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化学农药对环境污染的影响

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《中国农业科技导报》2014年第四期

1化学农药使用对环境的污染途径和特征

1.1化学农药使用对土壤的污染化学农药使用对土壤的污染来源和途径有:①以防治地下病害为目的直接在土壤中施用的农药;②喷雾施用时滴落到土壤中的农药;③随大气沉降、灌溉或施肥等方式进入土壤中的农药。进入土壤的农药被粘土矿物或有机质吸附,其中有机质吸附的农药约占土壤总吸附量的70%~90%,成为导致土壤酸化、有机质含量下降等土壤质量恶化的重要因素。据测算,我国受化学农药污染的土壤面积高达667万hm2,占可耕地面积的6.39%,农田土壤中农药残留检出率较高,如上海地区2413个土壤样点中农药滴滴涕的检出率高达98.12%,其中176个样点的滴滴涕含量甚至超过国家土壤环境标准中的I级标准。农药进入土壤后会发生物理、化学和生化等各种反应,除了土壤有机质含量、pH、湿度、温度、光照和微生物等环境因素对农药降解有影响,农药的类型、化学结构也是影响其土壤降解的重要因素,如有机氯类杀虫剂“滴滴涕”、“六六六”等则可在土壤中残留多年,而有机磷杀虫剂“敌敌畏”、“丁烯磷”等在土壤中的半衰期则只有几天,甚至更短。不同类型农药在土壤中的降解半衰期通常为含重金属农药>有机氯类农药>取代脲类、均三氮苯和大部分磺酰脲类除草剂>拟除虫菊酯类农药>氨基甲酸酯类农药、有机磷类农药;农药的化学结构、功能团类型等对农药土壤残留半衰期的影响规律一般是-NO2(>60d)>-HSO3(16d)>-OCH3(8d)>-NH2(4d)>-COOH,-OH(1d),在苯环上带有两个取代基的农药,其降解半衰期则与取代基的种类和位置相关。

1.2化学农药使用对地表水和地下水的污染化学农药使用对地表水和地下水的污染来源和途径有:①大气中随降水进入水体的农药;②土壤残留农药随地表径流或农田排水进入地表水体;或向下淋溶进入地下水;③直接用于水体的农药,或在水体中清洗施药器械;④农药厂向水体中排放的废水。农药在水中的降解也受到环境因子(水质、水温、pH、光照和微生物等)和农药行为特性(水溶性、吸附性、水解和光解等)的综合影响。研究显示,目前我国地表水中化学农药残留状况的特征为,单一农药残留浓度较低,但残留农药品种多、检出频率高,部分水体中复合存在的残留农药已对水生生态系统产生危害。农药在地下水中的残留状况也不容忽视,河北省卢龙县地下水农药残留状况数据显示,100个地下水样品中涕灭威(及其代谢物涕灭威砜)、甲拌磷和特丁硫磷的检出率分别达到12%、11%和4%。相对地表水中的农药残留状况研究而言,我国对地下水中农药残留的数据资料较少,然而由于地下水在我国总供水量中占到两成,特别是在北方缺水地区地下水甚至占到供水量的一半以上,因此必须高度重视农药对地下水的污染控制管理,尤其是在降水丰富、地下水层较浅的地区要避免使用水溶性强,吸附性弱,降解半衰期长的农药品种。

1.3化学农药使用对农作物的污染化学农药使用对农作物的污染来源和途径有:①直接施用在农作物上的农药通过植株表皮吸收进入作物体内;②作物通过根系将残留于土壤中的农药吸收,经过体内的迁移、转化后将农药分配在整个植物体内;③作物植株通过呼吸作用吸收的大气中农药;④大棚作物使用的农药熏蒸剂,或农产品贮存时使用的保鲜喷药等。我国农作物和食品中化学农药残留问题严重,农业部曾对全国50多个蔬菜品种、1293个样品进行检测,结果显示蔬菜中农药残留合格率不到80%,甚至卫生部、农业部明文规定禁止使用的高毒农药都有相当比例的检出。

1.4化学农药使用对环境生物的污染化学农药对环境非靶标生物的污染和暴露途径有:①施药过程中,通过经口或经皮途径对非靶生物的暴露;②施药后污染非靶生物栖息地,生物通过摄取受污染的食物、饮水,或接触到受污染的空气、土壤、水;③生物将颗粒型农药误认为是粗砂或种子而食入等;④食物链的传递,难降解、生物富集性强的农药可以在不同的生物体内逐级传递、浓缩。例如某水体中小于0.02μg/L的滴滴涕经吸附作用与食物链的生物富集作用,浓度在底泥中可达390μg/L,在虎斑鱼脂肪中达到5000μg/L,而在食物链顶端生物鳄鱼的脂肪中则可高达34200μg/L,通过食物链传递,生活在该地区的野生生物都暴露在“滴滴涕”农药的危害风险之下。

2化学农药使用过程中存在的问题

2.1农药环境管理职责不清晰,监管不力1997年国务院发布《农药管理条例》,标志着我国农药管理工作进入法制化轨道,形成以“农药生产和经营中实施农药登记制度、农药生产许可证制度、农药产品质量检验合格证制度和农药经营许可证制度”为核心的“四证”制度,“四证”制度是农药管理法制化和规范化的重要标志。然而,我国农药管理偏重化学农药的生产和经营管理方面,而农药使用的安全监管则相对薄弱。《农药管理条例》第五条规定“县级以上各级人民政府其他有关部门在各自的职责范围内负责有关的农药监督管理工作”,其中“其他有关部门”在“各自的职责范围内”负责有关的农药监督管理工作,存在部门分工不明确,职责含义模糊的缺陷。条例的第二十七条“使用农药应当注意保护环境、有益生物和珍稀物种”中,既没有规定明确的监管主体和对象,也没有提出明确的保护制度和措施。农药环境监管职责不明确成为农药环境管理工作难以推动的主要根源。

2.2农药废弃物环境管理中存在盲点农药废弃物环境管理是当前我国农药环境管理中的薄弱之处。农药废弃物包括被禁止使用但仍有库存的农药、过期失效的农药、假劣农药、农药施用后剩余的残液、盛装农药容器的冲洗液、农药包装物(瓶、桶、袋)、被农药污染的外包装物或其他物品等。我国每年废弃的农药包装物约有32亿多个,包装废弃物重量超过10万t,而包装中残留的农药量占总重量的2%~5%,约占我国农药年平均使用量1%。然而农业部数据显示,抽样调查地区80%农户的随意丢弃、倾倒农药包装物和剩余农药,农药废弃物已成为环境中农药污染的主要来源。凡是生产和使用农药,就会产生农药废弃物,为此美国、加拿大、德国、比利时和巴西等发达和发展中国家分别建立了符合本国特色的农药废弃物管理模式。我国《农药管理条例》中虽然也指明了农药包装废弃物的环境危害,但规定内容笼统,没有制定具体的实施细则,加之农药销售收益与回收处置责任不对等,农药生产销售企业多未对包装物进行充分回收和利用,成为农药环境安全管理中的盲点。

2.3农药环境污染监测能力落后为使农业环境监测走向制度化、规范化和科学化,早在1991年农业部就曾建立农业环境监测报告制度、农业环境污染事故报告制度及农业环境监测年报制度,但这些制度未能在农药环境安全监管中充分发挥作用。究其原因,一是农药环境监测能力不足,基层环保机构人员水平、专业设备较低,无力开展农药环境监测工作,导致我国农药环境污染整体状况不明,很难采取针对性强的农药环境污染防治措施。二是农药环境质量标准严重不足,农药活性成分多达有700余种,我国常用的农药活性成分也超过200种,但土壤环境质量标准(GB15618-1995)、地表水环境质量标准(GB3838-2002)中分别只规定了2种和13种农药的污染值,远远不能满足农药环境监测需求。

2.4农药随意使用现象普遍我国农业生产还是以家庭为单位的小规模、分散型为主,许多农民知识水平低,缺乏科学用药知识,常常根据经验选择农药品种,随意用药的现象非常普遍。很多农民甚至包括基层农业管理人员都忽略了农药是毒性物质的属性,只把它作为重要的农业生产资料,不按规定配兑农药、任意加大用量和增加施用次数的现象十分普遍。农业部对全国21个省的23个县市1099个农户进行了抽样调查,结果显示,90%的农户选购农药时首先考虑防治效果,而不考虑农药毒性;90%农户施药时不采取安全防护措施;70%农户不知道农药超标对人体的危害;大多数农户不按照规定的农药安全间隔期施药和采收农产品。另外由于农药经营者、使用者仅承担农药购买成本、施药时的劳动成本,不承担农药使用后的环境成本、社会成本,也是导致不合理、不科学使用农药的重要原因。

2.5农药环境污染修复技术存在局限在现代农业环境中,农药的累积速率要远远高于环境介质的自净能力,为加快土壤、地下水、地表水等中的农药降解速度,消减环境中的残留农药,科研人员已开发了物理、化学、生物等不同类型的修复技术。物理修复技术包括客土法、低温热解吸法、蒸气浸提法、焚烧法等,化学修复法包括淋洗法、溶剂浸提法、脱氯法、电化学法等。物理和化学修复法能够在较短时间内有效的去除介质中的污染物,但是物理和化学修复方法却普遍存在工程量大、处理成本高,处理过程可能产生二次污染,甚至对土壤结构也有一定破坏的缺陷,因此并不适用于农药面源污染的环境治理。生物修复技术被认为是近年来最具有发展前途的面源污染治理技术,主要包括微生物修复法、植物修复法、酶修复法和堆肥修复法等。生物修复技术成本低,对土壤原有结构破坏小,不会造成环境的二次污染,适用于农药使用引起的面源污染治理。然而,生物修复技术也存在修复周期长、外界环境条件影响较大等限制因素,很多技术还处在实验室或小规模野外试验阶段,在大规模的实际应用中处理效果不稳定,仍有待深入研发。

3化学农药使用环境污染防治管理对策建议

3.1明确农药环境污染防治管理职责,加强各流程监管建议进一步明确农业、环保、工信等部门在农药的生产、经营、运输、贮存、使用和废弃物处置等不同环节中的监管职责,根据职责范围分别制定农药环境监管制度,相互衔接、充分协调,有效地落实农药监管职能。特别针对农药使用环节,尽快明确监管主体和对象,制定具体的农药使用环境安全监管实施细则和方案,对重点关注农药品种实行跟踪评估管理,将登记后可能造成环境危害的农药品种列入定期的环境监测项目,如有监测数据表明某种农药对生态环境有危害,则要对其进行再评审,一旦确定其危害即禁用或限用该农药。对于农药的生产、流通和销售等环节建立完善的产品追溯体系,对于已经禁用或限制使用的农药,严格限制其在市场中的流通。

3.2健全农药废弃物环境管理制度,实现农药废弃物统一回收处理建议建立针对农药废弃物管理的专门条例、法规,开展农药废弃物回收和处置管理制度和配套研究,通过学习其他国家的管理模式、处置技术,结合现有农药废弃物管理试点经验,制定和建立出符合实际、便于操作的农药废弃物管理实施细则和配套技术,使农药废弃物回收和处置有章可循、有法可治。在我国目前的农业生产条件下,建议由政府引导或组织,建立农药包装物回收点,通过回收补贴等方式收集农药废弃物,为工业化处置废弃物提供基本条件,解决现有农药废弃物的环境污染问题。另外,开展农药废弃物合理降解利用的相关研究,提出可用于生产的利用转化途径,逐步建立完善的农药废弃物回收利用产业链条。

3.3提升农药环境污染监测能力,开展农药环境污染状况综合评估提升农药环境污染监管能力,一是要提高基层环境监测机构人员的技术能力,改善设备条件,提升监测能力;二是开展农药环境质量标准基础研究,制定土壤、水等环境介质中不同农药污染控制阈值,为监测评估提供评判依据。同时建议农业和环保部门联合组织开展系统的、全面的农药环境污染监测计划和综合评估,由于农药自身的特性和环境条件等多方面因素,不同种类农药在不同环境中残留水平差异显著,因此取得土壤、水、空气和生物样本中农药残留的基础数据非常重要,可为确定优先控制农药品种提供科学依据。在对整体状况综合评估的基础上,针对污染严重程度,制定相适宜的治理利用方案并在相关责任部门监督下落实执行,逐步改善农业环境。

3.4推广农药科学使用技术,树立农民的环保意识建立高效的农药使用技术推广体系是防控农药环境污染的重要措施。通过借鉴他国先进经验,结合我国实际情况,建立由农业管理部门、农业协会、科研院所等共同参与的农药使用技术推广平台,可由农业管理部门制定农药使用技术推广规划和项目,农业协会负责推广项目的具体组织和实施工作,科研院所则承担推广项目的技术研发和示范,形成优势互补的良好农药使用技术推广体系。通过有序的组织体系,利用基础教育、技术示范、专家入户等多种方式,推广新方法、新技术、新产品,不仅要提高农药使用者的技术水平,更要树立其科学、环保的用药意识,从终端用户防控农药滥用。同时还可以运用市场供求的杠杆功能,加强对农产品农药残留的检测和监管,增加农民使用高毒或高残留农药的成本及风险,使农民被动的合理使用低毒低残留农药,保障农产品质量安全。

3.5加大农药环境面源污染修复技术开发农药环境面源污染具有农药污染物复杂、覆盖面积大、修复工程量大的特点,针对农药面源污染特点,开发适合于原位、快速、高效,不易产生二次污染的修复技术是保障农业清洁生产和食品安全的基本前提。根据修复地点,生物修复技术分为原位修复和离位修复两大类型,原位修复是在污染场地直接开展的污染治理技术,主要包括微生物降解、植物富集或降解、生物通风等;离位修复是将污染土壤转移后,在生物反应器、修复滤塔中进行处理,以上技术都具有较好的应用前景。值得注意的是,由于农药种类、品种不同,特定的生物只能修复特定的农药,同时修复环境的营养物质、温度、湿度和pH等都影响生物活性的发挥,各种生物修复技术也都有其局限性或适用范围。研究人员应根据修复场地的环境、生态和用途等各方面因素,综合应用各类技术方法,突破单项修复技术的应用瓶颈,开发建立农药环境污染综合治理技术,实现农药污染环境的高效、安全治理。生物修复技术的开发是环境化学、生物学、毒理学等学科的综合应用,随着化学、分子生物学等基础学科理论和技术的发展,也必将促进生物修复技术的蓬勃发展。

4结语

化学农药作为一种特殊的商品,是人类有意投放到环境中的毒性物质,但也是重要的农业生产资料,为了保证粮食安全,我国农药的使用量将在今后相当长的时期内都保持较高水平。农药的科学合理使用是防治环境污染,控制生态危害发生的关键核心,要完成这个核心任务就必须要农药管理者、研究者、使用者和销售者等的共同努力、共同推动,从管理制度、技术研发、教育培训和污染修复等各个方面完善农药环境管理体系和技术服务机制,实现农药的科学合理使用,最终实现增产保质、环境保护、生态平衡的和谐发展目标。

作者:卜元卿孔源智勇王金燕单正军单位:环境保护部南京环境科学研究所国家环境保护农药环境评价与污染控制重点实验室环境保护部自然生态保护司南京信息工程大学环境科学与工程学院南京师范大学生命科学学院

中国农业科技导报责任编辑:田老师    阅读:人次