植保無人飛機(jī)施用農(nóng)藥風(fēng)險分析

安小康，李富根，閆曉靜，徐 軍，董豐收*，鄭永權(quán)

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)藥檢定所，北京 100125）

農(nóng)藥在控制作物有害生物危害和保障糧食安全方面做出了重要的貢獻(xiàn)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的投入品。然而，農(nóng)藥施用往往會存在一定的應(yīng)用風(fēng)險，包括施藥過程中施藥人員的職業(yè)健康風(fēng)險，施藥后在作物可食部分上沉積形成的農(nóng)藥殘留風(fēng)險，以及施藥飄移、沉積或徑流等產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險。植保無人飛機(jī)施藥是一種新型施藥技術(shù)，具有作業(yè)速度快、節(jié)水省藥等特點(diǎn)，在我國發(fā)展迅速。2021年我國植保無人飛機(jī)的擁有量和作業(yè)面積已經(jīng)遠(yuǎn)超日本和韓國。研究表明，植保無人飛機(jī)施藥時藥液飄移距離較遠(yuǎn)[1-2]，施藥操作人員和非靶標(biāo)生物可能會因霧滴飄移而產(chǎn)生農(nóng)藥暴露風(fēng)險[3-4]。另外，植保無人飛機(jī)施藥后在作物上的霧滴沉積量可能會高于常規(guī)施藥器械[5]，農(nóng)藥霧滴在作物可食部位沉積量的累積可能會增加膳食暴露風(fēng)險[6-7]（圖1）。因此，本文從植保無人飛機(jī)施藥造成的職業(yè)健康風(fēng)險、農(nóng)藥殘留風(fēng)險和環(huán)境風(fēng)險3個方面進(jìn)行綜述，梳理植保無人飛機(jī)施藥后可能帶來的應(yīng)用風(fēng)險特征，提出相應(yīng)控制建議和措施，對保障我國植保無人飛機(jī)施藥產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有非常重要意義。

圖1 植保無人飛機(jī)施藥的潛在應(yīng)用風(fēng)險

1 植保無人飛機(jī)施藥應(yīng)用風(fēng)險研究進(jìn)展

1.1 職業(yè)健康風(fēng)險

植保無人飛機(jī)施藥過程包括配藥、施藥和無人飛機(jī)的收回清洗3個階段，均涉及到人體農(nóng)藥暴露風(fēng)險。在配藥階段，由于植保無人飛機(jī)施藥用水量少，藥劑濃度高，配藥人員會暴露于高濃度農(nóng)藥中，通常具有較高的風(fēng)險。研究表明，在配制植保無人飛機(jī)施用的除草劑唑酰草胺時，配藥人員的暴露量主要集中于手部，其健康風(fēng)險系數(shù)大于1，表明人員配藥時的風(fēng)險不可接受，因此配藥人員需要在配藥時做好嚴(yán)密防護(hù)措施，方可有效降低風(fēng)險[8]。在施藥階段，植保無人飛機(jī)操控人員通常位于田間地頭，與植保無人飛機(jī)保持較遠(yuǎn)的距離，其人員暴露風(fēng)險相較于常規(guī)背負(fù)式噴霧施藥方式會大大降低。研究發(fā)現(xiàn)，使用電動背負(fù)式噴霧器在水稻田噴施氯蟲苯甲酰胺和苯醚甲環(huán)唑時，施藥人員的暴露主要集中在手臂和腿部，施藥人員身體的農(nóng)藥暴露量顯著高于使用多旋翼植保無人飛機(jī)[3]。另有研究對比了人工背負(fù)式噴霧器和植保無人飛機(jī)在豇豆田施藥后施藥人員的暴露量，發(fā)現(xiàn)人工背負(fù)式噴霧器施藥人員的平均總暴露量達(dá)到1 952.02 mg/kg，而植保無人飛機(jī)操控人員身體的平均暴露量僅為134.51 mg/kg，植保無人飛機(jī)施藥的人體農(nóng)藥暴露量顯著低于人工背負(fù)式噴霧施藥方式，約為后者暴露量的6.9%[9]。研究發(fā)現(xiàn)在施藥結(jié)束后的設(shè)備收回清洗階段，農(nóng)藥在植保無人飛機(jī)機(jī)體上有大量的農(nóng)藥殘留，其平均殘留量為13.84 μg/cm2，主要集中在藥箱背面、機(jī)翼和電池上。該殘留量顯著大于農(nóng)藥在風(fēng)送式噴霧機(jī)機(jī)體上的殘留量（0.58 μg/cm2），可能與植保無人飛機(jī)為低容量高濃度噴霧，且旋翼氣流會擾動大量霧滴沉積在機(jī)體上有關(guān)[10]。目前，關(guān)于植保無人飛機(jī)施藥職業(yè)健康風(fēng)險的研究仍較少，且研究中僅評估了1個或2個階段的暴露量，缺少綜合評估3個階段暴露產(chǎn)生的總暴露風(fēng)險。因此，建議加強(qiáng)植保無人飛機(jī)施藥全過程暴露的綜合系統(tǒng)評估研究，明確各階段健康風(fēng)險來源及貢獻(xiàn)度，提出相應(yīng)有效控制措施，確保施藥人員職業(yè)健康。

1.2 農(nóng)藥殘留風(fēng)險

農(nóng)藥施用后在作物可食部位的沉積往往導(dǎo)致農(nóng)藥殘留風(fēng)險。研究表明，植保無人飛機(jī)在適宜施藥參數(shù)或添加飛防助劑條件下施藥，可有效提高霧滴在植株上的農(nóng)藥沉積，沉積量高于常規(guī)背負(fù)式噴霧器方式[5,7,11]，沉積量與農(nóng)藥殘留量緊密相關(guān)。目前關(guān)于植保無人飛機(jī)施藥與常規(guī)施藥方式造成的農(nóng)藥殘留風(fēng)險對比的研究相對較少，主要涉及的作物有小麥、水稻和茶葉。

在小麥上，Xiao等[6]對比了植保無人飛機(jī)和電動背負(fù)式噴霧器在噴施48%氰烯菌酯·戊唑醇懸浮劑時，農(nóng)藥在小麥植株上的原始沉積量以及降解半衰期。結(jié)果顯示，植保無人飛機(jī)施藥后氰烯菌酯和戊唑醇的平均原始沉積量分別為4.47 mg/kg和2.46 mg/kg；電動背負(fù)式施藥的平均原始沉積量分別為2.55 mg/kg和1.52 mg/kg。同時發(fā)現(xiàn)，植保無人飛機(jī)施藥后，農(nóng)藥在小麥植株中降解速度較慢，在無人飛機(jī)施藥條件下，氰烯菌酯和戊唑醇在小麥植株中的消解半衰期分別為5.8 d和7.1 d，而在電動背負(fù)式噴霧器施藥條件下，其消解半衰期分別為2.4 d和3.3 d[6]，這可能與無人飛機(jī)的原始沉積量大有關(guān)。蒙艷華等[12]對比研究了植保無人飛機(jī)與電動背負(fù)式噴霧施藥方式下小麥上戊唑醇的殘留差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)植保無人飛機(jī)施藥后，戊唑醇在麥穗和麥葉上的原始沉積量分別可達(dá)8.9 mg/kg和170.2 mg/kg，而背負(fù)式噴霧條件下，其沉積量分別為6.9 mg/kg和55.6 mg/kg。即在相同施藥劑量下，植保無人飛機(jī)噴施戊唑醇在小麥植株上的沉積量大于電動背負(fù)式噴霧器，且在施藥14 d后，其在麥穗和麥葉上的殘留量也高于背負(fù)式噴霧器（植保無人飛機(jī)施藥條件下麥穗和麥葉殘留量分別為0.8 mg/kg和5.7 mg/kg；背負(fù)式噴霧器施藥條件下，麥穗和麥葉殘留量分別為0.4 mg/kg和4.7 mg/kg），并且植保無人飛機(jī)在減施20%的條件下，在麥穗和麥葉上的原始沉積量依然是背負(fù)式噴霧器正常施藥劑量的1.2倍和3.0倍[12]。此外，植保無人飛機(jī)施藥用水量少，施藥濃度高，為提高霧滴的分散性能以及在作物上的沉積分布，在應(yīng)用時往往添加無人飛機(jī)專用助劑，助劑的添加可提高農(nóng)藥在作物上的沉積量。減施并添加無人飛機(jī)專用助劑時，可實(shí)現(xiàn)省藥的目的，且保證藥效。例如，Meng等[13]研究表明，植保無人飛機(jī)噴施吡蟲啉時，添加無人飛機(jī)專用助劑獵鷹并減施20%時，在小麥葉片和麥穗上的原始沉積量是背負(fù)式噴霧器正常施藥劑量的1.4倍和1.2倍，且防效與背負(fù)式噴霧器相當(dāng)。因此，植保無人飛機(jī)施藥可達(dá)到省藥的目的，但同時在作物上的原始沉積量也可能高于傳統(tǒng)施藥器械。

在水稻上，劉春來等[14]研究發(fā)現(xiàn)，植保無人飛機(jī)在水稻上噴施吡蚜酮后，吡蚜酮在稻谷和植株上的原始沉積量分別為0.18 mg/kg和0.86 mg/kg，施藥14 d后，吡蚜酮?dú)埩袅糠謩e為0.04 mg/kg和0.13 mg/kg；而背負(fù)式噴霧施藥條件下，吡蚜酮在稻谷和植株上的原始沉積量分別為0.13 mg/kg和0.59 mg/kg，14 d后其殘留量分別為0.01 mg/kg和0.04 mg/kg。可見，植保無人飛機(jī)施藥可導(dǎo)致吡蚜酮在稻谷和植株上的沉積量明顯高于背負(fù)式噴霧方式，但最終收獲期，吡蚜酮在稻谷中殘留量均符合我國農(nóng)藥殘留限量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[14]。

在茶葉上，楚博等[15]發(fā)現(xiàn)植保無人飛機(jī)噴施聯(lián)苯菊酯、蟲螨腈、氟氯氰菊酯、溴氰菊酯、吡蟲啉和茚蟲威7 d后，6種農(nóng)藥在干茶葉中的殘留量為0.20～9.20 mg/kg，而背負(fù)式噴霧條件下，其殘留量為0.09～7.65 mg/kg。植保無人飛機(jī)施藥條件下茶葉中的殘留高于背負(fù)式噴霧器1.20～2.44倍。

綜上，植保無人飛機(jī)施藥可能會增加農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留風(fēng)險，但是關(guān)于植保無人飛機(jī)施藥與其他施藥條件下農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留差異的研究仍十分有限，表現(xiàn)在研究的作物少，可進(jìn)行評估的有效數(shù)據(jù)不足。因此，建議未來開展更多類型作物在不同施藥方式下農(nóng)藥殘留差異研究，進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析及殘留差異微觀機(jī)制研究，為植保無人飛機(jī)施藥后的農(nóng)藥殘留風(fēng)險管理提供重要的數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)建議。

1.3 環(huán)境風(fēng)險

植保無人飛機(jī)作業(yè)高度較高，作業(yè)速度快，且伴有旋翼氣流，形成的霧滴飄移距離遠(yuǎn)于常規(guī)地面施藥器械[2]。此外，植保無人飛機(jī)施藥時用水量較少，農(nóng)藥濃度高，因此，其飄移造成的鄰近敏感作物風(fēng)險和非靶標(biāo)生物風(fēng)險可能大于常規(guī)的地面施藥器械。2016年有報道發(fā)現(xiàn)植保無人飛機(jī)噴施百草枯造成相鄰田塊的向日葵和加工番茄出現(xiàn)大面積藥害的問題[16]，類似事故經(jīng)常發(fā)生[17-18]。在非靶標(biāo)生物風(fēng)險方面，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所智慧植保創(chuàng)新團(tuán)隊研究了植保無人飛機(jī)和人工背負(fù)式噴霧器噴施新煙堿類殺蟲劑時對蜜蜂的風(fēng)險差異[4]，發(fā)現(xiàn)植保無人飛機(jī)施藥后1 d內(nèi)，在施藥區(qū)下風(fēng)向5 m處蜜蜂死亡4 721頭，而人工背負(fù)式噴霧器施藥區(qū)下風(fēng)向5 m處，蜜蜂1 d內(nèi)死亡75頭，顯著低于植保無人飛機(jī)施藥區(qū)域。在植保無人飛機(jī)下風(fēng)向29 m處，在第2 d和3 d時，蜜蜂死亡數(shù)是背負(fù)式噴霧器的3.1倍和14.4倍。因此，植保無人飛機(jī)施藥時，因其遠(yuǎn)距離飄移對非靶標(biāo)生物會產(chǎn)生較高風(fēng)險[4]。目前，關(guān)于植保無人飛機(jī)施藥對非靶標(biāo)生物風(fēng)險研究報道很少，尤其對其他非靶標(biāo)生物如鳥類、家蠶、瓢蟲、蚯蚓以及水生生物的風(fēng)險還未探究，因此，建議今后加強(qiáng)植保無人飛機(jī)施藥對非靶標(biāo)生物風(fēng)險的評估，為植保無人飛機(jī)施藥的環(huán)境風(fēng)險評估提供重要數(shù)據(jù)支持。

2 建議與展望

農(nóng)藥施用后的風(fēng)險與人類健康和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)，是農(nóng)藥風(fēng)險監(jiān)測評估的重點(diǎn)。植保無人飛機(jī)因其施藥方式、藥劑劑型、施藥濃度等與常規(guī)施藥方式不同，從而可能導(dǎo)致的職業(yè)健康風(fēng)險、農(nóng)藥殘留風(fēng)險和環(huán)境風(fēng)險存在差異，但目前植保無人飛機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀與其施用風(fēng)險的研究仍不匹配，存在“先上車、后買票”的風(fēng)險管理滯后現(xiàn)象。因此，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)植保無人飛機(jī)應(yīng)用風(fēng)險研究。在職業(yè)健康風(fēng)險研究方面，應(yīng)開展系統(tǒng)綜合評估施藥人員全程暴露途徑的風(fēng)險研究，明確3個暴露階段的風(fēng)險貢獻(xiàn)率和風(fēng)險控制關(guān)鍵。在農(nóng)藥殘留風(fēng)險方面，開展植保無人飛機(jī)施藥在不同作物的沉積殘留差異研究，揭示不同施藥方式下農(nóng)藥在不同形態(tài)作物上沉積規(guī)律和殘留差異，制定植保無人飛機(jī)施藥的農(nóng)作物農(nóng)藥殘留試驗(yàn)評價技術(shù)規(guī)范，開展規(guī)范風(fēng)險評價試驗(yàn)，對新型高效施藥條件下的農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險有效管理。在環(huán)境風(fēng)險方面，加強(qiáng)植保無人飛機(jī)施藥飄移環(huán)境風(fēng)險影響研究，包括對非靶標(biāo)動物如蜜蜂、家蠶、鳥類和水體生物以及非靶標(biāo)植物如鄰近種植作物安全等的研究。規(guī)定植保無人飛機(jī)施藥的鄰近作物種植類型，明確安全隔離距離，建立有效無人飛機(jī)施藥環(huán)境風(fēng)險管理技術(shù)要求。