一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法:專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,

《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》是環境保護部南京環境科學研究所於2015年2月10日申請的專利，該專利的公布號為CN104584892A，申請號為2015100724544，授權公布日為2015年5月6日，發明人是吳文鑄、孔德洋、單正軍、何健、周軍英。

《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》公開了一種套用於農藥生態風險評價的實驗裝置及實驗方法，所述的實驗裝置特徵在於包括稻田農藥噴施實驗區、稻田養殖模擬區、水生生物實驗塘、對照塘、水生生物養殖籠與底泥收集裝置。該實驗裝置通過排水口稻田實驗區和水生生物實驗塘相通，稻田農藥噴施後在一定時間範圍內通過排水使稻田水排入實驗區，通過觀測分析稻田排水對水生生物的影響，以及監控實驗塘塘水和底泥中農藥含量，從而分析評價農藥施用對水生態系統的危害風險。

2018年12月20日，《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》摘要附圖）

基本介紹

中文名：一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法
公布號：CN104584892A
授權日：2015年5月6日
申請號：2015100724544
申請日：2015年2月10日
申請人：環境保護部南京環境科學研究所
地址：江蘇省南京市玄武區蔣王廟街8號
發明人：吳文鑄、孔德洋、單正軍、何健、周軍英
Int.Cl.：A01G7/00(2006.01)I、A01G9/02(2006.01)I、A01K63/00(2006.01)I
代理機構：南京蘇高專利商標事務所（普通合夥）
代理人：肖明芳
類別：發明專利

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

農藥生態環境安全評價是農藥管理中必不可少的環節，農藥在環境中的行為過程極其複雜，室內實驗不能全部如實反映農藥在自然環境中的遷移轉化行為及其生態效應。農藥對水生生物的影響可以表現在分子、器官、組織、個體以及種群、群落不同水平上，多數情況下，水生生物暴露在較低濃度（亞致死）農藥下，評價農藥對水生生物的影響僅根據毒性評價是不夠的。為了科學預測農藥使用可能帶來的風險，就必須開展野外實驗研究，為風險評價提供可靠的觀測和實驗數據。為了真實反應農藥在環境中歸趨及其對水生生物影響，進行更高層次的風險評價，因此，開展模擬條件下稻田-魚塘系統中農藥對水生態影響至關重要。

在中國南方地區水網豐富，稻田種植區與魚塘養殖區往往交差存在。根據調查顯示，南方水網區稻田種植區與魚塘的配套比例大約為10:1，也就是說10畝的水稻配套存在1畝的水塘。水稻在種植期間，需要噴施多種農藥。遇到暴雨或者需要排水情況時，稻田水往往被排入附近魚塘，這就對魚塘中養殖的水產品產生生態風險。

發明內容

專利目的

《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》提供一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法。

技術方案

《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》採用的技術方案如下：

《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》提供一種農藥水生態風險評價實驗裝置，包括箱體，箱體內設有第一稻田農藥噴施實驗區和第二稻田農藥噴施實驗區，第一稻田農藥噴施實驗區和第二稻田農藥噴施實驗區之間設有稻田養殖模擬區；第一稻田農藥噴施實驗區上方的箱體上設定水生生物實驗塘、第二稻田農藥噴施實驗區上方的箱體上設定對照塘，水生生物實驗塘內設有水生生物養殖網箱）與底泥收集裝置。

其中稻田養殖模擬區深度為0.8米～1.0米，不種植水稻，和稻田農藥噴施實驗區有通道相連。

所述的稻田農藥噴施實驗區與稻田養殖模擬區的兩端都有開口通道，稻田養殖模擬區一側的上部與第一稻田農藥噴施實驗區連通，稻田養殖模擬區的另一側的下部與第二稻田農藥噴施實驗區連通，稻田農藥噴施實驗區與稻田養殖模擬區之的水可以自由流動。

所述的第一稻田農藥噴施實驗區和水生生物實驗塘之間有可開關的閥門相連，當需要排水時可打開閥門，稻田水排入水生生物實驗塘。

水生生物實驗塘具有防滲漏設施，防止塘中水滲漏或者地下水滲漏，其側壁上設有一根深度尺，用以測量塘水深度。

水生生物實驗塘深度為1.8米～2.0米，面積為稻田農藥噴施實驗區的1/10。

第一稻田農藥噴施實驗區總面積和水生生物實驗塘面積比為10:1，第一稻田農藥噴施實驗區和第二稻田農藥噴施實驗區面積相同。

水生生物實驗塘和對照塘內分別設有水生生物養殖籠與底泥收集裝置，水生生物實驗塘和對照塘上各自設有固定架，用於固定水生生物養殖籠與底泥收集裝置。

實驗裝置開始運行時，農藥噴施按劑量和時間於稻田農藥噴施實驗區，一定時間範圍後開始排水，此時打開第一稻田農藥噴施實驗區和水生生物實驗塘之間的閥門，稻田中的田水即可流入水生生物實驗塘；根據標尺測量塘水上漲高度，計算出流入水生生物實驗塘的水量；排水完成後，定期觀測水生生物養殖網箱中所養生物的數量與生物學反應，並記錄，採集塘水和底泥收集裝置中的底泥，分析測定農藥含量；最後得到不同時期農藥的分布規律；同時，對稻田農藥噴施實驗區中的稻田土和田水進行採樣分析，監測稻田土和田水中的農藥分布規律。

《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》還提供了一種農藥水生態風險評價實驗方法，實驗裝置開始運行時，農藥噴施按劑量和時間於稻田農藥噴施實驗區，一定時間範圍後開始排水，此時打開第一稻田農藥噴施實驗區和水生生物實驗塘之間的閥門，稻田中的田水即可流入水生生物實驗塘；根據標尺測量塘水上漲高度，計算出流入水生生物實驗塘的水量；排水完成後，定期觀測水生生物養殖網箱中所養生物的數量與生物學反應，並記錄，採集塘水和底泥收集裝置中的底泥，分析測定農藥含量；最後得到不同時期農藥的分布規律；同時，對稻田農藥噴施實驗區中的稻田土和田水進行採樣分析，監測稻田土和田水中的農藥分布規律。

具體而言，實驗前1個月左右，在稻田內按正常的種植方式種植水稻，並正常施肥灌溉管理。實驗前2周，在水生生物實驗塘、對照塘開始生物預養。兩個水塘內各放置水生生物養殖網箱，按照品種不同將水生生物飼養在網箱內。在水稻噴藥前將多組裝有底泥收集盤放置於底泥收集裝置上，緩慢放置於魚塘底部。

當達到農藥噴施條件時，按照農藥的施藥劑量和施藥方式開始施藥，此時農藥開始吸附在水稻葉面上和落入水中，落入水中的農藥在水裡開始溶解和吸附在水稻土表面。在施藥結束後一定時間內開始放水，將稻田農藥噴施實驗區的田水放入水生生物實驗塘。隨著田水進入水生生物實驗塘的農藥，部分作用於水生生物，並產生相應的毒害作用，另外部分開始水解或者沉降吸附在底泥上。最終根據水生生物的死亡率、毒害效應，在水體中和底泥中的分布規律，得到該種農藥的風險值。最終確定該種農藥對不同水生生物的危害，為農藥的環境風險管理提供數據支持。

其中，所述的水生生物可以是蝦、魚、螃蟹等農藥敏感生物。

所述的水生生物養殖網箱有部分是露出水面，用於給水生生物呼吸，同時用可調節高度的繩子固定於固定架上，可隨時提出水面觀測水生生物活性和計數。

所述的稻田養殖模擬區可以養殖適宜稻田養殖的水產品，用以觀測農藥施藥對水產品的影響。

所述的底泥收集裝置位於水生生物實驗塘底部，可以拉出水面以便收集底泥。

該實驗裝置和方法採用模擬稻田田間環境實際情況，模擬農藥在水稻植株、稻田水、稻田土及魚塘水、底泥等環境介質中的分配、降解和歸趨以及對水生生物的影響，試圖得到接近實際田間使用條件情況下數據，對風險作出更為準確的評價，從而對農藥的生態風險作出進一步的判斷。

有益效果

《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》的一種農藥水生態風險評價實驗裝置及套用涉及所述裝置進行實驗的方法具有如下優勢：

1、《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》方法簡便易行，管理方便，相比於盆栽實驗具有更好的代表性。

2、《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》的水生生物養殖網箱可隨時提出水面觀測，直觀性強。

3、《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》的裝置具有規範化標準化的操作，可精確計算農藥施藥量，同時根據水生生物實驗塘的標尺直觀顯示稻田水排水量。最後根據水和底泥中農藥濃度精確計算農藥總量。

附圖說明

圖1為《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》方法的一種藥水生態風險評價實驗裝置示意圖。

圖2為圖1中水生生物實驗塘的結構示意圖。

圖3為某農藥在田水中的濃度變化曲線圖。

圖4為某農藥在稻田土壤中的濃度變化曲線。

圖5為某農藥在塘水中的殘留動態圖。

圖6為某農藥在底泥中濃度變化曲線圖。

技術領域

《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》涉及一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法，適用於研究農藥等化學物質進入水生態系統後的環境行為和生態毒理學效應。

權利要求

1.一種農藥水生態風險評價實驗裝置，其特徵在於，包括箱體（1），箱體內設有第一稻田農藥噴施實驗區和第二稻田農藥噴施實驗區，第一稻田農藥噴施實驗區和第二稻田農藥噴施實驗區之間設有稻田養殖模擬區（4）；第一稻田農藥噴施實驗區上方的箱體上設定水生生物實驗塘（2）、第二稻田農藥噴施實驗區上方的箱體上設定對照塘（3），水生生物實驗塘（2）內設有水生生物養殖網箱（11）與底泥收集裝置（10）；所述的第一稻田農藥噴施實驗區和水生生物實驗塘（2）之間有可開關的閥門（6）相連，當需要排水時可打開閥門（6），稻田水排入水生生物實驗塘（2）；水生生物實驗塘（2）具有防滲漏設施，防止塘中水滲漏或者地下水滲漏，其側壁上設有一根深度尺（9），用以測量塘水深度；水生生物實驗塘（2）和對照塘（3）內分別設有水生生物養殖籠與底泥收集裝置，水生生物實驗塘（2）和對照塘（3）上各自設有固定架（8），用於固定水生生物養殖籠與底泥收集裝置。

2.根據權利要求1所述的一種農藥水生態風險評價實驗裝置，其特徵在於，所述稻田養殖模擬區（4）深度為0.8米～1.0米。

3.根據權利要求1或2所述的一種農藥水生態風險評價實驗裝置，其特徵在於，所述的稻田農藥噴施實驗區（1）與稻田養殖模擬區（4）的兩端都有開口通道，稻田養殖模擬區（4）一側的上部與第一稻田農藥噴施實驗區連通，稻田養殖模擬區（4）的另一側的下部與第二稻田農藥噴施實驗區連通，稻田農藥噴施實驗區（1）與稻田養殖模擬區（4）之的水可以自由流動。

4.根據權利要求1所述的一種農藥水生態風險評價實驗裝置，其特徵在於，水生生物實驗塘（2）深度為1.8米～2.0米，面積為稻田農藥噴施實驗區（1）的1/10。

5.根據權利要求1所述的一種農藥水生態風險評價實驗裝置，其特徵在於，第一稻田農藥噴施實驗區總面積和水生生物實驗塘（2）面積比為10:1，第一稻田農藥噴施實驗區和第二稻田農藥噴施實驗區面積相同。

6.一種農藥水生態風險評價實驗方法，其特徵在於，實驗裝置開始運行時，農藥噴施按劑量和時間於稻田農藥噴施實驗區，一定時間範圍後開始排水，此時打開第一稻田農藥噴施實驗區和水生生物實驗塘（2）之間的閥門（6），稻田中的田水即可流入水生生物實驗塘（2）；根據標尺測量塘水上漲高度，計算出流入水生生物實驗塘（2）的水量；排水完成後，定期觀測水生生物養殖網箱（11）中所養生物的數量與生物學反應，並記錄，採集塘水和底泥收集裝置（10）中的底泥，分析測定農藥含量；最後得到不同時期農藥的分布規律；同時，對稻田農藥噴施實驗區（1）中的稻田土和田水進行採樣分析，監測稻田土和田水中的農藥分布規律。

實施方式

實施例1

由圖1和圖2所示，《一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法》的一種農藥水生態風險評價實驗裝置，包括箱體1，以及位於箱體內的兩個稻田農藥噴施實驗區1a、1b，稻田養殖模擬區4、水生生物實驗塘2、對照塘3、水生生物養殖網箱11與底泥收集裝置10；稻田養殖模擬區4的兩端都有開口通道，其中稻田養殖模擬區4左上方通過開口通道5a與稻田農藥噴施實驗區1a連通，稻田養殖模擬區4右下方通過開口通道5b與稻田農藥噴施實驗區1b連通。稻田農藥噴施實驗區1a、1b與稻田養殖模擬區4之間可互聯互通，水可以自由流動。稻田農藥噴施實驗區1a和水生生物實驗塘2之間有可關閉的閥門6相連，當需要排水時可打開閥門6，稻田水即可排入水生生物實驗塘2。稻田農藥噴施實驗區1a上方的箱體上設定水生生物實驗塘2、稻田農藥噴施實驗區1b上方的箱體上設定對照塘3，水生生物實驗塘2內設有水生生物養殖網箱11與底泥收集裝置10。水生生物養殖籠11與底泥收集裝置10被固定在固定架8，並可調節高度，用以觀測和採樣。稻田農藥噴施實驗區1b下方設有進水口7。水生生物實驗塘2和對照塘3具有防滲漏設施，防止塘中水滲漏或者地下水滲漏，其側壁上設有一根深度尺9，用以測量塘水深度。稻田養殖模擬區4深度為0.8米～1.0米。水生生物實驗塘2深度為1.8米～2.0米。稻田農藥噴施實驗區面積1a、1b和水生生物實驗塘2面積比為10:1。

當該裝置開始運行時，農藥噴施按劑量和時間於稻田農藥噴施實驗區1後，一定時間範圍後開始排水，此時打開開口通道閥門6，稻田中的田水即可流入水生生物實驗塘2。根據標尺測量塘水上漲高度，即可計算出流入水生生物實驗塘2的水量。排水完成後，定期觀測水生生物養殖網箱11中所養生物的數量與生物學反應，並記錄，採集塘水和底泥收集裝置10中的底泥12，分析測定農藥含量。最後得到不同時期農藥的分布規律。同時，對稻田農藥噴施實驗區1中的稻田土和田水進行採樣分析，監測稻田土和田水中的農藥分布規律。

根據最終的農藥分布規律和水生生物的死亡率和生物學反應，結合實驗室數據，判定該農藥對水生態的影響，為該農藥的生態風險評價提供數據。

實施例2

1、實驗方法

稻田內按正常的種植方式種植水稻，並正常管理。實驗前魚塘內設9個觀測採樣點，在每個點中用網箱分別養殖各種供試水生生物，待網箱內的水生生物生長正常後，於8月水稻生長盛期時在稻田內噴施某農藥，施藥量為30克 ai/畝，噴藥時田水深約5厘米，24小時後將田水全部排入魚塘，排水過程持續約12小時。從施藥後起採樣測定稻田土壤與田水中某農藥及其代謝產物的殘留動態；從稻田排水起測定某農藥及其代謝產物在魚塘水及底泥中的殘留動態。同時觀測對網箱內水生生物的影響。

2、實驗農藥

30％某農藥可濕性粉劑；用量30克 ai/畝

3、某農藥在環境中的歸趨

某農藥田間實驗用量為30克 ai/畝，均勻噴施。此後定期採集田水、稻田土、魚塘水和魚塘底泥，測定各環境介質中某農藥的含量。

4、某農藥殘留動態測定

（1）水體中殘留量測定

在實驗稻田中設定6個採樣點，施藥後不排水定時採樣，測定其殘留動態。塘水中殘留量測定從稻田排水開始，定期在6個觀察點分別在水錶30厘米下採集水樣供測定用。

（2）稻田土壤中殘留量測定

施藥多點採樣法採集稻田土壤中的土樣，採樣深度為0-20厘米，分析測定培養皿土壤中農藥殘留量。根據測定結果推算出不同時期田土中某農藥沉積量。

（3）魚塘底泥中殘留量測定

按照稻田土壤的測定方法，先將加土培養皿（Φ9厘米，土壤20克）放在塑膠籃中沉入塘底，稻田排水後定期取回測定。

5、某農藥殘留量分析方法

水樣處理：取水樣，加入適量氯化鈉，用二氯甲烷30毫升×2提取兩次，旋轉蒸發至近乾，N2吹乾後用乙腈定容，過0.45微米濾膜，待液相色譜測定。

土樣處理：所采土壤樣中加入30毫升丙酮，置於恆溫振盪器以25℃、200轉/分的條件振盪提取1.0小時，高速離心分離、過濾後，土壤再用30毫升丙酮提取一次，合併提取液，濃縮除去有機相，剩餘水相用二氯甲烷30毫升×2萃取，旋轉蒸近乾後用N2吹乾，並用乙腈定容，過0.45微米微孔濾膜，待液相色譜-質譜儀測定。

6、結果與討論

（1）某農藥在稻田-魚塘模擬生態系統中行為歸趨

某農藥在稻田-魚塘模擬生態系統中的動態變化結果表明，施藥2小時後田水中某農藥的濃度達到60.7微克/升，此後濃度繼續上升6小時後田水中某農藥濃度達到最高的72.3微克/升，然後某農藥濃度開始緩慢下降，7天后田水中濃度為34.9微克/升減少約50％，田水中消解半衰期約7.37天，如圖3所示。

（2）某農藥噴施完後，水相中的某農藥快速進入土壤中，土壤中某農藥初始為37.5微克/千克，此后土壤中某農藥濃度迅速升高，至24小時吸附量達到最大的113.7微克/千克，說明某農藥在土壤中停留的時間比較短暫，在24小時內即能基本完成向土錶轉移。在這以後田土中某農藥開始逐步消解，濃度逐漸下降，至11天后土壤中某農藥濃度已經下降為45.5微克/千克，降低為最高濃度的50％，降解半衰期為5.29天，如圖4所示。

（3）施藥24小時後，將田水排入魚塘。如圖5所示，排水開始後塘水中某農藥濃度逐步增加，塘水中某農藥初始濃度為8.59微克/升，在排水的最初時間段塘水中某農藥含量均呈上升趨勢，排水24小時後田塘水中某農藥濃度達到最大的10.2微克/升，之後，塘水中某農藥濃度逐漸下降，塘水中某農藥消解半衰期約4.9天。

（4）稻田開始排水開始後，由於魚塘水中懸浮物的作用，流入魚塘的某農藥很快被塘水中的懸浮物吸附沉於塘底。底泥中某農藥的濃度變化見圖6，結果表明，在稻田排水後，魚塘底泥中很快就檢測到某農藥殘留，4小時後底泥中某農藥濃度為0.98微克/千克，此後底泥中某農藥濃度逐漸增加，24小時後濃度達到了最大的16.3微克/千克，此後底泥中某農藥濃度逐漸下降，6天后濃度為8.43微克/千克，約下降為最高濃度的50％。，降解半衰期為6.1天。

從以上實驗結果初步推斷：野外實驗系統和模擬實驗系統中某農藥在環境中各個介質中的轉移變化規律基本一樣。某農藥施用到稻田中後，進入稻田水體後，很快被稻田土壤吸附而快速下降，土壤中某農藥含量快速升高，而後逐步降解。經排水而進入水塘中的某農藥隨懸浮物沉降和底泥吸附而快速富集於底泥中，而底泥中的某農藥含量在快速升高后，也逐漸降解而降低用。

（2）某農藥在稻田-魚塘模擬生態系統中對水生生物的危害影響

①對蝦的危害影響

實驗處理同上，由表1可見：對照塘中，10天后也開始出現死亡現象，14天死亡率達到8.9％。而處理塘排水1天后蝦開始出現死亡，死亡率為2.2％；排水6天死亡率達到15.5％，14天以後死亡率達到20.0％。表明在該實驗條件下，某農藥稻田使用對蝦天的危害風險較小。

表1某農藥對蝦的危害影響實驗結果（死亡率，％）

表1

②對螃蟹的危害影響

實驗處理同上，由表2可見，對照塘中的螃蟹3天后開始出現死亡，在14天后達到5.0％。而處理塘排水2天后，螃蟹出現死亡，排水3天后死亡率為13.3％。表明某農藥農藥稻田使用時，對螃蟹的危害性不大。

表2某農藥對螃蟹的危害影響實驗結果（％）

表2

7、結論

（1）某農藥在大田稻田-魚塘模擬生態系統中的動態變化結果表明，施藥2小時後田水中某農藥的濃度達到60.7微克/升，6小時後濃度達到最高的72.3微克/升，田水中消解半衰期約7.37天。某農藥噴施完後，由於土壤對水中某農藥的吸附，水相中的某農藥快速進入土壤中，土壤中某農藥初始為37.5微克/千克，24小時吸附量達到最大的113.7微克/千克，11天后土壤中某農藥濃度降低為最高濃度的50％以下。施藥24小時後，將田水排入魚塘，塘水中某農藥初始濃度為8.59微克/升，24小時後田水中某農藥濃度達到最大的10.2微克/升，之後塘水中濃度逐漸下降，塘水中消解半衰期約4.9天。稻田開始排水開始後，魚塘底泥中很快就檢測到某農藥，24小時後濃度達到最大的16.3微克/千克，此後底泥中某農藥濃度逐漸下降，6天后約下降為最高濃度的50％。

一種農藥水生態風險評價實驗裝置及實驗方法