城市水链中新烟碱类农药来源、迁移转化及归趋研究

As the second largest pesticides, neonicotinoids (NEOs) have been globally found in natural water which is the important environmental sinks of NEOs. Studies show that NEOs are toxic for a variety of non-target organisms, and their catabolites in water may be more toxic than parent chemical. However, environmental sources and behaviors of NEOs and their catabolites such as migration, transformation, and transmission in water environment have not been clarified yet. In this project, the water chain in typical cities of South China (i.e., waste water treatment plant - drinking water plants - surface water) are selected, and the following research is conduct on 4 commonly used NEOs and their degradation products. The aims of this project are to understand: 1) pollution level and ecological risk of NEOs in urban water chain from target areas; 2) treatment efficiency, growth kinetics, and biological/abiotic conversion mechanisms of NEOs in key units in typical water treatment facilities; and 3) inter-phase migration, fate and driving factors of NEOs in multi-medium water environment. China is the world's largest country on the production and use of NEOs. This project is expected to provide novelty information on contamination characteristics and abatement rules of NEOs in Chinese urban water chain, make new achievements in their transformation mechanism of water treatment facilities and the understanding of their fate in water bodies. Such findings will provide theoretical basis for ecological risk assessment of NEOs, simultaneously, will propose important scientific support for Chinese government.

作为全球第二大杀虫剂，新烟碱类农药（NEOs）已在全世界范围内广泛检出，天然水体是其重要的环境汇。研究表明，NEOs对非靶标生物具有毒性，在水中还可能降解成毒性更强的产物。然而，NEOs及其降解产物在水环境中的来源、迁移转化和传输等环境行为尚未厘清。本项目拟选择华南典型城市水链（污水厂-自来水厂-地表水）为研究对象，针对4种常见的NEOs及其降解产物开展如下研究：1）目标区域城市水链中污染水平及生态风险；2）典型水处理设施中的处理效率、消长动力学及关键单元中生物/非生物转化机制；3）水环境多介质中的相间迁移、归趋特征及驱动因素。我国是世界上最大的NEOs生产和使用国。该项目有望在探明我国城市水链中NEOs污染特征及消减规律方面取得新认识，在水处理设施的转化机制和水环境归趋的形成机理方法取得新成果。既为NEOs生态风险评估提供理论依据，也为国家制定合理的规管措施提供科学支撑。

新烟碱类农药（NEOs）是全球使用最大的杀虫剂，天然水体是其重要的环境汇。研究表明NEOs对非靶标生物具有毒性，在水中还可能降解成毒性更强的产物（m-NEOs）。然而，NEOs在水环境中的来源和迁移转化等环境行为尚不清楚。本项目围绕NEOs原物（p-NEOs）及m-NOEs，开展了1）在水环境多介质中的同步分析方法的建立；2）污水处理厂及其相关地表水环境中的污染水平及时空分布特征；3）自来水厂各单元的变化规律及其作用机制；4）水环境多介质中的降解路径及影响因素；5）水灌溉条件下，土壤—地方水果之间的分布特征及迁移转化规律。各方面的研究主要成果总结如下所示：1）采用固相萃取法，建立了同步分析地表水、污水和海水中p-NEOs和m-NEOs的分析方法；采用QuEChERs方法，建立了分析沉积物、污泥、土壤和柚子中p-NEOs和m-NEOs的可靠方法；此外，较早采用直接过滤法，针对饮用水和水源水中p-NEOs和m-NEOs的分析方法。2）在UNITANK和A2/O工艺的污水处理厂中p-NEOs的浓度发生明显下降，m-NEOs浓度升高，而在CASS工艺的污水处理厂中p-NEOs和m-NEOs的浓度变化则与前两种工艺呈相反的规律。3）发现NEOs和m-NEOs广泛存在于饮用水和水源水中，春季的ΣNEOs浓度高于夏、冬、秋三季。与传统工艺自来水厂相比，深度工艺自来水厂的NEOs和m-NEO的去除率更高。4）在珠江流域和南海海域水体中，NEOs主要以p-NEOs的形式存在。同时，发现南海海域的NEOs浓度低于珠江流域，说明近岸陆源输入、区域性洋流和季风可能是陆海界面NEOs输入的重要控制因素。5）发现水灌溉情况和农药喷洒情况下，大部分NEOs残留在果园土壤中，且土壤中p-NEOs的浓度大于m-NEOs，而果肉中的则相反。此外，从土壤—柚子（广东梅州特色水果）的过程中，p-NEOs不仅发生了迁移，也发生了相应的转化，转化为m-NEOs，暗示了更高的暴露风险。总之，本项目中建立的水环境多介质中p-NEOs和m-NEOs的分析方法，将为其他学者开展城市水链的相关研究提供重要技术支持；项目中明晰的p-NEOs和m-NEOs在水处理设施的转化机制和水环境的归趋将为人们评估该类污染物的生态风险提供科学依据，为国家制定相应的管理政策提供重要基础。