染情况。1.2.3广泛性和不易监测性由于有毒有机污染物对水环境的污染涉及多个污染群体，在同一个污染区域的排放具有交叉性，再加上不同的地理、气象、水文条件对污染物的迁移转化影响很大。近年来，遥感（RS）、地理信息系统（GIS）在非点源污染的模型化描述和模拟方面运用较多，为其监控、预测和检验提供了有力的数据支持。2主要农业有毒有机污染物对水环境的污染现状2.1水体中农药的污染现状2.1.1水体中有机磷农药的污染现状有机磷农药是人类最早合成而且仍在国内外农业生产中广泛使用的高效杀虫剂和植物生长调节剂。一般认为，其稳定性较低（半衰期大多数为几天到几十天），远不如有机氯农药在生物体内残留严重[12]。然而MACDONALD等[13]对有机污染物在北极附近出现的来源、归宿以及输送的途径研究时，报道了在北极附近测得有机氯农药、多氯联苯以及有机磷农药，特别是有机磷农药的检出，打破了有机磷被传统认为“易降解”的新生代农药的概念。甚至认为，当有机磷农药在一定条件下随着在地球表面的再分配到达高纬度地区(南北极)时，也将成为“新”一类的持久性有机污染物POPs(包括多氯联苯、有机氯农药以及多环芳烃等)[14]。其中甲胺磷、乐果、敌敌畏、久效磷等农药对河口的生态环境安全已经构成一定的威胁[15]。首先，有机磷农药能抑制水生植物的生长和繁殖。对受乐果污染的印度莎母匹特湖初级生产力进行调查的结果表明，自养生物受高浓度的乐果污染后，光合作用受到抑制，湖泊总生产量及净生产量下降，含氧量也随之降低[16]。唐学玺等同样发现，高浓度的久效磷对微藻细胞有严重的破坏作用，使叶绿素a和类胡萝卜素降解，引起光合色素含量降低。其原因可能是植物细胞在有机磷污染胁迫下，超氧化歧酶和过氧化酶活性降低，降低了细胞对活性氧的清除能力，从而导致细胞膜结构的破坏和功能的丧失[17]。其次，有机磷农药常用于防治寄生虫病，在病虫害得到抑制的同时，鱼、虾等水生动物本身也受到了有机磷农药的毒害作用。主要表现为对胚胎发育和繁殖的影响，以及对内脏器官的损害。有机磷农药能引起孵化率下降，对胚胎有致畸作用，可以导致幼体体型弯曲，身体瘦弱，行为反常等。WONG等[18]发现大型蚤在0.01mg/L的马拉硫磷中存活率下降，寿命缩短，幼体数量大大减少。有机磷农药也可抑制内分泌正常分泌水平，导致内分泌功能失调，影响性腺发育和分泌，使鱼类卵径减小，卵黄含量降低，导致实际繁殖力降低[19]。环境污染与防治网络版第6期2008年6月4当有机磷农药被摄入后，对肝脏、胰脏、鳃、肠、肌肉等实质性脏器存在毒性效应。汝少国等[20，21]详尽研究了受久效磷影响的对虾内脏器官亚细胞的基本变化：细胞内质网严重水肿、扩张、囊泡化；高尔基膜囊水肿、扩张，高尔基小泡扩张，严重者破裂；线粒体内嵴局部瓦解；粘蛋白原和酶原颗粒明显增加；与久效磷对对虾的肝胰脏、肌肉的中毒症状相比，以中肠的中毒稍重。2.1.2水体中有机氯农药（OCPs）的污染现状有机氯农药在防治有害病虫、减少农业损失、防止疾病的传播和降低劳动强度等方面起了巨大的作用，但是长期使用农药后造成的环境问题，特别是水污染已经引起广泛关注。研究表明，全球许多海水水域都受到了OCPs类POPs的污染。IWATA等[22]测定了许多海洋表层水中DDT和氯丹的含量，在所调查的区域内，DDT含量最高的是印度洋；在阿拉伯海沿岸、中美洲和加勒比海地区，检测到的DDT含量也较高，并且热带发展中国家检测到的含量要明显高于发达国家[23]。由此可见，这些地区可能仍然在使用DDT。此外，在北极等偏远地区虽然未曾使用过OCPs，但是由于POPs具有远距离迁移的特性，因此，在偏远地区海水水域也能检测到POPs的存在。除了在海洋中检测到OCPs的广泛分布外，在全球范围内的淡水体系中也发现了OCPs的踪迹。联合国环境规划署（UNEP）在全球十二个淡水体系的有关持久性有毒化学品的区域评价结果表明，淡水体系中OCPs浓度一般较低；OCPs检测浓度最高的通常是发展中国家的淡水体系或发达国家的农药生产的泄漏处[24-26]。这主要是因为部分发展中国家至今仍在生产和使用DDT等有机氯类农药，从而导致淡水体系的污染程度较为严重。但是总体而言，自从OCPs禁用以来，即便是20世纪70到80年代污染严重的地区，淡水体系中OCPs的污染也得到了很好的抑制，并且呈逐年下降的趋势。与国外部分水体中OCPs残留的调查相比，我国的科研人员对国内水体中农药残留情况也进行了大量调查。在淡水水体的调查中，辽河中下游水体中OCPs在水和沉积物中都有检出，其质量浓度分别为7.59～34.98、0.45～7.26ng/g，较白洋淀和海河河口水体中残留量偏低[27]。相比较而言，对长江下游南京段水、悬浮物及沉积物中多氯有毒有机污染物分析测定的结果有所不同，水和沉积物中多氯有机污染物的浓度较低，悬浮物中的污染物浓度含量较高，污染物主要是六氯苯和DDT及它们的代谢产物。但水、沉积物和悬浮物中多氯有机污染物的含量都低于欧洲主要河流中的平均含量[28]。我国科学家对沿海海域中有机氯农药的含量也进行了调查。丘耀文等[29]对大亚湾海域的检测中检测到有机氯农药的存在，在采集的大亚湾次表层水悬浮颗粒物和表层沉积物