農(nóng)村廢水農(nóng)藥污染的生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

靳聰聰，楊揚(yáng),，劉帥磊，戴玉女，張曉萌，唐小燕，馮旭

1. 暨南大學(xué)水生生物研究中心，廣東 廣州510632；2. 熱帶亞熱帶水生態(tài)工程教育部工程研究中心，廣東 廣州 510632

農(nóng)村廢水農(nóng)藥污染的生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

靳聰聰1，楊揚(yáng)1,2*，劉帥磊1，戴玉女1，張曉萌1，唐小燕1，馮旭1

1. 暨南大學(xué)水生生物研究中心，廣東 廣州510632；2. 熱帶亞熱帶水生態(tài)工程教育部工程研究中心，廣東 廣州 510632

針對(duì)農(nóng)業(yè)型村落地表水體長期遭受混合農(nóng)藥污染，生態(tài)環(huán)境受損嚴(yán)重的情況，于2015年8月在廣州市近郊建立了黑藻（Hydrilla verticillata）和苦草（Vallisneria natans）混種修復(fù)示范區(qū)，開展了沉水植物的構(gòu)建對(duì)示范區(qū)7種農(nóng)藥（4種有機(jī)磷農(nóng)藥、2種有機(jī)氯農(nóng)藥和1種擬除蟲菊酯類農(nóng)藥）污染控制、底棲動(dòng)物恢復(fù)效果及常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)濃度削減的研究，并采用風(fēng)險(xiǎn)商（RQ）法對(duì)水體中的農(nóng)藥進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。結(jié)果表明，示范區(qū)重建的半年內(nèi)，水體中毒死蜱、氰戊菊酯、腐霉利、甲拌磷和乙草胺5種農(nóng)藥的平均去除率均大于75%，馬拉硫磷和樂果的去除率約為50%。構(gòu)建后，腐霉利由中等風(fēng)險(xiǎn)降為低風(fēng)險(xiǎn)，毒死蜱、乙草胺和樂果由高風(fēng)險(xiǎn)降為中等風(fēng)險(xiǎn)，其他3種農(nóng)藥的RQ值均顯著下降（P＜0.05）。綜合質(zhì)量濃度和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制效果，將甲拌磷和馬拉硫磷列為重點(diǎn)控制農(nóng)藥品種。底棲動(dòng)物的物種數(shù)、生物量及多樣性較修復(fù)前均呈明顯增加趨勢(shì)，并與沉水植物生物量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。水體各項(xiàng)常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)質(zhì)量濃度顯著下降（P＜0.01），水質(zhì)基本上從地表水標(biāo)準(zhǔn)的劣Ⅴ類提高到Ⅲ～Ⅳ類。綜上所述，沉水植物的構(gòu)建可有效控制水體中混合農(nóng)藥的質(zhì)量濃度，降低其對(duì)水體的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，恢復(fù)底棲動(dòng)物多樣性，是修復(fù)廣東農(nóng)村地區(qū)混合農(nóng)藥污染水體的有效方法。

農(nóng)藥；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；底棲動(dòng)物；水質(zhì)評(píng)價(jià)

長期以來，農(nóng)村地區(qū)由于環(huán)保設(shè)施匱乏，生活廢水和生產(chǎn)污水直接排放，農(nóng)村污水已成為我國水體污染的重要來源（干鋼等，2013）。同時(shí)，為保障農(nóng)作物產(chǎn)量，大量不同品種的農(nóng)藥被用于控制農(nóng)業(yè)病蟲害和雜草生長，但只有少量停留在作物上發(fā)生效用，大部分殘留于土壤中（顧寶根等，2009），隨著降雨或灌溉徑流匯入附近地表水體，嚴(yán)重影響區(qū)域內(nèi)河道、水塘的水體質(zhì)量（Lu et al.，2014）。研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)藥對(duì)人類健康和生態(tài)系統(tǒng)都存在潛在危害，我國地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—2002）中對(duì)部分農(nóng)藥設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)限值，但也只是針對(duì)人類健康，沒有針對(duì)水生生物或水生態(tài)保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)（徐雄等，2016）。例如，地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定馬拉硫磷和樂果的標(biāo)準(zhǔn)限值分別為50 μg·L-1和80 μg·L-1，而其預(yù)測(cè)無效應(yīng)濃度（PNEC）僅為1 μg·L-1左右，高于此值均會(huì)對(duì)水生生物造成毒害。因此，農(nóng)村污染水體中混合農(nóng)藥的去除和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制，成為新農(nóng)村建設(shè)中亟待解決的重要問題。沉水植物的修復(fù)重建是改善水質(zhì)的有效措施（Nurminen et al.，2009；Donk et al.，2002；Declerck et al.，2007），雖已被應(yīng)用于處理農(nóng)村污染池塘水體富營養(yǎng)化（唐紅亮，2012；馮金飛等，2014），但目前有關(guān)沉水植物構(gòu)建后對(duì)農(nóng)村受損水體中混合農(nóng)藥濃度削減和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制的研究仍鮮有報(bào)道。

底棲動(dòng)物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成生物，對(duì)環(huán)境變化反應(yīng)敏感，其群落物種組成、多樣性變化、耐污類群所占比例等都可以從不同方面反映水質(zhì)的好壞（熊春暉等，2016）。在農(nóng)村復(fù)合污染水體修復(fù)初期，針對(duì)底棲動(dòng)物物種數(shù)、生物量和多樣性的變化研究較少，并且很少利用底棲動(dòng)物指標(biāo)評(píng)價(jià)水質(zhì)修復(fù)效果。

本研究所建立的示范區(qū)位于廣州市花都區(qū)近郊，該地區(qū)土地面積廣袤，且基本以農(nóng)業(yè)為主，為典型嶺南農(nóng)業(yè)型村落。村內(nèi)水網(wǎng)發(fā)達(dá)，水系以水塘為主。由于缺少污水處理設(shè)施，受生活污水和農(nóng)業(yè)面源中各種農(nóng)藥的影響，村內(nèi)許多水塘污染嚴(yán)重。此外，水體自凈能力低，水生動(dòng)物和植物匱乏，在一定程度上影響了村落生態(tài)環(huán)境。黑藻（Hydrilla verticillata）和苦草（Vallisneria natans）具有較好的耐污能力，生物量豐富，在華南熱帶亞熱帶能四季生存且具有較好的景觀效果。因此本研究利用黑藻和苦草混種的修復(fù)技術(shù)建立了示范區(qū)，探討沉水植物對(duì)水體中混合農(nóng)藥濃度削減及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制的作用，研究底棲動(dòng)物物種數(shù)、生物量和多樣性的變化，并利用底棲動(dòng)物評(píng)價(jià)示范區(qū)水質(zhì)修復(fù)效果，以期為廣東地區(qū)農(nóng)業(yè)型村落復(fù)合農(nóng)藥污染水體生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 示范區(qū)的建立和采樣設(shè)計(jì)

于2015年8月，選擇地處居民區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)交接地帶、面積為1500 m2的污染水塘建立以沉水植物為主的水體生態(tài)修復(fù)示范區(qū)。前期工作包括截污和底泥疏浚等，池塘水深為0.8 m。沉水植物種類為苦草和黑藻，苦草和黑藻混種比例為1∶1，初始種植密度為40 plant·m-2，并在植物構(gòu)建后半個(gè)月內(nèi)清理殘梗敗葉，補(bǔ)種枯死的沉水植物。

共設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)，分別位于水塘中部和兩端。采樣時(shí)間為2015年8月—2016年2月，其中水樣的采集頻率為每月2次，沉水植物和底棲動(dòng)物樣品采集頻率為每月1次，每次采樣在10:00—14:00進(jìn)行，采樣后將樣品冷藏保存并帶回實(shí)驗(yàn)室處理。

1.2 采樣方法

沉水植物和底棲動(dòng)物樣品的定量采集分別采用抓斗式采草器和1/16 m2彼得森采泥器，每個(gè)樣點(diǎn)重復(fù)采樣3次，合并為1個(gè)樣品。現(xiàn)場將沉水植物分裝進(jìn)封口袋，并用60目篩網(wǎng)分篩底泥，將底棲動(dòng)物挑出并用10%福爾馬林固定，立即帶回實(shí)驗(yàn)室對(duì)植物樣品進(jìn)行稱重，并對(duì)動(dòng)物標(biāo)本進(jìn)行鑒定、計(jì)數(shù)和稱重，換算成單位面積含量。

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)及測(cè)定方法

1.3.1 常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)

總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH4+-N）、化學(xué)需氧量（CODcr）和葉綠素a（Chl.a）參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第4版)》進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 農(nóng)藥的測(cè)定

前期對(duì)示范區(qū)水體中11種有機(jī)磷類農(nóng)藥（辛硫磷、敵敵畏、滅線磷、甲拌磷、樂果、馬拉硫磷、毒死蜱、甲基異柳磷、喹硫磷、殺撲磷和稻瘟靈）、4種擬除蟲菊酯類農(nóng)藥（甲氰菊酯、三氟氯氰菊酯、氯氰菊酯和氰戊菊酯）和5種有機(jī)氯農(nóng)藥（百菌清、乙草胺、腐霉利、丁草胺和三氯殺螨醇）共20種農(nóng)藥進(jìn)行調(diào)查。共檢測(cè)到7種農(nóng)藥并對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，包括馬拉硫磷、樂果、毒死蜱、氰戊菊酯、腐霉利、甲拌磷和乙草胺。

取1 L水樣，用GF/F膜過濾后過C18的固相萃取柱進(jìn)行萃取，然后用10 mL二氯甲烷進(jìn)行洗脫，收集洗脫液，用氮?dú)獯抵两桑? mL乙腈定容，然后過0.22 μm有機(jī)相尼龍濾膜，并轉(zhuǎn)移至2 mL棕色小瓶中，在-20 ℃保存。用安捷倫6890A氣相色譜儀對(duì)特征農(nóng)藥進(jìn)行測(cè)定，檢測(cè)器為μECD，儀器條件為：（1）進(jìn)樣口溫度：250 ℃；（2）升溫程序：初始溫度60 ℃，保持2 min，以20 ℃·min-1升至120 ℃，保持5 min，以5 ℃·min-1升至240 ℃，保持10 min；（3）檢測(cè)器溫度：310 ℃；（4）載氣為N2，進(jìn)樣量1 μL。

7種農(nóng)藥在水體中的回收率在(61%±7%)～(124%±12%)之間，回收率的加標(biāo)質(zhì)量濃度為500 ng·L-1，以3倍信噪比為該方法的檢出限（Limit of detection，LOD），10倍信噪比為定量限（Limit of quantitation，LOQ），具體結(jié)果見表1。

表1 7種農(nóng)藥的方法檢測(cè)限和回收率Table 1 Limits of detection and recoveries of the seven pesticides

1.4 地表水中農(nóng)藥的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是定量表征有毒污染物生態(tài)危害的評(píng)價(jià)體系，其中風(fēng)險(xiǎn)商（RQ）法是最常用的表征生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的方法（趙建亮等，2011）。本研究使用風(fēng)險(xiǎn)商（RQ）法對(duì)示范區(qū)水體中農(nóng)藥的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，風(fēng)險(xiǎn)商（RQ）的計(jì)算方法如下：

式中，MEC為污染物的實(shí)測(cè)環(huán)境濃度，PNEC為預(yù)測(cè)無效應(yīng)濃度，PNEC值的計(jì)算方法和參考值同文獻(xiàn)（徐雄等，2016；趙建亮等，2011）。一般認(rèn)為，當(dāng)RQ＞1時(shí)，為高風(fēng)險(xiǎn)；0.1≤RQ≤1時(shí)，為中等風(fēng)險(xiǎn)；0.001≤RQ＜0.1時(shí)，為低風(fēng)險(xiǎn)（郭強(qiáng)等，2014）。

1.5 水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)

底棲動(dòng)物生物學(xué)評(píng)價(jià)指數(shù)包括Shannon多樣性指數(shù)（H）、Margalef豐富度指數(shù)（D）和Hilsenhoff生物指數(shù)（BI）。Shannon多樣性指數(shù)和Margalef豐富度指數(shù)是從生物多樣性的角度評(píng)價(jià)水質(zhì)，BI指數(shù)是基于大型底棲動(dòng)物的耐污值對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)的，結(jié)合3種指數(shù)可以較準(zhǔn)確地評(píng)估示范區(qū)水質(zhì)污染狀況，具體計(jì)算公式如下：

式中，S為樣品中的物種數(shù)；N為群落中所有物種的個(gè)體總數(shù)；ni為第i個(gè)種的個(gè)體數(shù)；ti為第i個(gè)種的耐污值（仇偉光，2014）。相應(yīng)的水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2（孫偉勝等，2015；蔡永久等，2014）。H和D值越高，污染程度越低；BI值越低，污染程度越低。

1.6 統(tǒng)計(jì)和分析

采用Origin 8.5作圖，SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 沉水植物構(gòu)建對(duì)底棲動(dòng)物的影響

2.1.1 物種數(shù)和生物量變化

示范區(qū)構(gòu)建初期（2015年9月—2016年2月），沉水植物恢復(fù)取得了明顯效果，其覆蓋率由種植時(shí)的15%增至60%，生物量由0.26 kg·m-2增至1.18 kg·m-2（圖1）。示范區(qū)構(gòu)建前底棲動(dòng)物的物種包括霍甫水絲蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）、水絲蚓屬（Limnodrilus.sp）、銅銹環(huán)棱螺（Bellamya aeruginosa）和耳蘿卜螺（Radix auricularia）共4種，其中以耐污類群為主；至2016年2月，物種數(shù)增至10種，新增的物種包括中華田園螺（Cipangopaludina chinensis Gray）、凸旋螺（Gyraulus convexiusculus）、巴蛭屬（Barbronia. sp）、舌蛭屬（Glossiphonia. sp）、尖膀胱螺（Physa acuta）和流溪搖蚊（Chironomus riparius），其中以中等耐污種群為主。底棲動(dòng)物生物量由10.29 g·m-2增至41.09 g·m-2，修復(fù)前以環(huán)節(jié)動(dòng)物為主（生物量所占比例為70%），而修復(fù)后以軟體動(dòng)物為主（生物量所占比例為81%）。底棲動(dòng)物生物量和物種數(shù)較修復(fù)前均有顯著增加（t=4.314，P=0.008；t=3.780，P=0.013）。徐霖林等（2011）在淀山湖進(jìn)行的10個(gè)月圍隔試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，圍隔內(nèi)沉水植物重建區(qū)域底棲動(dòng)物的物種數(shù)和生物量均高于圍隔外，并且圍隔內(nèi)軟體動(dòng)物物種數(shù)比圍隔外多出11種。

圖1 底棲動(dòng)物生物量與沉水植物生物量變化Fig. 1 The variations of biomass macrobenthos and submerged macrophytes

本研究發(fā)現(xiàn)，伴隨沉水植物生物量的增長，底棲動(dòng)物的物種數(shù)和生物量也呈增長趨勢(shì)（圖1）。并且底棲動(dòng)物生物量（y）和沉水植物生物量（x）呈顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.920，P=0.009），相關(guān)回歸方程為y=29.098x+2.161，徐霖林等（2011）的研究也指出二者存在顯著正相關(guān)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，軟體動(dòng)物與沉水植物生物量也存在顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.914，P=0.01）。有研究表明，沉水植物與軟體動(dòng)物之間存在類似共生的種群關(guān)系（劉保元等，1997），沉水植物的存在可以為軟體動(dòng)物尤其是螺類提供棲息、繁育場所（李德亮等，2011）。本研究結(jié)果表明沉水植物構(gòu)建后，底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)有了明顯變化。

2.1.2 底棲動(dòng)物生物學(xué)評(píng)價(jià)

如圖2所示，沉水植物構(gòu)建前，底棲動(dòng)物的H值和D值分別為0.49和0.36。調(diào)查期間，底棲動(dòng)物多樣性變化與沉水植物生物量變化呈顯著正相關(guān)（H、D的相關(guān)系數(shù)r分別為0.945、0.889，P＜0.05）。至2016年2月，各指數(shù)值分別為1.05和1.10。表明示范區(qū)生物多樣性有所提高，且兩個(gè)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果均判斷水質(zhì)由重度污染轉(zhuǎn)為中度污染。BI指數(shù)則由沉水植物構(gòu)建前的9.22降低至8.30，同樣表明水質(zhì)由重度污染轉(zhuǎn)為中度污染。

表2 底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)和生物指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation criteria of biological index and diversity index of macrobenthos

圖2 底棲動(dòng)物的多樣性指數(shù)和BI指數(shù)Fig. 2 Biodiversity and Hilsenhoff biotic indexes of macrobenthos

多樣性指數(shù)（H和D）僅從多樣性的角度判斷水質(zhì)，對(duì)耐污種與敏感種之間的演替反應(yīng)不靈敏，可能會(huì)限制評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度（孫偉勝等，2015）；BI是基于底棲動(dòng)物耐污值的水質(zhì)生物評(píng)價(jià)指數(shù)，能較準(zhǔn)確地判斷水質(zhì)受污染程度（耿世偉等，2012），但底棲動(dòng)物耐污能力可能存在地域差異。本文中，3種指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果具有較好的一致性，均顯示水體由修復(fù)前的重度污染改善為中度污染，說明沉水植物構(gòu)建后，水質(zhì)的修復(fù)取得了較好的效果。

2.2 沉水植物構(gòu)建對(duì)水質(zhì)的影響

沉水植物構(gòu)建前，示范區(qū)各水質(zhì)指標(biāo)平均質(zhì)量濃度如下：TN為8.83 mg·L-1，NH4+-N為2.57 mg·L-1，TP為0.68 mg·L-1，CODcr為68.81 mg·L-1，Chl.a為143.34 μg·L-1。根據(jù)GB3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，TN、NH4+-N、TP和CODcr指標(biāo)均為劣Ⅴ類，分別為Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值的4.42、1.29、1.70和1.72倍。沉水植物構(gòu)建后，水質(zhì)明顯改善，TN、NH4+-N、TP、CODcr和Chl.a平均質(zhì)量濃度分別為2.96、0.27、0.05、21.15 mg·L-1和1.18 μg·L-1，分別下降了66.48%、89.49%、92.65%、69.26%和99.18%，去除效果顯著（t分別為-5.263、-13.229、-5.008、-12.331、-14.728，P＜0.01）。這可能是水生植物對(duì)水體營養(yǎng)鹽、有機(jī)物的吸收、吸附及其附著微生物群落對(duì)污染物的降解轉(zhuǎn)化等綜合作用的結(jié)果（李麗等，2011）。相關(guān)性分析結(jié)果表明，沉水植物構(gòu)建后，NH4+-N、TP、CODcr和Chl.a的質(zhì)量濃度變化（圖3）與沉水植物生物量變化（圖1）呈顯著負(fù)相關(guān)（r分別為-0.881、-0.875、-0.958、-0.983，P＜0.01），表明沉水植物的存在可以有效降低水體中NH4+-N、TP和CODcr的質(zhì)量濃度，并且對(duì)浮游藻類的生長具有明顯抑制作用。

整體來看，生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建初期（2015年9月—2016年2月），示范區(qū)水質(zhì)改善效果顯著，除TN指標(biāo)外，NH4+-N、TP和CODcr均由構(gòu)建前的劣Ⅴ類提高到Ⅲ～Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)。示范區(qū)經(jīng)過半年的修復(fù)，水體清澈透明，沉水植物密布于水底，形成了“水下草坪”的美景。

2.3 水體中7種農(nóng)藥質(zhì)量濃度及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化

如表3所示，示范區(qū)構(gòu)建前，水體中馬拉硫磷、樂果、毒死蜱、氰戊菊酯、腐霉利、甲拌磷、乙草胺的平均質(zhì)量濃度分別為2.16、2.52、2.00、0.26、0.33、9.71、5.16 μg·L-1；示范區(qū)構(gòu)建后，氰戊菊酯和腐霉利的質(zhì)量濃度均低于檢出限（31 ng·L-1；44 ng·L-1），其他5種農(nóng)藥的平均質(zhì)量濃度依次為1.07、1.19、0.19、1.95、0.30 μg·L-1，均呈顯著下降趨勢(shì)（t分別為-28.495、-5.884、-18.512、-34.918、-68.069，P＜0.05）。本研究中，樂果和馬拉硫磷的平均去除率只有50%左右，其他5種農(nóng)藥的平均去除率均高于75%，可能是由于樂果和馬拉硫磷辛醇-水分配系數(shù)（Kow）較低、光解半衰期較長所導(dǎo)致。Matamoros et al.（2012）研究了生態(tài)塘對(duì)新興有機(jī)污染物的去除效果，指出由于生態(tài)塘水體受陽光直射的影響，易光解的化合物在水塘中的去除率相對(duì)較高，因此農(nóng)藥自身的理化性質(zhì)也會(huì)影響其去除效果。

圖3 沉水植物構(gòu)建前后水質(zhì)變化Fig. 3 Water quality variation during research period

表3 示范區(qū)水體中7種農(nóng)藥質(zhì)量濃度及風(fēng)險(xiǎn)商Table 3 Concentration of these seven pesticides and RQ in demonstration area during research period

植物對(duì)水體中農(nóng)藥的去除是綜合作用的結(jié)果。Hinman et al.（1992）發(fā)現(xiàn)黑藻可以快速吸收水體中的阿特拉津等農(nóng)藥，表明植物體可以直接吸收水體中農(nóng)藥。王慶海等（2010）的研究指出，植物的存在提高了毒死蜱在水體中的降解速率常數(shù)，縮短了毒死蜱的半衰期，這是植物和微生物共同的作用。Rose et al.（2008）指出，在池塘水體系統(tǒng)中，水生植物的存在可以促進(jìn)農(nóng)藥的沉降，并減少其水解。綜上所述，植物可通過直接吸收和間接作用，包括促進(jìn)微生物的降解、促進(jìn)沉降和減少水解等過程，提高對(duì)農(nóng)藥的去除速率，減輕水體中農(nóng)藥污染的程度。

沉水植物構(gòu)建前，7種農(nóng)藥的RQ值依次為5.68、1.40、6.90、13.68、0.13、242.75、1.78，除腐霉利為中等風(fēng)險(xiǎn)外，其他6種農(nóng)藥均屬于高風(fēng)險(xiǎn)，污染狀況較嚴(yán)重。沉水植物構(gòu)建后，馬拉硫磷、樂果、毒死蜱、甲拌磷和乙草胺的RQ值分別為2.82、0.66、0.66、45.75、0.1，氰戊菊酯的RQ值小于1.63，腐霉利的RQ值小于0.02，均呈明顯下降趨勢(shì)。其中腐霉利降為低風(fēng)險(xiǎn)；樂果、毒死蜱和乙草胺的RQ值均低于1.0，降為中等風(fēng)險(xiǎn)；雖然甲拌磷的去除率高達(dá)79.92%，但其對(duì)水生生物的毒性較大，RQ值仍很高，因此屬于高風(fēng)險(xiǎn)；此外，馬拉硫磷仍為高風(fēng)險(xiǎn)。上述結(jié)果表明，沉水植物構(gòu)建初期，有效降低了農(nóng)藥在水環(huán)境中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，但一些對(duì)水生生物具有高毒性的農(nóng)藥品種，如馬拉硫磷和甲拌磷，仍需要更長時(shí)間的修復(fù)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

綜上所述，沉水植物的構(gòu)建可以有效降低7種農(nóng)藥在水體中的濃度，并減少其對(duì)水生生物和水生態(tài)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。周慜等（2013）在對(duì)珠江河口地區(qū)9種有機(jī)磷農(nóng)藥的調(diào)查中共檢出7種，其中包括本研究中的4種農(nóng)藥（馬拉硫磷、樂果、毒死蜱和甲拌磷），其平均濃度高達(dá)7.25 μg·L-1，污染非常嚴(yán)重。因此，降低農(nóng)藥質(zhì)量濃度，控制其在匯入河流中的質(zhì)量濃度顯得十分必要。本研究所構(gòu)建的沉水植物水塘，對(duì)農(nóng)藥濃度及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均有較好的控制作用，可在廣東農(nóng)村地區(qū)推廣，以有效控制農(nóng)藥質(zhì)量濃度，減輕對(duì)河流、湖泊的污染。另外，對(duì)水生生物具有高毒性的農(nóng)藥，如馬拉硫磷和甲拌磷，雖有較好的去除效果，但其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)仍很高，建議在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中控制其用量或使用低毒性農(nóng)藥代替。

3 結(jié)論

（1）沉水植物構(gòu)建后，水體中毒死蜱、氰戊菊酯、腐霉利、甲拌磷和乙草胺5種農(nóng)藥的平均去除率均大于75%，馬拉硫磷和樂果的平均去除率約為50%，較修復(fù)前均有顯著下降（P＜0.05）。7種農(nóng)藥的RQ值均呈明顯下降趨勢(shì)，其中腐霉利由中等風(fēng)險(xiǎn)降為低風(fēng)險(xiǎn)，樂果、毒死蜱和乙草胺由高風(fēng)險(xiǎn)降為中等風(fēng)險(xiǎn)，其對(duì)水生生物和水生態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)大幅降低。沉水植物的構(gòu)建可用于控制農(nóng)業(yè)型村落污染水體中的農(nóng)藥質(zhì)量濃度，并降低其對(duì)水環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)。一些對(duì)水生生物具有高毒性的農(nóng)藥，應(yīng)控制其用量或使用低毒性農(nóng)藥代替。

（2）示范區(qū)底棲動(dòng)物物種數(shù)和生物量較修復(fù)前均呈顯著增加趨勢(shì)（P＜0.05），底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，多樣性指數(shù)得到提高，生態(tài)修復(fù)已初見成效。

（3）沉水植物構(gòu)建后，水體中各項(xiàng)常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)均呈顯著下降趨勢(shì)，水質(zhì)基本由修復(fù)前的劣Ⅴ類改善為Ⅲ～Ⅳ類。底棲動(dòng)物生物學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，示范區(qū)水體已由修復(fù)前的重污染改善為中污染。

致謝：感謝同課題組成員滿瀅、萬翔、王佳希、郭菁菁、樊靜靜、楊瑜芬等同學(xué)在采樣與水質(zhì)分析測(cè)試中的幫助！

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Ecological Restoration of Pesticides Pollution in Rural Waste Water

JIN Congcong1, YANG Yang1,2*, LIU Shuailei1, DAI Yunv1, ZHANG Xiaomeng1, TANG Xiaoyan1, FENG Xu1
1. Research Center of Hydrobiology, Jinan University, Guangzhou 510632, China; 2. Engineering Research Center of Tropical and Subtropical Aquatic Ecological Engineering, Ministry of Education, Guangzhou 510632, China

With the aim of ecological restoration for surface water that suffered from pesticides and domestic waste water pollution in a agricultural village, this study established a Vallisneria natans and Hydrilla verticillata demonstration area in August 2015, and evaluated the effect of submerged vegetation restoration on the control of seven pesticides (four organophosphates pesticides, two organochlorine pesticides and one pyrethroid pesticides)，the recovery of macrozoobenthos and the reduction of conventional water quality indicators. Risk quotient (RQ) method was applied to evaluate ecological risk. The results indicated that the average removal efficiencies of chlorpyrifos, fenvalerate, procymidone, phorate and acetochlor in water were over 75%, the removal efficiencies of malathion and dimethoate were around 50%. The ecological risk of procymidone varied from medium risk to low risk, chlorpyrifos, acetochlor and dimethoate varied from high risk to medium risk, and the risk quotient value of the other three pesticides were significantly decreased (P＜0.05). Considered the concentration control and ecological risk of the pesticides, phorate and malathion were screened as the key factors. The species, biomass and diversity of macrozoobenthos increased significantly, and they were positively correlated with the biomass of submerged macrophytes (P＜0.05). All conventional water quality indicators were decreased significantly, and the water quality was improved from worse than grades Ⅴ to grades Ⅲ or Ⅳ according to state water quality standards for surface water. Over all, the construction of vegetation could effectively control the concentration of mixed pesticides in water, reduce the ecological risk, and recover the macrozoobenthos diversity. Hence it could be recognized as an effective and available method to repair the pesticide-polluted water body in Guangdong rural areas.

pesticide; ecological risk; macrozoobenthos; evaluation of water quality

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.01.021

X703; X592

A

1674-5906（2017）01-0142-07

靳聰聰, 楊揚(yáng), 劉帥磊, 戴玉女, 張曉萌, 唐小燕, 馮旭. 2017. 農(nóng)村廢水農(nóng)藥污染的生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(1): 142-148.

JIN Congcong, YANG Yang, LIU Shuailei, DAI Yunv, ZHANG Xiaomeng, TANG Xiaoyan, FENG Xu. 2017. Ecological restoration of pesticides pollution in rural waste water [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(1): 142-148.

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目應(yīng)用型科技研發(fā)專項(xiàng)項(xiàng)目（2015B020235008）

靳聰聰（1990年生），男，碩士研究生，研究方向?yàn)樗w生態(tài)修復(fù)。E-mail: 287038251@qq.com *通信作者。E-mail: yangyang@scies.org

2016-12-27