CN104584892A - 一种农药水生态风险评价实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于农药生态风险评价的实验装置及实验方法，所述的实验装置特征在于包括稻田农药喷施实验区、稻田养殖模拟区、水生生物实验塘、对照塘、水生生物养殖笼与底泥收集装置。本实验装置通过排水口稻田实验区和水生生物实验塘相通，稻田农药喷施后在一定时间范围内通过排水使稻田水排入实验区，通过观测分析稻田排水对水生生物的影响，以及监控实验塘塘水和底泥中农药含量，从而分析评价农药施用对水生态系统的危害风险。本发明方法简便易行，可操作强，解决了常规大田环境下标准化、规范化程度不够的问题，可以更好地为我国农药环境风险安全管理提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种农药水生态风险评价实验装置及实验方法，适用于研究农药等化学物质进入水生态系统后的环境行为和生态毒理学效应。
背景技术
农药生态环境安全评价是农药管理中必不可少的环节，农药在环境中的行为过程极其复杂，室内实验不能全部如实反映农药在自然环境中的迁移转化行为及其生态效应。农药对水生生物的影响可以表现在分子、器官、组织、个体以及种群、群落不同水平上，多数情况下，水生生物暴露在较低浓度(亚致死)农药下，评价农药对水生生物的影响仅根据毒性评价是不够的。为了科学预测农药使用可能带来的风险，就必须开展野外实验研究，为风险评价提供可靠的观测和实验数据。为了真实反应农药在环境中归趋及其对水生生物影响，进行更高层次的风险评价，因此，开展模拟条件下稻田-鱼塘系统中农药对水生态影响至关重要。
在我国南方地区水网丰富，稻田种植区与鱼塘养殖区往往交差存在。根据调查显示，我们南方水网区稻田种植区与鱼塘的配套比例大约为10:1，也就是说10亩的水稻配套存在1亩的水塘。水稻在种植期间，需要喷施多种农药。遇到暴雨或者需要排水情况时，稻田水往往被排入附近鱼塘，这就对鱼塘中养殖的水产品产生生态风险。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种农药水生态风险评价实验装置及实验方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：本发明提供一种农药水生态风险评价实验装置，包括箱体，箱体内设有第一稻田农药喷施实验区和第二稻田农药喷施实验区，第一稻田农药喷施实验区和第二稻田农药喷施实验区之间设有稻田养殖模拟区；第一稻田农药喷施实验区上方的箱体上设置水生生物实验塘、第二稻田农药喷施实验区上方的箱体上设置对照塘，水生生物实验塘内设有水生生物养殖网箱)与底泥收集装置。
其中稻田养殖模拟区深度为0.8m～1.0m，不种植水稻，和稻田农药喷施实验区有通道相连。
所述的稻田农药喷施实验区与稻田养殖模拟区的两端都有开口通道，稻田养殖模拟区一侧的上部与第一稻田农药喷施实验区连通，稻田养殖模拟区的另一侧的下部与第二稻田农药喷施实验区连通，稻田农药喷施实验区与稻田养殖模拟区之的水可以自由流动。
所述的第一稻田农药喷施实验区和水生生物实验塘之间有可开关的阀门相连，当需要排水时可打开阀门，稻田水排入水生生物实验塘。
水生生物实验塘具有防渗漏设施，防止塘中水渗漏或者地下水渗漏，其侧壁上设有一根深度尺，用以测量塘水深度。
水生生物实验塘深度为1.8m～2.0m，面积为稻田农药喷施实验区的1/10。
第一稻田农药喷施实验区总面积和水生生物实验塘面积比为10:1，第一稻田农药喷施实验区和第二稻田农药喷施实验区面积相同。
水生生物实验塘和对照塘内分别设有水生生物养殖笼与底泥收集装置，水生生物实验塘和对照塘上各自设有固定架，用于固定水生生物养殖笼与底泥收集装置。
实验装置开始运行时，农药喷施按剂量和时间于稻田农药喷施实验区，一定时间范围后开始排水，此时打开第一稻田农药喷施实验区和水生生物实验塘之间的阀门，稻田中的田水即可流入水生生物实验塘；根据标尺测量塘水上涨高度，计算出流入水生生物实验塘的水量；排水完成后，定期观测水生生物养殖网箱中所养生物的数量与生物学反应，并记录，采集塘水和底泥收集装置中的底泥，分析测定农药含量；最后得到不同时期农药的分布规律；同时，对稻田农药喷施实验区中的稻田土和田水进行采样分析，监测稻田土和田水中的农药分布规律。
本发明还提供了一种农药水生态风险评价实验方法，实验装置开始运行时，农药喷施按剂量和时间于稻田农药喷施实验区，一定时间范围后开始排水，此时打开第一稻田农药喷施实验区和水生生物实验塘之间的阀门，稻田中的田水即可流入水生生物实验塘；根据标尺测量塘水上涨高度，计算出流入水生生物实验塘的水量；排水完成后，定期观测水生生物养殖网箱中所养生物的数量与生物学反应，并记录，采集塘水和底泥收集装置中的底泥，分析测定农药含量；最后得到不同时期农药的分布规律；同时，对稻田农药喷施实验区中的稻田土和田水进行采样分析，监测稻田土和田水中的农药分布规律。
具体而言，实验前1个月左右，在稻田内按正常的种植方式种植水稻，并正常施肥灌溉管理。实验前2周，在水生生物实验塘、对照塘开始生物预养。两个水塘内各放置水生生物养殖网箱，按照品种不同将水生生物饲养在网箱内。在水稻喷药前将多组装有底泥收集盘放置于底泥收集装置上，缓慢放置于鱼塘底部。
当达到农药喷施条件时，按照农药的施药剂量和施药方式开始施药，此时农药开始吸附在水稻叶面上和落入水中，落入水中的农药在水里开始溶解和吸附在水稻土表面。在施药结束后一定时间内开始放水，将稻田农药喷施实验区的田水放入水生生物实验塘。随着田水进入水生生物实验塘的农药，部分作用于水生生物，并产生相应的毒害作用，另外部分开始水解或者沉降吸附在底泥上。最终根据水生生物的死亡率、毒害效应，在水体中和底泥中的分布规律，得到该种农药的风险值。最终确定该种农药对不同水生生物的危害，为农药的环境风险管理提供数据支持。
其中，所述的水生生物可以是虾、鱼、螃蟹等农药敏感生物。
所述的水生生物养殖网箱有部分是露出水面，用于给水生生物呼吸，同时用可调节高度的绳子固定于固定架上，可随时提出水面观测水生生物活性和计数。
所述的稻田养殖模拟区可以养殖适宜稻田养殖的水产品，用以观测农药施药对水产品的影响。
所述的底泥收集装置位于水生生物实验塘底部，可以拉出水面以便收集底泥。
本实验装置和方法采用模拟稻田田间环境实际情况，模拟农药在水稻植株、稻田水、稻田土及鱼塘水、底泥等环境介质中的分配、降解和归趋以及对水生生物的影响，试图得到接近实际田间使用条件情况下数据，对风险作出更为准确的评价，从而对农药的生态风险作出进一步的判断。
有益效果：本发明的一种农药水生态风险评价实验装置及应用涉及所述装置进行实验的方法与现有技术相比，具有如下优势：
1、本发明方法简便易行，管理方便，相比于盆栽实验具有更好的代表性。
2、本发明的水生生物养殖网箱可随时提出水面观测，直观性强。
3、本发明的装置具有规范化标准化的操作，可精确计算农药施药量，同时根据水生生物实验塘的标尺直观显示稻田水排水量。最后根据水和底泥中农药浓度精确计算农药总量。
附图说明
图1为本发明方法的一种药水生态风险评价实验装置示意图。
图2为图1中水生生物实验塘的结构示意图。
图3为某农药在田水中的浓度变化曲线图。
图4为某农药在稻田土壤中的浓度变化曲线。
图5为某农药在塘水中的残留动态图。
图6为某农药在底泥中浓度变化曲线图。
具体实施方式：
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的参数指标及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
由图1和图2所示，本发明的一种农药水生态风险评价实验装置，包括箱体1，以及位于箱体内的两个稻田农药喷施实验区1a、1b，稻田养殖模拟区4、水生生物实验塘2、对照塘3、水生生物养殖网箱11与底泥收集装置10；稻田养殖模拟区4的两端都有开口通道，其中稻田养殖模拟区4左上方通过开口通道5a与稻田农药喷施实验区1a连通，稻田养殖模拟区4右下方通过开口通道5b与稻田农药喷施实验区1b连通。稻田农药喷施实验区1a、1b与稻田养殖模拟区4之间可互联互通，水可以自由流动。稻田农药喷施实验区1a和水生生物实验塘2之间有可关闭的阀门6相连，当需要排水时可打开阀门6，稻田水即可排入水生生物实验塘2。稻田农药喷施实验区1a上方的箱体上设置水生生物实验塘2、稻田农药喷施实验区1b上方的箱体上设置对照塘3，水生生物实验塘2内设有水生生物养殖网箱11与底泥收集装置10。水生生物养殖笼11与底泥收集装置10被固定在固定架8，并可调节高度，用以观测和采样。稻田农药喷施实验区1b下方设有进水口7。水生生物实验塘2和对照塘3具有防渗漏设施，防止塘中水渗漏或者地下水渗漏，其侧壁上设有一根深度尺9，用以测量塘水深度。稻田养殖模拟区4深度为0.8m～1.0m。水生生物实验塘2深度为1.8m～2.0m。稻田农药喷施实验区面积1a、1b和水生生物实验塘2面积比为10:1。
当该装置开始运行时，农药喷施按剂量和时间于稻田农药喷施实验区1后，一定时间范围后开始排水，此时打开开口通道阀门6，稻田中的田水即可流入水生生物实验塘2。根据标尺测量塘水上涨高度，即可计算出流入水生生物实验塘2的水量。排水完成后，定期观测水生生物养殖网箱11中所养生物的数量与生物学反应，并记录，采集塘水和底泥收集装置10中的底泥12，分析测定农药含量。最后得到不同时期农药的分布规律。同时，对稻田农药喷施实验区1中的稻田土和田水进行采样分析，监测稻田土和田水中的农药分布规律。
根据最终的农药分布规律和水生生物的死亡率和生物学反应，结合实验室数据，判定该农药对水生态的影响，为该农药的生态风险评价提供数据。
实施例2
1、实验方法
稻田内按正常的种植方式种植水稻，并正常管理。实验前鱼塘内设9个观测采样点，在每个点中用网箱分别养殖各种供试水生生物，待网箱内的水生生物生长正常后，于8月水稻生长盛期时在稻田内喷施某农药，施药量为30g ai/亩，喷药时田水深约5cm，24h后将田水全部排入鱼塘，排水过程持续约12h。从施药后起采样测定稻田土壤与田水中某农药及其代谢产物的残留动态；从稻田排水起测定某农药及其代谢产物在鱼塘水及底泥中的残留动态。同时观测对网箱内水生生物的影响。
2、实验农药
30％某农药可湿性粉剂；用量30g ai/亩
3、某农药在环境中的归趋
某农药田间实验用量为30g ai/亩，均匀喷施。此后定期采集田水、稻田土、鱼塘水和鱼塘底泥，测定各环境介质中某农药的含量。
4、某农药残留动态测定
(1)水体中残留量测定
在实验稻田中设置6个采样点，施药后不排水定时采样，测定其残留动态。塘水中残留量测定从稻田排水开始，定期在6个观察点分别在水表30cm下采集水样供测定用。
(2)稻田土壤中残留量测定
施药多点采样法采集稻田土壤中的土样，采样深度为0-20cm，分析测定培养皿土壤中农药残留量。根据测定结果推算出不同时期田土中某农药沉积量。
(3)鱼塘底泥中残留量测定
按照稻田土壤的测定方法，先将加土培养皿(Φ9cm，土壤20g)放在塑料篮中沉入塘底，稻田排水后定期取回测定。
5、某农药残留量分析方法
水样处理：取水样，加入适量氯化钠，用二氯甲烷30mL×2提取两次，旋转蒸发至近干，N2吹干后用乙腈定容，过0.45μm滤膜，待液相色谱测定。
土样处理：所采土壤样中加入30mL丙酮，置于恒温振荡器以25℃、200转/分的条件振荡提取1.0h，高速离心分离、过滤后，土壤再用30mL丙酮提取一次，合并提取液，浓缩除去有机相，剩余水相用二氯甲烷30mL×2萃取，旋转蒸近干后用N2吹干，并用乙腈定容，过0.45μm微孔滤膜，待液相色谱-质谱仪测定。
6、结果与讨论
(1)某农药在稻田-鱼塘模拟生态系统中行为归趋
某农药在稻田-鱼塘模拟生态系统中的动态变化结果表明，施药2h后田水中某农药的浓度达到60.7μg/L，此后浓度继续上升6h后田水中某农药浓度达到最高的72.3μg/L，然后某农药浓度开始缓慢下降，7d后田水中浓度为34.9μg/L减少约50％，田水中消解半衰期约7.37d，如图3所示。
(2)某农药喷施完后，水相中的某农药快速进入土壤中，土壤中某农药初始为37.5μg/kg，此后土壤中某农药浓度迅速升高，至24h吸附量达到最大的113.7μg/kg，说明某农药在土壤中停留的时间比较短暂，在24h内即能基本完成向土表转移。在这以后田土中某农药开始逐步消解，浓度逐渐下降，至11d后土壤中某农药浓度已经下降为45.5μg/kg，降低为最高浓度的50％，降解半衰期为5.29d，如图4所示。
(3)施药24h后，将田水排入鱼塘。如图5所示，排水开始后塘水中某农药浓度逐步增加，塘水中某农药初始浓度为8.59μg/L，在排水的最初时间段塘水中某农药含量均呈上升趋势，排水24h后田塘水中某农药浓度达到最大的10.2μg/L，之后，塘水中某农药浓度逐渐下降，塘水中某农药消解半衰期约4.9d。
(4)稻田开始排水开始后，由于鱼塘水中悬浮物的作用，流入鱼塘的某农药很快被塘水中的悬浮物吸附沉于塘底。底泥中某农药的浓度变化见图6，结果表明，在稻田排水后，鱼塘底泥中很快就检测到某农药残留，4h后底泥中某农药浓度为0.98μg/kg，此后底泥中某农药浓度逐渐增加，24h后浓度达到了最大的16.3μg/kg，此后底泥中某农药浓度逐渐下降，6d后浓度为8.43μg/kg，约下降为最高浓度的50％。，降解半衰期为6.1d。
从以上实验结果初步推断：野外实验系统和模拟实验系统中某农药在环境中各个介质中的转移变化规律基本一样。某农药施用到稻田中后，进入稻田水体后，很快被稻田土壤吸附而快速下降，土壤中某农药含量快速升高，而后逐步降解。经排水而进入水塘中的某农药随悬浮物沉降和底泥吸附而快速富集于底泥中，而底泥中的某农药含量在快速升高后，也逐渐降解而降低用。
(2)某农药在稻田-鱼塘模拟生态系统中对水生生物的危害影响
①对虾的危害影响
实验处理同上，由表1可见：对照塘中，10d后也开始出现死亡现象，14d死亡率达到8.9％。而处理塘排水1d后虾开始出现死亡，死亡率为2.2％；排水6d死亡率达到15.5％，14d以后死亡率达到20.0％。表明在本实验条件下，某农药稻田使用对虾d的危害风险较小。
表1 某农药对虾的危害影响实验结果(死亡率，％)
②对螃蟹的危害影响
实验处理同上，由表2可见，对照塘中的螃蟹3天后开始出现死亡，在14d后达到5.0％。而处理塘排水2d后，螃蟹出现死亡，排水3d后死亡率为13.3％。表明某农药农药稻田使用时，对螃蟹的危害性不大。
表2 某农药对螃蟹的危害影响实验结果(％)
7、结论
(1)某农药在大田稻田-鱼塘模拟生态系统中的动态变化结果表明，施药2h后田水中某农药的浓度达到60.7μg/L，6h后浓度达到最高的72.3μg/L，田水中消解半衰期约7.37d。某农药喷施完后，由于土壤对水中某农药的吸附，水相中的某农药快速进入土壤中，土壤中某农药初始为37.5μg/kg，24h吸附量达到最大的113.7μg/kg，11d后土壤中某农药浓度降低为最高浓度的50％以下。施药24h后，将田水排入鱼塘，塘水中某农药初始浓度为8.59μg/L，24h后田水中某农药浓度达到最大的10.2μg/L，之后塘水中浓度逐渐下降，塘水中消解半衰期约4.9d。稻田开始排水开始后，鱼塘底泥中很快就检测到某农药，24h后浓度达到最大的16.3μg/kg，此后底泥中某农药浓度逐渐下降，6d后约下降为最高浓度的50％。
(2)施药24h后，将田水排入鱼塘，对照塘中，10d后也开始出现死亡现象，14d死亡率达到8.9％。而处理塘排水1d后虾开始出现死亡，死亡率为2.2％；排水6d死亡率达到15.5％，14d以后死亡率达到20.0％。表明在本实验条件下，某农药稻田使用对日本沼虾没有大的危害风险；对照塘中的螃蟹3天后开始出现死亡，在14d后达到5.0％，而处理塘排水2d后，螃蟹出现死亡，排水3d后死亡率为13.3％此后保持不变。表明某农药稻田使用时，对螃蟹的危害性较小。
Claims (9)
1.一种农药水生态风险评价实验装置，其特征在于，包括箱体(1)，箱体内设有第一稻田农药喷施实验区和第二稻田农药喷施实验区，第一稻田农药喷施实验区和第二稻田农药喷施实验区之间设有稻田养殖模拟区(4)；第一稻田农药喷施实验区上方的箱体上设置水生生物实验塘(2)、第二稻田农药喷施实验区上方的箱体上设置对照塘(3)，水生生物实验塘(2)内设有水生生物养殖网箱(11)与底泥收集装置(10)。
2.根据权利要求1所述的一种农药水生态风险评价实验装置，其特征在于，所述稻田养殖模拟区(4)深度为0.8m～1.0m。
3.根据权利要求1和2所述的一种农药水生态风险评价实验装置，其特征在于，所述的稻田农药喷施实验区(1)与稻田养殖模拟区(4)的两端都有开口通道，稻田养殖模拟区(4)一侧的上部与第一稻田农药喷施实验区连通，稻田养殖模拟区(4)的另一侧的下部与第二稻田农药喷施实验区连通，稻田农药喷施实验区(1)与稻田养殖模拟区(4)之的水可以自由流动。
4.根据权利要求1所述的一种农药水生态风险评价实验装置，其特征在于，所述的第一稻田农药喷施实验区和水生生物实验塘(2)之间有可开关的阀门(6)相连，当需要排水时可打开阀门(6)，稻田水排入水生生物实验塘(2)。
5.根据权利要求1或3所述的一种农药水生态风险评价实验装置，其特征在于，水生生物实验塘(2)具有防渗漏设施，防止塘中水渗漏或者地下水渗漏，其侧壁上设有一根深度尺(9)，用以测量塘水深度。
6.根据权利要求1、3或5所述的一种农药水生态风险评价实验装置，其特征在于，水生生物实验塘(2)深度为1.8m～2.0m，面积为稻田农药喷施实验区(1)的1/10。
7.根据权利要求1所述的一种农药水生态风险评价实验装置，其特征在于，第一稻田农药喷施实验区总面积和水生生物实验塘(2)面积比为10:1，第一稻田农药喷施实验区和第二稻田农药喷施实验区面积相同。
8.根据权利要求1所述的一种农药水生态风险评价实验装置，其特征在于，水生生物实验塘(2)和对照塘(3)内分别设有水生生物养殖笼与底泥收集装置，水生生物实验塘(2)和对照塘(3)上各自设有固定架(8)，用于固定水生生物养殖笼与底泥收集装置。
9.一种农药水生态风险评价实验方法，其特征在于，实验装置开始运行时，农药喷施按剂量和时间于稻田农药喷施实验区，一定时间范围后开始排水，此时打开第一稻田农药喷施实验区和水生生物实验塘(2)之间的阀门(6)，稻田中的田水即可流入水生生物实验塘(2)；根据标尺测量塘水上涨高度，计算出流入水生生物实验塘(2)的水量；排水完成后，定期观测水生生物养殖网箱(11)中所养生物的数量与生物学反应，并记录，采集塘水和底泥收集装置(10)中的底泥，分析测定农药含量；最后得到不同时期农药的分布规律；同时，对稻田农药喷施实验区(1)中的稻田土和田水进行采样分析，监测稻田土和田水中的农药分布规律。
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