植保无人飞机施用农药风险分析

安小康，李富根，闫晓静，徐 军，董丰收*，郑永权

（1.中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193；2.农业农村部农药检定所，北京 100125）

农药在控制作物有害生物危害和保障粮食安全方面做出了重要的贡献，是现代农业生产不可或缺的投入品。然而，农药施用往往会存在一定的应用风险，包括施药过程中施药人员的职业健康风险，施药后在作物可食部分上沉积形成的农药残留风险，以及施药飘移、沉积或径流等产生的环境风险。植保无人飞机施药是一种新型施药技术，具有作业速度快、节水省药等特点，在我国发展迅速。2021年我国植保无人飞机的拥有量和作业面积已经远超日本和韩国。研究表明，植保无人飞机施药时药液飘移距离较远[1-2]，施药操作人员和非靶标生物可能会因雾滴飘移而产生农药暴露风险[3-4]。另外，植保无人飞机施药后在作物上的雾滴沉积量可能会高于常规施药器械[5]，农药雾滴在作物可食部位沉积量的累积可能会增加膳食暴露风险[6-7]（图1）。因此，本文从植保无人飞机施药造成的职业健康风险、农药残留风险和环境风险3个方面进行综述，梳理植保无人飞机施药后可能带来的应用风险特征，提出相应控制建议和措施，对保障我国植保无人飞机施药产业的健康发展具有非常重要意义。

图1 植保无人飞机施药的潜在应用风险

1 植保无人飞机施药应用风险研究进展

1.1 职业健康风险

植保无人飞机施药过程包括配药、施药和无人飞机的收回清洗3个阶段，均涉及到人体农药暴露风险。在配药阶段，由于植保无人飞机施药用水量少，药剂浓度高，配药人员会暴露于高浓度农药中，通常具有较高的风险。研究表明，在配制植保无人飞机施用的除草剂唑酰草胺时，配药人员的暴露量主要集中于手部，其健康风险系数大于1，表明人员配药时的风险不可接受，因此配药人员需要在配药时做好严密防护措施，方可有效降低风险[8]。在施药阶段，植保无人飞机操控人员通常位于田间地头，与植保无人飞机保持较远的距离，其人员暴露风险相较于常规背负式喷雾施药方式会大大降低。研究发现，使用电动背负式喷雾器在水稻田喷施氯虫苯甲酰胺和苯醚甲环唑时，施药人员的暴露主要集中在手臂和腿部，施药人员身体的农药暴露量显著高于使用多旋翼植保无人飞机[3]。另有研究对比了人工背负式喷雾器和植保无人飞机在豇豆田施药后施药人员的暴露量，发现人工背负式喷雾器施药人员的平均总暴露量达到1 952.02 mg/kg，而植保无人飞机操控人员身体的平均暴露量仅为134.51 mg/kg，植保无人飞机施药的人体农药暴露量显著低于人工背负式喷雾施药方式，约为后者暴露量的6.9%[9]。研究发现在施药结束后的设备收回清洗阶段，农药在植保无人飞机机体上有大量的农药残留，其平均残留量为13.84 μg/cm2，主要集中在药箱背面、机翼和电池上。该残留量显著大于农药在风送式喷雾机机体上的残留量（0.58 μg/cm2），可能与植保无人飞机为低容量高浓度喷雾，且旋翼气流会扰动大量雾滴沉积在机体上有关[10]。目前，关于植保无人飞机施药职业健康风险的研究仍较少，且研究中仅评估了1个或2个阶段的暴露量，缺少综合评估3个阶段暴露产生的总暴露风险。因此，建议加强植保无人飞机施药全过程暴露的综合系统评估研究，明确各阶段健康风险来源及贡献度，提出相应有效控制措施，确保施药人员职业健康。

1.2 农药残留风险

农药施用后在作物可食部位的沉积往往导致农药残留风险。研究表明，植保无人飞机在适宜施药参数或添加飞防助剂条件下施药，可有效提高雾滴在植株上的农药沉积，沉积量高于常规背负式喷雾器方式[5,7,11]，沉积量与农药残留量紧密相关。目前关于植保无人飞机施药与常规施药方式造成的农药残留风险对比的研究相对较少，主要涉及的作物有小麦、水稻和茶叶。

在小麦上，Xiao等[6]对比了植保无人飞机和电动背负式喷雾器在喷施48%氰烯菌酯·戊唑醇悬浮剂时，农药在小麦植株上的原始沉积量以及降解半衰期。结果显示，植保无人飞机施药后氰烯菌酯和戊唑醇的平均原始沉积量分别为4.47 mg/kg和2.46 mg/kg；电动背负式施药的平均原始沉积量分别为2.55 mg/kg和1.52 mg/kg。同时发现，植保无人飞机施药后，农药在小麦植株中降解速度较慢，在无人飞机施药条件下，氰烯菌酯和戊唑醇在小麦植株中的消解半衰期分别为5.8 d和7.1 d，而在电动背负式喷雾器施药条件下，其消解半衰期分别为2.4 d和3.3 d[6]，这可能与无人飞机的原始沉积量大有关。蒙艳华等[12]对比研究了植保无人飞机与电动背负式喷雾施药方式下小麦上戊唑醇的残留差异，结果发现植保无人飞机施药后，戊唑醇在麦穗和麦叶上的原始沉积量分别可达8.9 mg/kg和170.2 mg/kg，而背负式喷雾条件下，其沉积量分别为6.9 mg/kg和55.6 mg/kg。即在相同施药剂量下，植保无人飞机喷施戊唑醇在小麦植株上的沉积量大于电动背负式喷雾器，且在施药14 d后，其在麦穗和麦叶上的残留量也高于背负式喷雾器（植保无人飞机施药条件下麦穗和麦叶残留量分别为0.8 mg/kg和5.7 mg/kg；背负式喷雾器施药条件下，麦穗和麦叶残留量分别为0.4 mg/kg和4.7 mg/kg），并且植保无人飞机在减施20%的条件下，在麦穗和麦叶上的原始沉积量依然是背负式喷雾器正常施药剂量的1.2倍和3.0倍[12]。此外，植保无人飞机施药用水量少，施药浓度高，为提高雾滴的分散性能以及在作物上的沉积分布，在应用时往往添加无人飞机专用助剂，助剂的添加可提高农药在作物上的沉积量。减施并添加无人飞机专用助剂时，可实现省药的目的，且保证药效。例如，Meng等[13]研究表明，植保无人飞机喷施吡虫啉时，添加无人飞机专用助剂猎鹰并减施20%时，在小麦叶片和麦穗上的原始沉积量是背负式喷雾器正常施药剂量的1.4倍和1.2倍，且防效与背负式喷雾器相当。因此，植保无人飞机施药可达到省药的目的，但同时在作物上的原始沉积量也可能高于传统施药器械。

在水稻上，刘春来等[14]研究发现，植保无人飞机在水稻上喷施吡蚜酮后，吡蚜酮在稻谷和植株上的原始沉积量分别为0.18 mg/kg和0.86 mg/kg，施药14 d后，吡蚜酮残留量分别为0.04 mg/kg和0.13 mg/kg；而背负式喷雾施药条件下，吡蚜酮在稻谷和植株上的原始沉积量分别为0.13 mg/kg和0.59 mg/kg，14 d后其残留量分别为0.01 mg/kg和0.04 mg/kg。可见，植保无人飞机施药可导致吡蚜酮在稻谷和植株上的沉积量明显高于背负式喷雾方式，但最终收获期，吡蚜酮在稻谷中残留量均符合我国农药残留限量标准规定[14]。

在茶叶上，楚博等[15]发现植保无人飞机喷施联苯菊酯、虫螨腈、氟氯氰菊酯、溴氰菊酯、吡虫啉和茚虫威7 d后，6种农药在干茶叶中的残留量为0.20～9.20 mg/kg，而背负式喷雾条件下，其残留量为0.09～7.65 mg/kg。植保无人飞机施药条件下茶叶中的残留高于背负式喷雾器1.20～2.44倍。

综上，植保无人飞机施药可能会增加农产品中农药残留风险，但是关于植保无人飞机施药与其他施药条件下农产品中农药残留差异的研究仍十分有限，表现在研究的作物少，可进行评估的有效数据不足。因此，建议未来开展更多类型作物在不同施药方式下农药残留差异研究，进一步加强数据系统分析及残留差异微观机制研究，为植保无人飞机施药后的农药残留风险管理提供重要的数据支撑和科学建议。

1.3 环境风险

植保无人飞机作业高度较高，作业速度快，且伴有旋翼气流，形成的雾滴飘移距离远于常规地面施药器械[2]。此外，植保无人飞机施药时用水量较少，农药浓度高，因此，其飘移造成的邻近敏感作物风险和非靶标生物风险可能大于常规的地面施药器械。2016年有报道发现植保无人飞机喷施百草枯造成相邻田块的向日葵和加工番茄出现大面积药害的问题[16]，类似事故经常发生[17-18]。在非靶标生物风险方面，中国农业科学院植物保护研究所智慧植保创新团队研究了植保无人飞机和人工背负式喷雾器喷施新烟碱类杀虫剂时对蜜蜂的风险差异[4]，发现植保无人飞机施药后1 d内，在施药区下风向5 m处蜜蜂死亡4 721头，而人工背负式喷雾器施药区下风向5 m处，蜜蜂1 d内死亡75头，显著低于植保无人飞机施药区域。在植保无人飞机下风向29 m处，在第2 d和3 d时，蜜蜂死亡数是背负式喷雾器的3.1倍和14.4倍。因此，植保无人飞机施药时，因其远距离飘移对非靶标生物会产生较高风险[4]。目前，关于植保无人飞机施药对非靶标生物风险研究报道很少，尤其对其他非靶标生物如鸟类、家蚕、瓢虫、蚯蚓以及水生生物的风险还未探究，因此，建议今后加强植保无人飞机施药对非靶标生物风险的评估，为植保无人飞机施药的环境风险评估提供重要数据支持。

2 建议与展望

农药施用后的风险与人类健康和生态环境质量密切相关，是农药风险监测评估的重点。植保无人飞机因其施药方式、药剂剂型、施药浓度等与常规施药方式不同，从而可能导致的职业健康风险、农药残留风险和环境风险存在差异，但目前植保无人飞机应用现状与其施用风险的研究仍不匹配，存在“先上车、后买票”的风险管理滞后现象。因此，应进一步加强植保无人飞机应用风险研究。在职业健康风险研究方面，应开展系统综合评估施药人员全程暴露途径的风险研究，明确3个暴露阶段的风险贡献率和风险控制关键。在农药残留风险方面，开展植保无人飞机施药在不同作物的沉积残留差异研究，揭示不同施药方式下农药在不同形态作物上沉积规律和残留差异，制定植保无人飞机施药的农作物农药残留试验评价技术规范，开展规范风险评价试验，对新型高效施药条件下的农药应用风险有效管理。在环境风险方面，加强植保无人飞机施药飘移环境风险影响研究，包括对非靶标动物如蜜蜂、家蚕、鸟类和水体生物以及非靶标植物如邻近种植作物安全等的研究。规定植保无人飞机施药的邻近作物种植类型，明确安全隔离距离，建立有效无人飞机施药环境风险管理技术要求。