设施农业中空气农药残留与作物安全影响规律 研究进展

姚春琳

（沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁沈阳 110168）

近年来，设施蔬菜生产规模扩大且综合效益提升[1]。根据农业农村部规划设计研究院设施农业研究所报道（2021 年8 月25 日），全国各类设施农业面积约达1 367 万hm2，占总耕地面积的10.7%，居世界第一。调查显示，2018 年底，设施农业年产值达9 800 亿元[2]，可以确保粮食有效供给。例如，黑龙江菜农利用温室种植菇类蔬菜，每亩收入高达2 万；种植蔬菜每亩纯收入5 000 元左右，推动了乡村产业发展[3]。上述研究表明，设施蔬菜不仅规模大，而且效益高。

设施农业发展虽有优势，但设施农业中农药残留量高也是不可忽略的问题。适量的农药用于农业生产可以预防病虫害，提高产量。但由于蔬菜大棚具有环境封闭、空气不易流通的特点，喷施的农药不易降解，部分农药残留在农产品、土壤中，存在安全风险[4]。因此，农药残留检测引起人们广泛关注。传统的农作物农药检测通常需要在蔬菜大棚内采摘部分蔬菜样本，并将其带回实验室进行预处理和检测，这种操作时效性差，无法保证检测结果的准确性。本文通过研究设施环境空气和作物中的农药残留含量，寻找并建立两者之间的联系，最终可以通过检测设施环境中空气的农残量间接获得作物中农药残留的含量，为设施农业农产品的安全生产及安全食用提供理论依据。

1 设施蔬菜中农药的施药特点

在农产品种植过程中，病虫害难以避免，可能严重影响农产品生产质量。而菜农为增加蔬菜产量，防治病虫害，常在温室喷洒农药。农药从喷头喷施出来，并非会全部落在作物叶片表面，部分液滴落在作物叶片表面和根茎等部位，另一部分则遗留在地表和空气中，空气中的农药残留农药是由液态和固态转化成气态这一循环过程引起的[5]。由于环境的特殊性，且喷施的农药是有机物质，容易挥发，所以农药在喷施过程中会发生蒸发飘移，这种现象和农药理化性质中的挥发性有关[6]。农药的蒸气压越高，挥发性也越强。土壤表面的农药经过灌溉渗透到土里，同时这部分农药有的也会被作物根系吸收积累在作物体内，在植物的蒸腾作用的驱动下，农药在作物、空气和土壤之间运转[7]。正因如此，土壤和作物叶片表面的农药会二次挥发到空气中。

2 设施环境中的农药残留及分布

研究表明，喷施在设施环境中的农药约30%被喷洒在农作物表面，而其余70%的农药则落入土壤和空气中[8]。近年来，研究人员对设施农业中蔬菜、空气和土壤中的农药残留都进行了针对性研究。我国有关设施农业空气农药残留情况的研究相对较少，对工作场所的空气中有害物质情况的研究相对较多。如表1 所示，学者们调查我国青海省海东市[9]和安徽省宿州市[10]的蔬菜农药残留分布情况时，均从温室中随机抽取一定数量的蔬菜样品，随后参照行业标准NY/T 761—2008[11]进行处理，利用气相色谱仪进行检测。此外，研究人员发现我国宁夏回族自治区银川市[12]和山东省[13]的温室土壤中存在有机氯和有机磷农药残留，有机农药在温室种植土壤中的残留现象很普遍，检出率均为40%以上。随着时间的推移，土壤中农药残留量会逐渐降低，对从我国许多地区采集的用于种植蔬菜的实际土壤样品进行检测，发现农药残留量低于检测限[14]。

表1 温室作物、土壤和空气农药残留

目前国外温室空气和土壤农药残留问题较为严重。研究发现，进入空气中的农药来源有以下两种。①喷施农药后农药直接进入到设施环境中。例如，EGEA GONZÁLEZ 等[15]、GARRIDO FRENICH等[16]和KAZOS 等[17]均是通过采集空气中农药样本，并使用色谱法检测残留农药，随后检测出温室的空气中存在有机农药残留。②喷洒农药时落在土壤和作物表面的农药挥发，并扩散到空气中。例如，BIDLEMAN 等[18]采集土壤和空气样本并进行分析，发现土壤中的农药残留会扩散到空气中。BEDOS等[19]研究发现植物表面的农药挥发到空气中的速度比土壤更快。此外，还有学者对土壤中农药残留问题进行了研究。QUEREJETA 等[20]研究农药喷施在大棚的作物上的分布情况，发现大约66.67%的农药残留在作物上，25%的农药残留在土壤里。KATSOULAS 等[21]在希腊东部的温室里为番茄喷施嘧霉胺后研究该农药的去向，发现15%的农药残留在土壤中，61%的农药残留在番茄作物上，10%残留在温室的墙壁周围。总体而言，目前对除有机氯和有机磷农药以外的其他种类的农药残留的研究有限；温室土壤农药残留应该引起相关部门的重视。

3 农作物农药残留研究现状

近年来，农作物农药残留检测在农产品安全研究领域的热度较高，现有设施农业中的作物残留检测研究主要集中在作物全量、作物表面和它们之间的相互关系上。如表2 所示，研究人员对于国内部分地区市场销售蔬菜中的残留农药情况进行调查。罗莎等[22]对天津市市场销售蔬菜的516 份样品进行46 种农药残留检测，总检出率为70.54%，超标率为5.07%，其中杀菌剂的检出率最高，为80.37%。孟繁磊等[23]对吉林省的7 个市县采集的211 份蔬菜样品进行80 种农药残留检测，总检出率为41.50%，超标率为5.19%，啶虫脒的检出率最高，为5.21%。姜松强等[24]对郑州市市场销售蔬菜的305 份样品进行76 种农药残留检测，总检出率为34.43%，超标率为3.93%，其中咪鲜胺的检出率最高为30.56%。以上研究均是根据国家食品标准对蔬菜进行粉碎，然后带回实验室利用气相色谱、色谱质谱等大型仪器检测蔬菜粉碎后的全量农药残留，检测结果根据《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》 （GB 2763—2019）的限量标准进行判定。

表2 蔬菜整体农药残留检测

农药残留快速检测方法适用于作物表面农药提取，具有操作简单和实用的特点[25]。具体操作是选取有代表性的蔬菜样品，擦去表面泥土，剪成1 cm左右的见方碎片，取5 g 放入带盖瓶中，加入10 mL缓冲液溶液，振摇50 次静置2 min 以上，之后再进行旋转蒸发浓缩定容检测。王多加等[26]通过比较速测法与分光光度法的灵敏度，发现速测法更占优势，且速度更快。

为了探究全量和表面的关系，一些学者进行了实验。例如，吴卫平等[27]采用速检卡法以及气相色谱质谱法进行蔬菜中农药残留量检测，并进行了结果比对，结果发现符合率为83%，阴性结果符合率为77%。刘宏伟等[28]采用速测卡法检测蔬菜中的有机农药残留情况，并利用气相色谱法对速测结果进行验证，发现阳性结果符合率为83.3%，阴性结果符合率为76.7%。谢俊平等[29]采用速测卡检测稻谷样品中有机磷农药残留情况，并与气相色谱仪检测结果进行对比，得到阴性符合率为99.5%，阳性符合率为84.6%。以上研究均对速测卡法和气相色谱法得到的检测结果进行了对比，明确了农药残留在蔬菜全量粉碎和表量速测具有关系，对农产品安全具有指导意义。

4 空气与作物农药残留的关系

当农药施用于设施环境中的目标植物时，由于环境处于封闭状态，空气中的农药残留会保留14 d左右，并与作物的农药残留达到一个动态平衡。为了研究空气农药残留与作物表面的关系，KAZOS 等[30]在设施环境下喷施百菌清，连续21 d 采集空气中的百菌清并检测其含量，发现第1 天时百菌清含量最高，为0.82 μg·m-3，第21 天时下降为0.07 μg·m-3。为了研究作物表面的农药残留含量，汤宇恋[31]在黄瓜果实表面喷施推荐剂量的百菌清后进行间隔采样，持续 16 d，第8 天时农药含量最高（7.2 mg·kg-1），最低含量为喷施后1 h（1.1 mg·kg-1）。空气和作物农药残留含量降解均不是呈直线下降的趋势，而是有波动幅度的变化，最后才呈现出下降的趋势。

5 结语

目前，喷洒农药杀灭设施蔬菜中的病虫害已成为一种常态。本文通过寻找空气与作物中农药残留的关系，实现检测空气中农药残留水平的状态，以了解农作物中的农药残留水平，为农产品质量安全做好源头控制，从源头控制农药残留的负面影响。