陳 猛,朱 娟,洪家俊,劉興強(qiáng),袁東星
(1.廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院,福建廈門361102;2.廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,福建漳州363000)
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飲用水源中農(nóng)藥和獸藥復(fù)合污染的研究進(jìn)展
陳猛1*,朱娟1,2,洪家俊1,劉興強(qiáng)2,袁東星1
(1.廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院,福建廈門361102;2.廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,福建漳州363000)
農(nóng)藥和獸藥在保障農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量中發(fā)揮著重要作用,但是隨著其種類和用量的不斷增加,已經(jīng)引發(fā)了水環(huán)境污染、生態(tài)系統(tǒng)破壞等一系列問題,尤其對飲用水源造成直接威脅.從我國農(nóng)藥和獸藥的產(chǎn)量和使用情況、世界各地部分飲用水源中農(nóng)藥和獸藥的復(fù)合污染研究及風(fēng)險評價方法3個方面,對近年來飲用水源中農(nóng)藥和獸藥復(fù)合污染的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述.
農(nóng)藥;獸藥;復(fù)合污染;飲用水源;風(fēng)險評價
農(nóng)藥和獸藥作為農(nóng)產(chǎn)品種植和養(yǎng)殖中大量使用的有機(jī)化學(xué)品,在保障農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的同時也帶來了環(huán)境污染和農(nóng)產(chǎn)品安全問題.作為世界農(nóng)藥使用大國,我國每年農(nóng)藥噴施面積達(dá)1.67 億hm2[1],而在農(nóng)藥施用過程中,只有25%~50%的農(nóng)藥作用于作物上,其中僅1%的農(nóng)藥有效作用于標(biāo)靶害蟲上[2-3].獸藥除了直接用于動物疾病的預(yù)防和治療外,還用于畜禽養(yǎng)殖業(yè),以亞治療劑量添加于動物飼料中,達(dá)到增產(chǎn)的目的[4].我國每年約生產(chǎn)21萬t抗生素,其中用于畜牧業(yè)的抗生素占總產(chǎn)量的48%[5].近年來,關(guān)于農(nóng)藥和獸藥的研究甚多,圖1和2分別展示了農(nóng)藥和獸藥進(jìn)入水環(huán)境的途徑和歸宿.水環(huán)境中農(nóng)藥和獸藥的研究主要集中于兩個領(lǐng)域:1) 地表水中農(nóng)藥和獸藥的殘留情況和污染情況[8-10],2) 其對人體健康及生態(tài)系統(tǒng)的毒性效應(yīng)[11-15].
我國城市飲用水源在選址時通常會盡量避免工業(yè)污染,但往往忽略了農(nóng)業(yè)源污染物尤其是農(nóng)用有機(jī)污染物對水質(zhì)的影響.盡管受污染水源進(jìn)入給水系統(tǒng)的相關(guān)研究逐漸增加,但主要集中在少數(shù)幾種有機(jī)污染物的調(diào)查及部分深度處理技術(shù)方面,缺乏對我國飲用水源中農(nóng)藥和獸藥復(fù)合污染狀況、風(fēng)險評價及現(xiàn)有水處理工藝對有機(jī)復(fù)合污染的削減效率和機(jī)制的研究.本文中針對我國農(nóng)藥和獸藥的產(chǎn)量和使用情況、世界各地部分飲用水源中農(nóng)藥和獸藥的復(fù)合污染研究和風(fēng)險評價方法進(jìn)行了綜述,以期提升對飲用水源中農(nóng)藥和獸藥復(fù)合污染的關(guān)注.
圖1 農(nóng)藥進(jìn)入水環(huán)境的途徑[6]Fig.1Ways of pesticides getting into water environment[6]
圖2 獸藥進(jìn)入水環(huán)境的途徑[7]Fig.2Ways of veterinary drugs getting into water environment[7]
1.1農(nóng)藥
作為農(nóng)業(yè)大國,我國的農(nóng)藥產(chǎn)量和需求量均位于世界前列.在品種方面,除了傳統(tǒng)的有機(jī)磷類、有機(jī)氯類、氨基甲酸酯類、擬除蟲菊酯類等農(nóng)藥外,新型農(nóng)藥如唑類、酰胺類、煙堿類等也不斷投入使用.據(jù)統(tǒng)計[16],截止到2014年,我國大約生產(chǎn)260個農(nóng)藥品種,3 000個制劑產(chǎn)品.殺蟲劑在總量上的比例不斷降低,而殺菌劑和除草劑的比例逐漸上升.在產(chǎn)量和用量方面,根據(jù)《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》[17]統(tǒng)計,全國化學(xué)農(nóng)藥產(chǎn)量從1990年的22.8萬t增長到2013年的319萬t,增長12.99倍.由于農(nóng)藥在使用中存在有效利用率[2],使用總量的增加必然導(dǎo)致進(jìn)入水環(huán)境的農(nóng)藥量增加.圖3反映了最近10年我國農(nóng)藥年使用量的變化情況.我國農(nóng)藥年使用量從2005年的145.99萬t增加到2014年的180.69萬t,增幅23.77%.2011—2014年使用量增幅趨緩,但仍處于較高水平.我國目前的農(nóng)業(yè)技術(shù)不夠發(fā)達(dá),不科學(xué)的施藥方法造成農(nóng)藥有效利用率低下,未能利用的農(nóng)藥通過多種途徑進(jìn)入水體,對水質(zhì)安全構(gòu)成巨大威脅.
原始數(shù)據(jù)來源:中華人民共和國數(shù)據(jù)統(tǒng)計局[18].圖3 2005—2014年中國農(nóng)藥的年使用量Fig.3The annual usage of pesticides in China during 2005—2014
1.2獸藥
獸藥用于預(yù)防和治療動物疾病以達(dá)到增產(chǎn)的目的.在品種方面,獸藥通常包括抗微生物藥、抗寄生蟲藥、激素和生長促進(jìn)劑三大類.據(jù)中國農(nóng)業(yè)部2008年報告統(tǒng)計,目前常用獸藥品種近2 000種,劑型多達(dá)29種,有效成分約150~200種[19].最常使用的獸藥是包括抗生素和抗菌素在內(nèi)的抗微生物藥,約占獸藥總量的60%以上[20].在生產(chǎn)和用量方面,我國是獸用抗生素使用大國,2010年我國抗生素產(chǎn)量達(dá)21萬t,居全球首位,其中獸用部分約有10萬t[21].Zhang等[22]的研究表明,我國2013年抗生素使用量占世界一半,其中30.9%被排放到了水土環(huán)境中;其根據(jù)各流域抗生素的排放量數(shù)據(jù),繪制了我國第一幅抗生素污染地圖.我國獸用抗生素的生產(chǎn)和使用量遠(yuǎn)高于其他國家的原因,不僅在于我國的畜禽等養(yǎng)殖數(shù)量多,更重要的是我國普遍將獸用抗生素應(yīng)用于飼料添加劑以促進(jìn)養(yǎng)殖動物的生長,且缺乏藥物管理規(guī)范[23].獸用抗生素的60%~90%以原藥形式通過糞便和尿液排出體外,污染土壤和水環(huán)境,進(jìn)而影響人類健康[24].
在環(huán)境中,多種類污染物往往共同存在.所謂復(fù)合污染是指兩種及兩種以上不同種類不同性質(zhì)的污染物、或不同來源的同種污染物、或兩種及兩種以上不同類型的污染物,在同一環(huán)境中同時存在所形成的環(huán)境污染現(xiàn)象[25].復(fù)合污染按污染物類型可劃分為有機(jī)復(fù)合污染、無機(jī)復(fù)合污染以及有機(jī)-無機(jī)復(fù)合污染,其環(huán)境效應(yīng)主要表現(xiàn)為拮抗、協(xié)同及加和3個方面.目前的研究多集中于同源復(fù)合污染,即多種污染物對同一介質(zhì)(土壤、水、大氣、生物)的同時污染[26].復(fù)合污染的環(huán)境效應(yīng)受生物因子和污染物因子共同影響[27].
隨著農(nóng)藥和獸藥產(chǎn)量和使用量的增加,新品種的不斷推出(僅我國批準(zhǔn)使用的農(nóng)藥有400多種,獸藥有200多種[28-29]),其造成的環(huán)境污染也是多種農(nóng)藥和獸藥共同作用的結(jié)果.因此,農(nóng)藥和獸藥復(fù)合污染的分析方法、污染分布、毒性效應(yīng)以及風(fēng)險的研究十分重要[30].大量研究[31-32]表明農(nóng)藥和獸藥復(fù)合污染主要表現(xiàn)為協(xié)同作用,少數(shù)表現(xiàn)為拮抗及加和作用.陳秋蘭等[33]的研究指出二元農(nóng)藥的聯(lián)合毒性效應(yīng)大于單一毒性效應(yīng);陳晨[34]的研究表明二元和三元農(nóng)藥復(fù)合污染整體呈現(xiàn)濃度相加的作用,而三元以上農(nóng)藥復(fù)合污染的聯(lián)合效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各組分單獨(dú)效應(yīng)之和,即呈協(xié)同效應(yīng).如當(dāng)3種磺胺類抗生素復(fù)合作用時,單一抗生素原本對作物根尖細(xì)胞分裂的促進(jìn)作用會消失,且復(fù)合磺胺類的毒性普遍高于單一藥物[35].
2.1農(nóng)藥復(fù)合污染
地表水中農(nóng)藥殘留的研究較多,表1歸納了世界各地部分水源中農(nóng)藥復(fù)合污染狀況.可以看出,各地水體中均有農(nóng)藥檢出,檢出質(zhì)量濃度常為ng/L級;檢出種類主要集中在傳統(tǒng)的有機(jī)氯類和有機(jī)磷類農(nóng)藥,而擬除蟲菊酯類、酰胺類、唑類、煙堿類、雜環(huán)類及其他“新型”農(nóng)藥較少納入關(guān)注范圍.如2010—2011年,Ccanccapa 等[37]調(diào)查了圖里亞河和喬卡河中50種農(nóng)藥污染情況,其中毒死蜱、二嗪農(nóng)和多菌靈的檢出頻率較高,抑霉唑(152.49 ng/L)和吡丙醚(83.21 ng/L)的檢出質(zhì)量濃度較高.在我國福建省的九龍江流域,Zheng等[40]也檢出82種農(nóng)藥殘留,檢出頻率較高的目標(biāo)物大部分屬于中弱毒性.
表1 世界部分地區(qū)水源中農(nóng)藥復(fù)合污染狀況
Tab.1 Combined pollution of pesticides in drinking water source in some areas worldwide
洲國家地點(diǎn)檢出情況文獻(xiàn)美洲美國邁阿密河阿拉特津,21ng/L[36]歐洲西班牙圖里亞河和喬卡河50種農(nóng)藥,平均檢出質(zhì)量濃度范圍ND~200ng/L;毒死蜱檢出頻率最高[37]意大利亞諾河及河口有機(jī)磷類,總檢出質(zhì)量濃度5.58~39.25ng/L[38]希臘馬其頓、色雷斯和塞薩利河異丙甲草胺、撲草凈、草不綠、草達(dá)滅等檢出頻率較高(29%,12.5%,12.5%,10%),最高檢出質(zhì)量濃度>10ng/L[39]亞洲中國九龍江(福建省)滴滴涕檢出質(zhì)量濃度最高,14種農(nóng)藥檢出質(zhì)量濃度>100ng/L;最大檢出質(zhì)量濃度為3904ng/L腐霉利[40]四川省有機(jī)磷檢出質(zhì)量濃度22.29~274ng/L[41]珠江河口7種有機(jī)磷,0.46~43.60μg/L;檢出頻率由高到低依次為:甲拌磷(97.5%)、敵敵畏(80.0%)、乙拌磷(77.5%)、滅線磷(15.0%)、樂果(10.0%)、甲基對硫磷(5.0%)、毒死稗(5.0%)[23]千島湖庫區(qū)10種有機(jī)氯類農(nóng)藥,1.9~7.6ng/L[42]煙臺市農(nóng)村飲用水源18~34種,103.0~345.7ng/L,有機(jī)磷類農(nóng)藥、擬除蟲菊酯類農(nóng)藥在各個水源地中均有檢出[43]越南湄公河稻瘟靈,最大檢出質(zhì)量濃度>11.24μg/L,年度平均檢出質(zhì)量濃度>3.34μg/L[44]印度坎普爾河γ-六六六(0.259μg/L),α-六六六(0.190μg/L),狄氏劑(1.671μg/L),馬拉松(2.618μg/L)[45]非洲尼日利亞奧格柏斯河16種,ND~0.43μg/L[46]加納可可產(chǎn)地毒死蜱(0.01~0.05μg/L),二嗪農(nóng)(0.01~0.04μg/L),甲基嘧啶磷(0.01~0.03μg/L)[47]
注:ND表示未檢出,下同.
2.2獸藥復(fù)合污染
抗生素是使用最廣泛的一類獸藥,1982年首次報道了水環(huán)境中的痕量抗生素污染[48],隨后世界各地開始對抗生素污染進(jìn)行調(diào)查.歐洲西班牙、波蘭、希臘和意大利等國[49-52]的飲用水源均有抗生素檢出;1999—2000年美國追蹤了全國河流中抗生素類污染,磺胺甲惡唑(最大檢出質(zhì)量濃度為1.9 μg/L)和林可霉素(最大檢出質(zhì)量濃度為0.73 μg/L)檢出頻率較高[53].在亞洲地區(qū),印度Khazipalli水庫檢出了0.047 μg/L的環(huán)丙沙星和0.096 μg/L的磺胺甲惡唑[54],韓國、日本、越南等國的水體中均有抗生素檢出[55-57].
表2歸納了我國飲用水源中抗生素復(fù)合污染情況,Jiang等[58]2009年研究了黃浦江中抗生素的季節(jié)性污染特征,發(fā)現(xiàn)2009年6月單一目標(biāo)物的最高檢出質(zhì)量濃度為36.71 ng/L,12月單一目標(biāo)物的最高檢出質(zhì)量濃度為313.4 ng/L.本課題組也較早對福建省九龍江中的抗生素進(jìn)行了調(diào)查[70].Zhang等[22]2015年發(fā)布了我國主要河流的抗生素排放情況,指出抗生素污染最嚴(yán)重的是海河和珠江兩大流域,北方地區(qū)的河流中抗生素濃度明顯高于南方河流.總體上,我國不同水體中抗生素檢出種類和濃度有所差異,檢出范圍均較大,其中磺胺類和喹諾酮類檢出頻率最高.
盡管農(nóng)藥和獸藥在水環(huán)境中的殘留質(zhì)量濃度較低,但持續(xù)輸入或多殘留長時間共存,也會對與致病微生物具有相同靶器官的非致病生物造成一定危害[71].水體中農(nóng)藥和獸藥復(fù)合污染的影響主要表現(xiàn)在:1) 對水生生物的急性或慢性毒性及內(nèi)分泌干擾;2) 造成地表水和飲用水源地的污染,進(jìn)而威脅到飲用水和水產(chǎn)品安全;3) 對人體健康的威脅,在長期食用含有抗生素食品的人體中,可檢測到抗生素耐藥性基因[72].因此,有必要對水中的農(nóng)藥和獸藥復(fù)合污染進(jìn)行風(fēng)險評價.
3.1飲用水源的水質(zhì)安全評價標(biāo)準(zhǔn)
我國建設(shè)部曾于1993年發(fā)布《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 3020—1993)[73],對生活飲用水水源水質(zhì)作了專門規(guī)定.這是迄今為止我國唯一一部專門針對水源的專業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),但由于20多年來久未修訂,實(shí)際上已經(jīng)無法滿足現(xiàn)今飲用水水質(zhì)要求.目前,我國出版的與飲用水水源水質(zhì)評價相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)共10部,但飲用水水源水質(zhì)評價主要依據(jù)的是《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)[74]和《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—1993)[75].在《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)[76]和《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ/T 206—2005)[77]中,規(guī)定了生活飲用水水質(zhì)應(yīng)符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的要求.
表2 我國地表水中抗生素復(fù)合污染狀況
Tab.2 Combined pollution of antibiotics in surface water in China
地區(qū)流域檢出情況文獻(xiàn)上海黃浦江18種抗生素檢出頻率5.3%~100%,平均檢出質(zhì)量濃度范圍:四環(huán)素,ND~36.71ng/L;磺胺甲嘧啶,ND~313.44ng/L[58]香港23條河流氧氟沙星,平均檢出質(zhì)量濃度范圍ND~4.3ng/L,檢出頻率69.6%;磺胺二甲嘧啶,ND~580.4ng/L;強(qiáng)力霉素,ND~82.2ng/L[59]安徽巢湖磺胺甲惡唑和諾氟沙星,最大檢出質(zhì)量濃度分別為95.6和383.4ng/L[60]廣東珠江抗生素平均質(zhì)量濃度范圍:枯水期,ND~67.0ng/L;豐水期,ND~70.2ng/L;其中諾氟沙星檢出質(zhì)量濃度最高[61]沈陽大遼河4類13種抗生素,最高檢出質(zhì)量濃度:氟喹諾酮類,41.3ng/L;磺胺類,33.4ng/L;氯霉素類,19.5ng/L;四環(huán)素類,13.6ng/L[62]臺灣中部6條主要河流5種喹諾酮類和咪唑類,0.8~192ng/L[63]??诤5槲逦髀泛佣?、鴨尾溪河段等氧氟沙星,100.9~499.8ng/L,檢出頻率100%;環(huán)丙沙星,119.7~634.5ng/L,檢出頻率100%;磺胺類,3.4~1385.8ng/L,檢出頻率31.25%[64]福建九龍江四環(huán)素(8月),平均檢出質(zhì)量濃度2.81ng/L;氟甲砜霉素(5月),平均檢出質(zhì)量濃度16.28ng/L[65]江蘇典型縣區(qū)飲用水源14種抗生素,ND~14.9ng/L,檢出頻率:0~78%;主要檢出物為諾氟沙星、氧氟沙星、強(qiáng)力霉素等[66]廣西邕江10種抗生素(大環(huán)內(nèi)酯類和磺胺類);干流中的抗生素,10.2~120ng/L,平均質(zhì)量濃度37.5ng/L;支流中的抗生素,51.7~1834ng/L,平均檢出質(zhì)量濃度392ng/L;支流中抗生素質(zhì)量濃度遠(yuǎn)高于干流[67]天津蘇運(yùn)河3種磺胺類抗生素,ND~116ng/L;磺胺二甲嘧啶檢出質(zhì)量濃度最高[68]重慶嘉陵江4種磺胺類抗生素,檢出質(zhì)量濃度均<5ng/L[69]
美國環(huán)境保護(hù)署2002年發(fā)布了以保護(hù)人體健康和水生生物為目的的水質(zhì)基準(zhǔn),根據(jù)地表水、飲用水的不同用途,規(guī)定了一些農(nóng)藥的推薦標(biāo)準(zhǔn)[78].世界衛(wèi)生組織(World Health Organization,WHO)《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》[79](第4版)對25種農(nóng)藥(及其代謝物)建立了準(zhǔn)則值.歐盟的飲用水水質(zhì)指令(Council Directive 98/83/EU)[80]則簡單規(guī)定單種農(nóng)藥的質(zhì)量濃度不能超過0.1 μg/L,所有檢出農(nóng)藥總質(zhì)量濃度不超過0.5 μg/L.
表3匯總整理了中國、美國和WHO飲用水源標(biāo)準(zhǔn)中涉及的農(nóng)藥種類及其限值.可以看出:我國各類標(biāo)準(zhǔn)中共有16種農(nóng)藥限值,少于美國和WHO相關(guān)標(biāo)準(zhǔn);這些限值多集中在傳統(tǒng)的有機(jī)氯類、有機(jī)磷類農(nóng)藥,部分種類(如樂果)已禁用或限用.目前各國的標(biāo)準(zhǔn)還有諸多不足.如歐盟雖然規(guī)定了人體從飲用水中攝入的單一農(nóng)藥的最大允許質(zhì)量濃度和農(nóng)藥總量限值[80],但該標(biāo)準(zhǔn)未針對不同農(nóng)藥給出具體限值,且不能直觀反映劑量效應(yīng)及危害程度.標(biāo)準(zhǔn)中還存在同種農(nóng)藥限值不同的矛盾現(xiàn)象.而針對近兩年備受關(guān)注的水環(huán)境中獸藥殘留的標(biāo)準(zhǔn)限值,目前各國均尚未有相關(guān)規(guī)定,這種缺失也正反映了該領(lǐng)域研究的迫切性.
3.2水中農(nóng)藥和獸藥相關(guān)的風(fēng)險評價
農(nóng)藥和獸藥的風(fēng)險評價包括健康風(fēng)險評價和生態(tài)(環(huán)境)風(fēng)險評價,早期研究強(qiáng)調(diào)的是對人類有直接影響的健康風(fēng)險評價.生態(tài)風(fēng)險評價是以化學(xué)、生態(tài)學(xué)、毒理學(xué)為理論基礎(chǔ),應(yīng)用物理學(xué)、數(shù)學(xué)和計算機(jī)等科學(xué)技術(shù),預(yù)測污染物對生態(tài)系統(tǒng)的有害影響[81].水生生態(tài)風(fēng)險評價則是利用生態(tài)風(fēng)險評價的原則和方法,評價污染物進(jìn)入水生環(huán)境后產(chǎn)生生態(tài)危害的可能性及程度[82].近年來,隨著水污染的加重,關(guān)于水生生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險評價日益增多,主要集中在對地表水或污水回用進(jìn)行評價.郭強(qiáng)等[83]和王靜等[84]對水源地有機(jī)磷類和氨基甲酸酯類農(nóng)藥的水生生態(tài)風(fēng)險及健康風(fēng)險進(jìn)行了評價.抗生素的風(fēng)險評價同樣受到關(guān)注[85-86].但是,目前國內(nèi)外關(guān)于水中農(nóng)藥和獸藥的風(fēng)險評價主要通過模型和實(shí)驗(yàn)室毒性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,通常僅針對單一種類,實(shí)驗(yàn)濃度的設(shè)置往往高于實(shí)際濃度,因此無法準(zhǔn)確反映水中農(nóng)藥和獸藥復(fù)合污染對人體及生態(tài)系統(tǒng)的危害.
3.3風(fēng)險評價的方法
美國環(huán)境保護(hù)署推出的健康風(fēng)險評價方法,包括非致癌物質(zhì)健康風(fēng)險評價[87]和致癌物質(zhì)風(fēng)險評價[88].美國、英國、荷蘭等國家和歐盟組織制定了生態(tài)風(fēng)險評價框架,其中以美國環(huán)境保護(hù)署1998年頒布的生態(tài)風(fēng)險評價指南的接受度最廣[89].現(xiàn)有的風(fēng)險評價方法均將評價過程分為4個部分,分別是問題識別(problem recognition)、暴露評價(exposure assessment)、效應(yīng)評價(effect assessment)、風(fēng)險表征(risk characterization)[90],以下將分別簡述.
問題識別是生態(tài)風(fēng)險評價的基礎(chǔ),這一階段目的在于明確目標(biāo)、評價終點(diǎn)、建立模型并制定分析計劃等.
表3 部分國家或地區(qū)對飲用水源中農(nóng)藥殘留的限定
注:A.摘自《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中的表3:“集中式生活飲用水地表水水源地特定項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值”;B.Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水;C.maximum contaminant level goal,污染物最高質(zhì)量濃度目標(biāo),指對人體健康無影響或預(yù)期無不良影響的水中污染物質(zhì)量濃度,為適當(dāng)?shù)陌踩蘖?非強(qiáng)制性指標(biāo);D.maximum contaminant level,污染物最高質(zhì)量濃度,飲用水中污染物的最高允許限度,強(qiáng)制性指標(biāo);E.摘自WHO《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》(第4版),None:表示不得檢出.
暴露評價是分析各種風(fēng)險源與受體之間潛在接觸或共生的過程,主要指污染物在生態(tài)環(huán)境中的時空分布規(guī)律;在農(nóng)藥和獸藥等的生態(tài)風(fēng)險評價中,描述某種物質(zhì)的環(huán)境濃度、來源、環(huán)境行為、暴露途徑等.效應(yīng)評價是指由污染物脅迫引起的生態(tài)受體的變化,在農(nóng)藥和獸藥的生態(tài)風(fēng)險評價中,主要描述農(nóng)藥和獸藥對不同生物的毒性效應(yīng).美國環(huán)境保護(hù)署[91]主要通過短期(急性)或長期(慢性)的實(shí)驗(yàn)室研究及野外實(shí)驗(yàn),估算某種化學(xué)品對環(huán)境生物的毒性,制定半致死濃度、半數(shù)效應(yīng)濃度、無觀察效應(yīng)濃度(NOEC,用Cn表示)等數(shù)值.風(fēng)險表征是生態(tài)風(fēng)險評價的最后階段,常用方法有商值法、概率風(fēng)險評價法等[92].商值法是使用最普遍、最廣泛的一種定量評價方法,用于特定生物暴露于某種環(huán)境污染物的初級篩選評價[93],一般用風(fēng)險商值(risk quotient,RQ)的大小來評價.
RQ可通過以下公式[60,94]獲得:
RQ=Ce/Cp,
(1)
Cp=L50/F或Cp=E50/F.
(2)
式中:Ce為實(shí)際監(jiān)測或模型估算得到的環(huán)境暴露濃度;Cp為預(yù)測無效應(yīng)濃度;L50為半致死濃度,E50為半數(shù)效應(yīng)濃度,L50和E50均為急性毒性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);F為標(biāo)準(zhǔn)評價因子,若只有急性毒性數(shù)據(jù)則取1 000.
Hernando等[95]、Souza等[96]對抗生素進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價時,將RQ分為3個階段,表征不同程度的生態(tài)風(fēng)險:0.01≤RQ<0.1為低風(fēng)險,0.1≤RQ<1為中風(fēng)險,RQ≥1為高風(fēng)險.Palma等[97]和Deng等[59]利用RQ法,對葡萄牙某水庫中的農(nóng)藥殘留和香港河流中的獸用抗生素分別進(jìn)行了風(fēng)險評價.
1989年我國制定《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評價試驗(yàn)準(zhǔn)則》,標(biāo)志著我國農(nóng)藥環(huán)境風(fēng)險評價和農(nóng)藥環(huán)境風(fēng)險管理的正式開始.2006年國家農(nóng)業(yè)部成立了獸藥評審中心,要求從安全性、有效性和質(zhì)量可控性3個方面,對獸藥進(jìn)行全面、科學(xué)的評價,標(biāo)志著我國獸藥評審工作走向了制度化、科學(xué)化、專業(yè)化的發(fā)展軌道.周軍英等[90]著的《農(nóng)藥生態(tài)風(fēng)險評價與風(fēng)險管理技術(shù)》根據(jù)世界各國和組織的風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn),提出了中國農(nóng)藥生態(tài)風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)草案,針對水生生態(tài)的風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)見表4.
表4 我國農(nóng)藥水生生態(tài)風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)[90]
3.4我國飲用水的健康風(fēng)險評價
飲用水風(fēng)險評價多集中于健康風(fēng)險評價.目前我國尚未建立完整的飲用水健康風(fēng)險評價體系,僅依據(jù)《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 3020—1993)[73]所列項(xiàng)目,對出廠水進(jìn)行濃度測定來判斷水質(zhì)安全.近年來,國內(nèi)關(guān)于飲用水有機(jī)污染物的風(fēng)險評價日益增加,主要通過對飲水及皮膚接觸兩大途徑進(jìn)行致癌與非致癌風(fēng)險評價,風(fēng)險值主要依據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署等國外研究機(jī)構(gòu)的推薦值.如王若師等[98]對東江流域飲用水源地有機(jī)污染物的健康風(fēng)險評價中, 參考了美國環(huán)境保護(hù)署推薦的每年1.00×10-6作為最大可接受風(fēng)險水平標(biāo)準(zhǔn),以荷蘭環(huán)保部推薦的每年1.00×10-8作為可忽略風(fēng)險水平標(biāo)準(zhǔn).
我國農(nóng)藥和獸藥的產(chǎn)量和使用量日益增大,盡管水環(huán)境中低濃度的農(nóng)藥和獸藥對水生生物的急性毒性作用有限,但不排除長期持續(xù)低劑量暴露下產(chǎn)生的負(fù)面環(huán)境效應(yīng)[99-100],以及水源地污染后對飲用水安全和人類健康帶來的潛在威脅.在農(nóng)藥和獸藥復(fù)合污染相關(guān)研究、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的制定和風(fēng)險評估等領(lǐng)域,各國都做出了不懈努力,我國尤其在趕超世界先進(jìn)水平.
縱觀飲用水源中農(nóng)藥和獸藥復(fù)合污染的研究,尚存在以下缺憾:與農(nóng)藥和獸藥生產(chǎn)和使用的種類相比,現(xiàn)有研究覆蓋面不足,難以反映真實(shí)的復(fù)合污染情況;缺乏水源的水質(zhì)評價、風(fēng)險評價的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù);現(xiàn)有的污染物限量標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定單一項(xiàng)目的限量,缺乏對多種污染物殘留的綜合限定.
今后,隨著分析技術(shù)的發(fā)展,全面檢測“新型”農(nóng)藥、獸藥成為可能;在調(diào)查飲用水源中農(nóng)藥和獸藥污染狀況的基礎(chǔ)上,研究將聚焦于復(fù)合污染對人類健康和生態(tài)環(huán)境的影響;與此同時,急需建立多種污染物殘留的綜合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和復(fù)合污染的評價標(biāo)準(zhǔn).
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Study Progress on Combined Pollution of Pesticides and Veterinary Drugs in Drinking Water Source
CHEN Meng1*,ZHU Juan1,2,HONG Jiajun1,LIU Xingqiang2,YUAN Dongxing1
(1.College of the Environment & Ecology,Xiamen University,Xiamen 361102,China;2.School of Environmental Science and Engineering,Xiamen University Tan Kah Kee College,Zhangzhou 363000,China)
Pesticides and veterinary drugs play an important role in guaranty of agricultural production.However,with increasing variety and amount,they are causing aquatic environmental pollution and ecosystem destruction.Even worse,drinking water sources polluted with pesticides and veterinary drugs will be a direct threat to human health.In this paper,production and consumption of pesticides and veterinary drugs in China,recent studies of combined pollution in drinking water sources in some areas around the world and methods of health risk assessment are reviewed.
pesticide;veterinary drug;combined pollution;drinking water source;risk assessment
10.6043/j.issn.0438-0479.201604108 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)專題
2016-04-15錄用日期:2016-07-30
福建省自然科學(xué)基金(2012J01048);中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所開放基金(KLUEH20136)
mengchen@xmu.edu.cn
陳猛,朱娟,洪家俊,等.飲用水源中農(nóng)藥和獸藥復(fù)合污染的研究進(jìn)展[J].廈門大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2016,55(5):713-723.
CHEN M,ZHU J,HONG J J,et al.Study progress on combined pollution of pesticides and veterinary drugs in drinking water source[J].Journal of Xiamen University(Natural Science),2016,55(5):713-723.(in Chinese)
X 131.2
A
0438-0479(2016)05-0713-11