（作物遗传育种专业论文）农药的环境风险评估模型.pdf

摘要 摘要 农药使用已经成为环境健康问题的一个重要关注点。为了精确预估农药使用 对环境的影响，在世界范围内，研究者们开发了数以百计的农药环境风险指示 模型。本论文对十个现今流行的指示模型进行了定性和定量地分析比较，对指 示模型的应用和发展提供指导性的建议。这十个指示模型所评估的环境介质( 地 表水，地下水，土壤和大气等) 和所采用的方法有较大的差异，所以可以很好 地解释模型的结果比较中所观察到的差异。整合的和独立的风险指数在模型比 较中都具有一定的规律，即越相似的方法将给出越相近的结果。地表水是几个 环境介质中被研究最多的一个，在被选择的十个模型中均有涉及。另外，本文 还尝试了一种新的模型验证方法，即应用三个被禁用或被严格限制使用的农药 ( 1 i n d a n e ，p a r a t h i o n 和p a r a t h i o n m e t h y l ) 作为“标记农药来检验这些指示模 型的准确度。此外，本文不仅讨论了三个主要的论题( 缺失数据的填充，不同 介质风险指数的整合，以及农药施用率的结合) ，还提出了农药环境风险指示模 型的发展方向，即一致性，模块化，用户友好和易扩展。 基于其他研究者的研究成果和本次模型比较的结果，建议采用“风险比率法 或“模糊逻辑专家系统”来评估农药对各“非针对性 生物群体的影响( 对于 某一特定的生物群体，具体采用哪种方法由可用数据源和浓度模拟模型所决 定) 。“风险比率法 的优势在于它能对农药在特定环境中浓度进行模拟；然而 对某一特定介质，如果缺乏有效的浓度模拟模型，“模糊逻辑专家系统”会是最 优的替代方法。一个基于上述两种方法的新的指示模型初步构建完成，可以评 估农药对施用工人，采摘工人，( 小型) 哺乳动物，鸟，蜜蜂，益虫和居民( 来 自饮用地下水的风险) 的影响，且考虑到了这些生物群体所面临的短期和长期 的风险。该新的指示模型比现存的指示模型具有更高的透明度，灵活性和可扩 展性。 关键词农药环境风险指示模型地表水地下水土壤 v a b s t r a c t a b s t r a c t t h eu s eo fp e s t i c i d e sh a sb e e nam a j o rc o n c e r l li ne n v i r o n m e n t a lh e a l t h t o p r o p e r l ya s s e s st h ei m p a c to fp e s t i c i d eu s e o nt h ee n v i r o n m e n t ，h u n d r e d so fp e s t i c i d e e n v i r o n m e n t a lr i s ki n d i c a t o r sw e r ed e v e l o p e dt h r o u g h o u tt h ew o r l d t h i ss t u d y e v a l u a t e da n dc o m p a r e dq u a l i t a t i v e l ya n dq u a n t i t a t i v e l y t e n p o p u l a rp e s t i c i d e e n v i r o n m e n t a lr i s ki n d i c a t o r sm o d e l s ，w i t ht h ee x p e c t a t i o n st oo f f e rg u i d a n c ei nt h e a p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p m e n t o ft h e s ee n v i r o n m e n t a lr i s ki n d i c a t o r s t h e c o m p a r t m e n t so fs u r f a c ew a t e r , g r o u n d w a t e r , s o i la n d o ra i rw e r et a k e ni n t oa c c o u n t ， a n dt h em e t h o d o l o g i e su t i l i z e di nt h et e ne n v i r o n m e n t a lr i s ki n d i c a t o r sh a dl a r g e v a r i a t i o n s t h ea s s o c i a t e dr e s u l t sd i f f e r e df r o mi n d i c a t o rt oi n d i c a t o rw h i c hm a yh a v e a f f e c t e db yt h e i rr e l a t e da p p r o a c h e s f o rb o t ht h ea g g r e g a t e da n ds e p a r a t er i s ki n d i c e s ， s i m i l a rm e t h o d o l o g i e sg e n e r a l l yr e s u l t e di nc l o s e ro u t p u t s s u r f a c ew a t e rw a st h e m o s tf r e q u e n t l ys t u d i e dc o m p a r t m e n t ，w h i c hw a si n c l u d e di na 1 1t h et e ni n d i c a t o r s a d d i t i o n a l l y , an e wv a l i d a t i o na t t e m p tw a sp r o p o s e d ，u s i n gt h r e eb a n n e do rh i g h r e s t r i c t e d p e s t i c i d e s ( f e 1 i n d a n e ，p a r a t h i o n a n dp a r a t h i o n m e t h y l ) a s “m a r k e d p e s t i c i d e s ”t ov a l i d a t et h ei n d i c a t o r s t h er e s u l t sg e n e r a t e db ys o m eo f t h et e n i n d i c a t o r ss h o w e dt h a tt h e s et h r e ep e s t i c i d e sh a dt h eh i g h e s tr i s k s f u r t h e r m o r e ，t h i s t h e s i sa l s od i s c u s s e dt h r e em a j o ri s s u e s ：f i l l i n gi nd a t ag a p s ，a g g r e g a t i n gr i s k so f s e p a r a t ec o m p a r t m e n t s ，a n di n c o r p o r a t i n ga p p l i c a t i o nr a t e s e v e r a lm a j o rf e a t u r e s ( i e c o h e r e n t ，m o d u l a r i z e d ，u s e r - f r i e n d l y a n de x t e n d a b l e ) w e r er e c o m m e n d e da st h e d i r e c t i o nf o rf u t u r ed e v e l o p m e n to fp e s t i c i d ee n v i r o n m e n t a lr i s ki n d i c a t o r s b yc o m p a r i n ga n dm o d i f y i n gt h ee x i s t i n gi n d i c a t o r s ，t h et h e s i sp r o p o s e da n e w i n d i c a t o rw h i c hw a sm o r et r a n s p a r e n t ，f l e x i b l ea n de x t e n d a b l ef o ra s s e s s i n gp e s t i c i d e e n v i r o n m e n t a lr i s k s t h r o u g ht h el i t e r a t u r er e v i e wa n dt h er e s u l t so ft h ei n d i c a t o r c o m p a r i s o n s ，i tw a sr e c o g n i z e dt h a tr i s kr a t i om e t h o d o l o g ya n df u z z yl o g i ce x p e r t s y s t e mc a nb eb e s tu s e dt o a d d r e s st h ei m p a c to nn o n t a r g e tg r o u p s r i s kr a t i o m e t h o d o l o g yw a sa p p e a l i n g b e c a u s et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np r e d i c t e dc o n c e n t r a t i o n a n dt o x i c i t yc o n c e n t r a t i o nc o u l db ee v a l u a t e dm a t h e m a t i c a l l yi ns i m i l a ru n i t s ；f o r n o n t a r g e tg r o u p sw h e r ee x i s t i n gd a t aa n d o rs i m u l a t i o nm o d e l sw e r en o tc o n s i d e r e d f e a s i b l e ，t h ef u z z yl o g i ce x p e r ts y s t e mw i l lb ee m p l o y e da s ar o b u s tm e t h o do f v a b s t r a c t a g g r e g a t i o no fd i s s i m i l a r , u n c e r t a i n a n di m p r e c i s ed a t a t h en o n - t a r g e tg r o u p s i n c l u d i n gl o n ga n ds h o r tt e r mi m p a c to ns o i l ，l o n ga n ds h o r tt e r mi m p a c to ns u r f a c e w a t e rt h r o u g hb o t hd r i f ta n dr u n o f f , a n di m p a c tt ot h eo p e r a t o r , p i c k e r , m a m m a l s ， b i r d s ，b e e s ，b e n e f i c i a li n s e c t s ，a n dr e s i d e n t ( r i s kf r o mg r o u n d w m e r ) c o u l db ea n a l y z e d b yt h ep r o p o s e dm e t h o d s f o ra l lo r g a n i s m s ( o p e r a t o r , p i c k e r , m a m m a l s ，b i r d s ，b e e s ， a n db e n e f i c i a li n s e c t s ) ，b o t ha c u t ea n dc h r o n i ci m p a c tw o u l db ee v a l u a t e d k e yw o r d sp e s t i c i d e ；e n v i r o n m e n t ；r i s k ；i n d i c a t o r ；s u r f a c ew a t e r ；g r o u n d w a t e r ； s 0 j 1 v i p e c d r 驴 pe cr - n 。h a c a d i 蟠 b b d c a n c e rc l a s s c n de 闭 d d t s o ，h y d d t s o ，s o i l e c s o e r r k f c f t t f r f s f s t f t h k h k o c k o w k t _ h y d k l s o i l l l c 5 0 l t m n a b b r e v i a t i o n v a r i a b l ed e f i n i t i o n t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no v e rt h et i m ep e r i o db e t w e e nt h et i m ea tw h i c ht h e r u n o f fe v e n tt a k ep l a c ea n dt h et i m eo fa p p l i c a t i o n t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no v e rt h ep e r i o do ft h ep e r i o do fr u n o f f s o i la i rc o n t e n t a c c e p t a b l ed a i l yi n t a k e a t t e n u a t i o i lf a c t o r w i d t ho fd i t c hb o t t o m s o i lb u l kd e n s i t y e p a o n c o g e n i c i t yc l a s s i f i c a t i o nr a n k s c sc u r v en u m b e r m i x i n gd e p t ho fs o i l r u n o f fd e p t h h a l fl i f ei nw a t e r h a l fl i f ei ns o i l e f f e c t i v ec o n c e n t r a t i o nf o ra f f e c t i n g5 0 o fo r g a n i s m e x p o s u r et o x i c i t yr a t i o p e s t i c i d ef r a c t i o nd i s s o l v e di nr u n o f fw a t e r s o i lf i e l dc a p a c i t y f r a c t i o no fp e s t i c i d el o s tt od r i f td u r i n ga p p l i c a t i o n c r o pi n t e r c e p t i o n r a i n f a uf a c t o r s l o p ef a c t o r s o i lt y p ef a c t o r t e m p e r a t u r ec o r r e c t i o nf a c t o r d i t c 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ha n de n v i r o n m e n t ， g r o w e r sn e e dat o o lt oa s s e s st h ei m p a c to ft h e i rc u r r e n tp e s tm a n a g e m e n tp r a c t i c e s ， a sw e l la sam e t h o dt oe v a l u a t ea l t e r n a t i v ep e s t i c i d e sw h i c ha l en e w l yr e g i s t e r e df o r u s e i ft h i st o o lc o u l db ee a s i l ya t t a i n e da n du n d e r s t o o d ，g r o w e r sw o u l dh a v et h e k n o w l e d g en e e d e dt oe v a l u a t ec o m p l i a n c ew i t hn e wr e g u l a t i o n s ，a n dd e c i d eh o wt o e f f e c t i v e l yt r a n s i ta w a yf r o mf q p ap e s t i c i d e s t ot h em o s te f f i c a c i o u sl o wr i s k a l t e r n a t i v e sa v a i l a b l e t h r o u g hr e s e a r c ha n dd a t a b a s ec r e a t i o nb yd i f f e r e n to r g a n i z a t i o n so v e rt h ey e a r s ， aw e a l t ho fi n f o r m a t i o nh a sb e e ng e n e r a t e do nv a r i o u sa s p e c t so ft h ee n v i r o n m e n t a l a n dh e a l t hi m p a c t so fp e s t i c i d e s ，s u c ha s i n d i c e so nt o x i c i t y , r e t e n t i o n ，a n dt h e i r a p p l i c a t i o nr a t e s e a c ho ft h e s em e a s u r e si sl i m i t e d ；h o w e v e r , i ti sn o tb e i n ga b l et o c r e a t et h ec o m p l e t ep i c t u r eo fi m p a c tt h a ta g r o w e r , a d v is o r , o rr e g u l a t o rw o u l dn e e d t om a k et h em o s te f f e c t i v ep e s tm a n a g e m e n td e c i s i o n si nc o m p l y i n gw i t hf q p a t h e g o a lo ft h i ss t u d yi st h e r e f o r et oc r e a t ea ni n t e g r a t e dm e a s u r et h a ti sa b l et oc o m b i n e a 1 1o ft h e s ei n d i c e si n t oa n e a s i l yu n d e r s t o o d ，o p e n l ya c c e s s i b l e ，r e g i o n a l l y a p p r o p r i a t eq u a n t i t y , u s e f u lt og r o w e r sa n do t h e rs t a k e h o l d e r si nt r a n s i t i n ga w a yf r o m f q p ap e s t i c i d e s c a l i f o r n i ao r c h a r dc r o p sa l ek n o w nt oe m p l o ym a n yp e s t i c i d e st a r g e t e db yt h e f q p af o rr e d u c t i o no re l i m i n a t i o n b yc r e a t i n ga ni n t e g r a t e dm e a s u r eo ft o x i c i t ya n d r e t e n t i o ns p e c i f i ct o p e s t i c i d e su s e db yt h e s eg r o w e r sa n dh a v i n gt h ei n f o r m a t i o n d i s t r i b u t e dt h r o u g hap u b l i cd o m a i nw e b s i t e ，t h ep r o j e c tw i l ls e r v eaw i d er a n g eo f c o m m o d i t i e sw i t hh i g hc u r r e n tf q p a p e s t i c i d eu s e e x t e n s i v eo u t r e a c ha n de d u c a t i o n w i l lb ec o n d u c t e dt h r o u g hc a f f ( c o m m u n i t ya l l i a n c ew i t hf a m i l yf a r m e r s ) a n d u c c e ( u n i v e r s i t yo fc a l i f o r n i ac o o p e r a t i v ee x t e n s i o n ) n e t w o r k st oe d u c a t eg r o w e r s ， a d v i s o r s ，a n dr e g u l a t o r so nt h eu s ea n d ，t h eb e n e f i t so ft h en e w l yi n t e g r a t e dm e a s u r e w i t ht h i sn e wt o o li nh a n d ，a ni n f o r m a t i o ng a pw i l lb eb r i d g e d ，a n dt h eg r o w e r sw i l l b ea b l et oc o m p l yw i t hf q p a r e g u l a t i o n si nab e t t e rw a y 1 i ns h o r t t h ei n t e g r a t e dm e a s u r ea n dt h ea c c e s st ot h ed e v e l o p e dw e b s i t ew i l l a l l o wg r o w e r s ，a d v i s o r s ，a n dr e g u l a t o r st ob e t t e ru n d e r s t a n dt h ei m p a c to ft h e i rp e s t m a n a g e m e n ts y s t e m so nn o to n l yt h et a r g e tp e s t s ，b u t o ns o i l ，w a t e r , a n dh u m a n h e a l t hq u a l i t y , t h u sa l l o w i n ga na n a l y s i so ft h ew h o l ea g r i c u l t u r a ls y s t e m ，w h i l e p r o m o t i n ga m o v e m e n tt o w a r dm o r es u s t a i n a b l ep r a c t i c e s i na d d i t i o n ，t h ei n t e g r a t e d m e a s u r ew i l la l l o wt h ep r o j e c tt oe v a l u a t ee a c ho r c h a r dc o m m o d i t y sp r o g r e s si n m o v i n ga w a y f r o mf q p ap e s t i c i d e s ，w h i c hc o u l db e u s e d t om e a s u r et h e e n v i r o n m e n t a le f f e c t sb e n e f i c i a lf o rp o l i c yf o r m u l a t i o n i ti so n l yt h r o u g hi n c r e a s i n g e d u c a t i o n a w a r e n e s s ，a n da c c e s s i b i l i t y , t h a ta l ls t a k e h o l d e r sw i l lb ea b l et om a k e t h e m o s te f f i c i e n t ，e f f e c t i v ed e c i s i o n si nt h et r a n s i t i o nf r o mf q p ap e s t i c i d e st oam o r e s u s t a i n a b l em e t h o do fp r o d u c t i o n 2 c h a p t e r2l i t e r a t u r e r e v i e w c h a p t e r2l i t e r a t u r er e v i e w 1i n t r o d u c t i o n t h ei n t e n s i v eu s eo fp e s t i c i d e si na g r i c u l t u r eh a db e e no n eo ft h ef a c t o r s c o n t r i b u t i n gt oi n c r e a s et h ef o o dp r o d u c t i o nw h i c hf u l f i l l st h ed e m a n do ft h eg r o w i n g w o r l d w i d ep o p u l a t i o n e a c hy e a r , a b o u t2 5m i l l i o nt o n so fp e s t i c i d e sa r ea p p l i e dt o a g r i c u l t u r a lc r o p sa l 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