中国农药从农田到河流的迁移及其水生生态风险评估

　　本研究针对中国农药广泛使用导致的水生生态风险问题，通过构建全国空间显式农药输入数据集，系统评估了133种农药活性成分（AIs）在河流中的浓度分布及生态风险。研究发现0.04%的施用农药通过径流进入河流，57%的流域存在水生风险，其中5%和13%的河流分别呈现极高和高风险。研究首次绘制了全国农药水生风险地图，揭示硫丹（endosulfan）和甲拌磷（phorate）是主要风险贡献者，为精准农药监管和风险防控提供了科学依据。

　　

随着农业集约化发展，农药在保障粮食安全的同时，也对水生生态系统构成严重威胁。中国作为全球主要农药使用国，每年施用约180万吨农药，这些化学物质通过地表径流进入河流，可能对水生生物产生致死或亚致死效应，甚至影响饮用水安全。尽管已有研究对主要流域进行过农药监测，但缺乏全国尺度的系统性风险评估，不同研究方法得出的农药径流通量存在数量级差异，导致监管措施缺乏精准科学依据。

为破解这一难题，研究人员首次整合全国范围的空间显式农药输入数据，采用计算农药输入（CPI）模型和简化间接负荷公式（SFIL）模型，对133种常用农药活性成分的径流迁移规律和河流浓度进行预测，并基于农药使用风险评估（PURE）决策支持系统进行生态风险分级。该研究创新性地建立了从农药施用、环境迁移到生态效应的完整评估链条，相关成果发表于环境领域权威期刊《Environment International》。

研究团队通过多目标优化方法生成5弧分分辨率的农药输入数据集，覆盖12种作物系统的133种农药活性成分。数据来源于2012-2024年对全国1000多个受访者的实地调查，确保代表性和准确性。采用SFIL模型结合降水、土壤性质和地形数据计算农药径流通量，并通过风险商（RQ）和风险点（RP）评估生态风险，其中预测无效应浓度（PNEC）根据无观察效应浓度（NOEC）和评估因子（AF）确定。

4.1. 中国农药输入的空间分布格局

研究显示全国农药输入总量为1.80Tg，与官方统计一致。农药集中施用长江中下游流域（MLY）和华北平原（NCP），占全国总量的50%以上。杀虫剂是使用最多的农药类型，水稻、玉米和蔬菜田的农药输入占总量的三分之二以上，其中水稻占比高达42%。

4.2. 农药径流与河流浓度

全国每年通过径流进入河流的农药总量为631吨，占施用量的0.04%。与输入格局不同，径流热点主要分布在南方流域，长江上游和珠江流域贡献了全国三分之二的径流通量。除草剂和杀虫剂各占径流农药的47%，阿特拉津（atrazine）和吡嘧磺隆（pyrazosulfuron-ethyl）是最主要的径流成分。预测浓度与全国水质监测网络（NWQMN）实测数据吻合良好。

4.3. 中国农药的水生风险

57%的流域存在水生风险，其中5%和13%的河流分别处于极高和高风险等级。高风险河流主要分布在黄河上游、珠江西北三角洲和闽南河流。杀虫剂是主要风险贡献者，硫丹和甲拌磷虽然仅占全国输入质量的1.7%，却贡献了超过82%的水生风险。

研究结论表明，中国面临严峻的农药水生生态风险，亟需实施风险导向的农药管理策略。特别需要关注高风险流域的农药监管，严格限制硫丹和甲拌磷等高风险农药的使用，建立定期监测体系。研究建立的全国农药风险地图为精准监管提供了科学基础，提出的缓冲区建设、综合害虫管理等建议对降低农药水生风险具有重要意义。

尽管研究存在未考虑水文连通性、协同效应和数据简化等局限性，但这项开创性工作首次量化了全国尺度农药输入与水生生态效应的关联，为制定针对性监管政策和优先监测计划提供了关键科学依据，对保护中国主要河流系统的水生生物多样性和饮用水安全具有重要价值。