草坪系统中可转移农药残留实验是人体暴露风险评估的重要组成部分。测量可转移残留物的实验方法应根据特定的人体接触方式及草坪系统的动态特征进行调整。本文介绍了三种可转移农药残留的实验方案，并讨论了这些方案在三种不同草坪系统中的适用性。
本文内容
摘要
摘要
在成熟的草坪草系统中，植物冠层可截留相当数量的喷施农药，这些农药可能通过多种途径转移至人体。因此，美国环境保护局（USEPA）在农药登记和再登记过程中要求开展可转移农药残留实验。尽管此类实验是必需的，但目前对实验方法的具体要求较为有限。本文介绍了评估农药向人体转移的实验方法，包括使用棉质手套擦拭手部、改良加利福尼亚滚轮法（用已知质量的滚轮在棉布上滚动）以及足球滚动法（用吸附带包裹的球在三种处理过的草坪草上滚动）。这三种草坪草分别为匍匐翦股颖、杂交狗牙根和高羊茅，其修剪高度分别为0.4 cm、5 cm和9 cm。迄今为止，改良加利福尼亚滚轮法应用最为广泛，因其具有良好的可重复性和较大的采样面积，特别适用于低修剪高度的草坪。足球滚动法是一种较温和的转移方式，但它模拟了国际上最受欢迎的体育运动中极为常见的场景，对经手-口途径导致的非膳食性农药暴露具有重要意义。此外，该方法经少量修改后也可适用于其他体育活动。在较高修剪高度下，手部擦拭法是转移农药的最佳方法，因为基于滚轮的方法可能导致草叶被压倒；然而，该方法主观性较强，采样压力的变异性较大。本文还展示了这些方法在不同草坪草种类中的适用性，并讨论了在草坪系统中开展可转移农药残留研究时需考虑的其他因素。
引言
在美国本土，草坪草的种植面积超过1630万公顷，超过了灌溉谷物玉米[（Zea mays L.）250万公顷]、大豆[（Glycine max L.）210万公顷]和棉花[（Gossypium hirsutum L.）90万公顷]的总面积，广泛用于运动场、商业/住宅草坪、高尔夫球场和公园等公共用地1,2。草坪草具有多种积极的社会功能，包括控制扬尘、散热降温、提供休闲活动场地以及稳定土壤。然而，病虫害侵袭时有发生，需使用农药以维持草坪达到可接受的状态3。
在成熟的草坪草系统中，植物冠层会截留喷洒的农药。人类可能通过多种途径接触农药，包括从经处理的植被直接转移到人体，以及通过间接途径，例如转移到养护设备、宠物和娱乐用品上4,5。为应对这些担忧，在美国，农药登记和再登记前必须开展人类农药暴露风险评估，以估算接触受污染环境介质后产生不良健康效应的性质和可能性6。在美国环保署（USEPA）目前采用的职业和居民暴露测试指南中，叶片可转移残留消解试验（OPPTS 875.2100）用于量化处理表面上可通过各种过程转移到人体皮肤/衣物或被吸入的农药残留量7,8。
既往研究比较了多种可用于测定叶面可转移农药残留的方法，包括加利福尼亚滚筒法（在棉布上滚动已知质量的滚筒）、拖 sled 法（用附着布料的已知质量固体物体进行拖拽）、聚氨酯泡沫滚筒法（使用覆盖聚氨酯泡沫且质量已知的滚筒滚动）以及鞋履拖行法（将棉纱布固定于鞋上行走），这些方法均在已知面积的农药处理草坪草区域中实施9,10,11,12。在上述方法中，基于加利福尼亚滚筒的方法在量化叶面可转移农药残留方面具有最高的可重复性；然而，相对更剧烈的方法（如鞋履拖行法）可转移更多的农药残留，这在风险评估中亦具有应用价值。手部擦拭法能够更有效地接触经处理草坪草植被的不同表面结构。该方法为非膳食性农药摄入暴露提供了更具适用性的数据，因为手-口接触是此类暴露途径中的常见行为。
不同草种及使用场所之间的草坪冠层动态差异显著。草种在生长习性、生长季节、叶片质地和密度方面通常存在差异，这些因素会影响农药喷雾的截留以及生理过程3,13。管理措施在不同使用场所之间，甚至在同一使用场所内因具体管理目标不同而存在较大差异。例如，狗牙根（Cynodon spp.）在适宜气候区既可用作高尔夫球场果岭表面，通常每周修剪>5次（收集草屑），留茬高度为0.3至0.4 cm，并进行灌溉；也可用作非灌溉型实用型地被，可能每周修剪<1次（草屑归还），留茬高度为1.5至6.3 cm。先前研究表明，在同一使用场所内，不同草种之间的可转移叶面农药残留量存在差异，并受灌溉和修剪措施的影响14,15。最终，草坪系统之间的变异性阻碍了建立一种通用方法来量化可转移叶面农药残留。因此，为优化人体健康风险评估的方法选择，应综合考虑农药种类、操作过程、使用场所和草种等特异性因素。本研究的目的是表征用于量化可转移叶面农药残留的各种方法，并强调在为特定实验选择方法时应考虑的相关条件。
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方案
1. 田间样地的识别与建立
- 确定能够代表所选草坪系统的科研领域。具体应考虑合适的草坪草种和土壤类型，以及包括养分管理、灌溉和修剪高度在内的管理措施。
- 对草叶和土壤基质进行初步残留分析，确保目标农药不可检出。
- 根据试验地点和样品采集方法设置适当尺寸的试验小区，并在小区边界留出0.5–1.0 m的通道，以便人员行走。
注意：试验小区的尺寸可根据具体场地条件调整，但最小面积应不小于3.3 m2。这将能够容纳一条3.7 m × 0.5 m的球体运行路径，以及相邻同等大小的区域用于人员踩踏和植被取样。
2. 试验启动
- 在开始实验前24小时，将草坪草修剪至该物种体系特定的高度，并收集草屑。使用吹风机清除所有残留碎屑，并灌溉至土壤饱和。
注意：此时进行灌溉可实现最佳水分条件（即 田间持水量）时施用农药。 - 选择针对目标地点当前注册允许的最高标签限量的农药施用率。施用率因产品而异，由美国环境保护署（USEPA）确定，并依法标注在所有农药容器标签上。
- 选择当前最低标示的喷雾施用载体体积，以最大化叶面喷雾的滞留量。
- 试验开始时，在气候条件有利于农药在处理过的植被上滞留时，对样地施用农药喷雾处理。
注意：在处理期间，施用人员及测试区域附近的非施用人员必须穿戴适当的个人防护装备。始终确保非施用人员处于喷雾施用的上风位置。有利于药剂在处理植被上滞留的气候条件包括冠层湿度（施用时应干燥）、风速（<11 km/h）和预报降水量- 在至少四次采样期间覆盖灌溉/降水时的 plots。
注意：应使用覆盖物防止处理过的植被上的农药冲刷进入草坪草枯草层和/或土壤表面，从而减少农药的可再悬浮性并低估暴露风险。覆盖物的材质和设计可有所不同，但应采用非多孔材料制成，以保持样地干燥，并设计成不会接触已处理植被的结构（例如，不要将防水布直接铺在样地上），以免影响后续的农药转移采样。
- 在至少四次采样期间覆盖灌溉/降水时的 plots。
- 在试验期间收集每小时的气候数据，包括气温、露点、相对湿度、日出时间、风向和风速，以辅助数据分析。
3. 质量控制样品
- 从研究中使用的每个农药容器中采集一个样品（50 至 100 mL），以确保农药产品的加载量准确。记录每个容器的产品名称和批号。
- 通过收集每个喷嘴的输出液体制备每种农药喷雾罐混液的样品，每罐制备一个混合样品（50 至 100 mL），以确保喷雾溶液混合程序正确。
- 按照 Welsh et al.12 所述方法制备喷雾施用对照，以确保施用到试验小区的农药量适当。
- 在每次采样时，按照 Welsh et al.12 所述方法制备田间加标样品和空白样品，以量化样品采集和储存过程中的农药消散情况，并识别潜在的污染来源。
注意：加标样品的浓度和溶剂可根据化合物特性和分析方法的具体要求进行调整。
4. 样本采集注意事项
- 在施用后立即采集样品，待农药在叶片表面干燥后再次采集。根据环境条件的不同，通常在施用后1至3小时完成。
- 施用当天之后的采样应在日出时或日出后立即进行，此时通常草坪草冠层湿度达到最高值14。
- 施用后的采样时间应根据具体农药的理化性质确定，农药持效性越低，采样间隔应越短。应安排采样时间点，确保试验结束时至少出现连续两次未检出的情况。
注：参考先前研究中对可转移性2,4-二甲胺盐（2,4-D；田间半衰期 = 6.2 d）的量化示例：1）处理后0天（DAT）— 喷洒后0小时；2）0 DAT — 喷洒后1小时；3）1 DAT；4）2 DAT；5）3 DAT；6）6 DAT；7）12 DAT；8）24 DAT14。
- 施用后的采样时间应根据具体农药的理化性质确定，农药持效性越低，采样间隔应越短。应安排采样时间点，确保试验结束时至少出现连续两次未检出的情况。
5. 可转移残留物样本采集
注意：在所有样品采集过程中均需佩戴腈类手套，并应根据需要频繁更换，以防止污染。
图1：手部擦拭压力的量化 用于量化前手施加压力的方法A）和反手（B）擦拭动作。具体操作如下：将绿色食用色素溶液（水 + 10% v/v 食用色素 + 1% v/v 非离子表面活性剂）喷洒在非多孔表面（例如玻璃或金属托盘）上，然后按照农药脱落采样的要求按压手掌。采用Campillo所述的数字图像分析方法定量接触表面积 等17 确定每张已知面积图像中绿色像素的比例。在土壤达到田间持水量时，从预定的研究区域采集一块草坪草土芯，并将其固定在电子天平上。量化手动擦拭时向下的作用力。手动擦拭压力不应超过 2 kPa。 请点击此处以查看此图的放大版本。
- 手部擦拭
注意：需要一人操作。- 将手部擦拭压力校准至2 kPa。
- 通过将采集自田间持水量土壤的草坪草土芯固定在电子天平上并下压，测定擦拭力（下压前先归零），使其提供150至200 g的压力。
- 量化用于草坪草取样的手掌和手背区域面积。主要使用手指接触独立的草坪草叶片，同时避免其发生倒伏。
- 配制含有10% v/v绿色食用色素和1% v/v非离子表面活性剂的水溶液，并喷涂于非多孔表面，形成一层薄膜。
注意：非离子型表面活性剂通过降低表面张力，可增加溶液在非多孔表面的覆盖程度。 - 戴上棉质手套后，将手按压在非多孔表面上（图1).
- 脱下手套，通过在每只手套已知面积区域上方拍摄数字照片，量化手部与非多孔表面接触的面积，并使用 ImageJ 进行分析。16 选择绿色像素，方法类似于 Campillo 等17这将提供绿色像素占整个图像的百分比，用于计算面积。
- 配制含有10% v/v绿色食用色素和1% v/v非离子表面活性剂的水溶液，并喷涂于非多孔表面，形成一层薄膜。
- 将擦拭力质量与擦拭面积结合，以计算手部压力。
- 通过在地面上标记0.3 m的距离来校准手部擦拭速度至1.2 km/h。调节手部移动速度，使擦拭该距离耗时1 s。
- 标记采样区域（420 cm2将一个圆形桶（直径23 cm）倒置，开口端朝下。用手轻轻按压桶的中心位置，同时用另一只手沿桶的外缘涂抹草坪标记漆。
- 优势手戴上棉质手套后再套上丁腈手套，对采样区域擦拭30秒。交替使用手掌面和手背面，并垂直改变擦拭方向。图2).
- 用新的棉手套重复步骤 5.1.4。
注意：每个样品所需的胶手套数量可能因目标农药、草坪草系统及采样区域的不同而有所差异。应在实验开始前通过预实验确定，即在施药后立即于每个采样区域采集四至六副胶手套，并于次日清晨在冠层湿润时再次采集，以确定可转移最大农药残留量的胶手套数量。
- 用新的棉手套重复步骤 5.1.4。
- 样本采集后，将手套暂时存放在玻璃罐中，并在野外用冰或干冰保存，于样本采集完成后的3小时内转移至超低温冰箱中。
- 将手部擦拭压力校准至2 kPa。
图2：手部擦拭方向。 推进过程旨在使处理过的植被最大独特表面积与手套接触。采样时需使用两只手套，以避免棉花负载过重 <415 cm2 区域；然而，在实验开始前，应在特定农药和特定地点的条件下予以确认。 请点击此处以查看此图的放大版本。
- 改良型加利福尼亚滚筒法
注意：需要三人操作。装置构建规格见 Fuller et al.9- 使用一个滚筒（滚筒：14.5 kg，直径10 cm，长61 cm，表面覆盖1.2 cm厚的聚氨酯泡沫）和一个框架（宽62 cm，长91 cm），将棉布（密度＞200支；宽70 cm，长99 cm）固定在框架上。
- 由人员B和C使用夹具将棉布固定在框架上，并用金属钉将框架固定于采样区域。
注意：在采样前预先裁剪好棉布，以缩短单次采样所需时间。 - 由人员A和B用塑料薄膜（6 mm厚）包裹滚筒，防止样品间交叉污染。
- 在不施加额外下压力的情况下，由人员A以1.6 ± 0.2 km/h的目标速度，在棉布上来回滚动五次（一次往返计为一次）。
- 由人员C将框架从地面取下，并转移至附近的采样工作台。
- 在人员C持稳框架的同时，由人员A目视检查棉布表面，并用镊子去除草屑和土壤碎屑。
- 由人员A取下棉布，与人员B一起将接触草坪草的一面朝内折叠，并存入玻璃样品瓶中。
- 将玻璃瓶暂时置于冰或干冰上冷藏保存，并在采样完成后3小时内转移至冷冻保存。
- 采样结束后，丢弃包裹滚筒的塑料薄膜，使用1:1氨水:水溶液清洁框架、采样台和镊子，再用水冲洗并晾干，方可重复使用。
图3：足球滚轮装置。 除A至B部分外，所有连接处均使用PVC胶水粘合。由于部件B和D的尺寸因供应商而异，部件C的长度可能有所不同。请点击此处查看此图的放大版本。
- 足球滚动
注意：需要一人操作。- 使用由聚氯乙烯（PVC）管（40型；内径5 cm）制成的足球滚压架。
- 固定手柄（122 cm 长度； 图 3A）连接至三通管接头（图3B）。这是唯一未使用PVC胶水固定的接头，以便于存放。
- 将滚轮放置在平坦表面上（有助于对齐），并将三通管接头的两端固定以实现滑动连接 90° 肘形接头（图3D）配7 cm管长（图3C).
- 插入24 cm长的管道（图3E) 至弯头管件的开口端
- 钻尾螺钉（直径 0.6 cm，长度 7.5 cm； 图3F通过手柄末端垂直于手柄且平行于平面的管道。
- 将滞后螺栓之间的距离设置为约18.4 cm（可根据所用足球的品牌/质量略有差异）。
- 用手工锉刀或磨削工具将拉力螺栓末端的尖锐部分磨平，以免在滚动时刺破足球图3G).
- 将足球的气压释放至24 kPa。尽管在未固定于PVC滚筒上时此气压会使球体充气不足，但在足球固定于滚筒并体积减小后，气压将升至约42 kPa。
- 将足球的端点（最大直径处）接触滞后螺栓，把足球固定在滚轮上。
注意：为了减少总体采样时间和潜在污染，在特定采集时间点，每个样本应使用一个足球。- 用手旋转球体，确保球的滚动对称。
- 轻轻按压已固定的足球顶部，以确保其已牢固固定。
- 将一条吸附带（宽5 cm，长132 cm）双层缠绕在与PVC滚轮手柄对齐的球体圆周上，以确保滚动过程中草坪草与吸附带持续接触图3H).
- 用胶带（2.5 cm × 2.5 cm）将吸附条固定在球体上。
注意：在样本采集前预先裁剪吸附垫条，以缩短单次采集所需时间。
- 用胶带（2.5 cm × 2.5 cm）将吸附条固定在球体上。
- 以恒定速度（1.6）滚动小球 ± 在3.7米长的独特处理过的草坪草区域上以0.2公里/小时的速度进行滚压。根据样地尺寸，完成该距离可能需要并排滚压。操作时需注意避免接触尚未取样的植被。
注意：3.7 米的球滚动距离可能需要根据目标农药和草坪草系统进行调整。应在实验开始前通过初步试验确定该距离，即在施药后立即以及次日清晨冠层湿润时，采集不同距离处的样品，以确定可转移最大农药残留量的最佳距离。 - 球滚动后，取下吸附条，将其折叠，使接触草坪草的一侧对折在一起，并存放在玻璃瓶中。
- 在野外将玻璃罐暂时存放在装有冰块或干冰的冷藏箱中，并在样品采集完成后3小时内转移至超低温冰箱中保存。
- 使用由聚氯乙烯（PVC）管（40型；内径5 cm）制成的足球滚压架。
6. 草坪草植被采集
- 取出杯状取样器内部的柱塞，以防止采样设备接触经处理的叶片（图4A）。
图4：草坪草土芯采集。 高尔夫球场取样器是一种坚固且相对廉价的草坪草/土壤采集装置。在用于可转移农药残留样品采集前，应移除内部用于推出土芯的活塞，以避免无意中接触植被，从而导致农药残留浓度降低。请点击此处查看该图的放大版本。
- 采集具有代表性的草坪草土芯样本。
- 使用杯状切割器勾勒出土芯的轮廓，并切割至5-7.5 cm的土壤深度，以利于取出。
- 使用刀具（刀刃长度：10 至 15 cm）在核心区域外侧以斜角切割，将核心从地面取出。操作时需特别注意避免手部或刀具接触已处理的地上植被。
- 用剪刀将底层土壤表面修平，使其在样品容器中能够平稳放置。土壤深度应留有足够空间，确保草坪草植株不与样品容器盖接触。
注意：在天气允许的情况下，高尔夫球场取样器打孔步骤（方案中的6.2.1）通常于下午进行，此时植被已干燥，以便于次日上午采样。
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结果
在以往研究比较单一草坪草系统内可转移的农药残留方法，以及单一可转移农药残留方法在不同草坪草系统中应用的基础上，本研究于2016年5月24日在美国北卡罗来纳州罗利市开展了一项田间试验，旨在跨草坪草系统比较不同方法。简言之，在2,4-D（一种广泛用于草坪草系统的阔叶杂草除草剂）喷施后立即、干燥1小时后，以及施药后1天和3天（DAT），通过三种方法（手擦法、改良加利福尼亚滚筒法或足球滚动法）定量测定了其从三种草坪草物种——匍匐翦股颖（Agrostis stolonifera L.）、杂交狗牙根（Cynodon dactylon L. × C. transvaalensis Burtt-Davy）和高羊茅（Lolium arundinaceum [Schreb.] S.J. Darbyshire）——上的转移情况。匍匐翦股颖的修剪高度模拟高尔夫球场果岭，为0.4 cm，而杂交狗牙根和高羊茅分别维持在5 cm和9 cm，代表商业/住宅草坪及公园的典型管理高度。试验区域在 broadcast 喷施2,4-D（1 ...
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讨论
监管机构尚未确定一种特定方法来量化从草坪草上转移的农药残留。本研究支持根据具体场地和暴露过程的特点选择不同的方法，因为这些方法均适用于人体风险评估。然而，这些方法均存在局限性，研究人员在使用前应充分认识。最后，草坪草种类目前并未被列为可转移农药残留检测方案中的场地选择参数，本研究在以往研究基础上进一步支持应明确将该因素纳入考虑。
所述的足球滚动方法在不同采样者之间具有较高的稳健性，且仅需一人即可完成。该方法还模拟了国际上最受欢迎的体育运动中极为常见的情形，对于经手-口接触导致的非膳食性农药暴露具有诸多启示意义。此外，此概念经过极少修改后，亦可应用于其他体育运动相关物品上的农药转移研究。然而，该方法在农药转移方面相对温和，因此不应单独用于风险评估。
在所介绍的三种方法中，改良型加利福尼亚滚筒法在草坪草可转移残留物研究中应用最为广泛。该方法在不同采样器之间表现出最强的稳健性，并且在所评估的最低修剪高度的草坪系统——匍匐翦股颖上，其转移的2,4-D量与其他方法相似。这表明，在高尔夫球场果岭以及其他可能的低修剪系统（如高尔夫球场球道/...
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披露
作者无任何披露事项。
致谢
感谢Khalied Ahmed、Laney McKnight和Drew Pinnix在野外和实验室工作中的协助，同时感谢Lake Wheeler草坪草田间实验室的支持团队，包括Dustin Corbett和Marty Parish，他们为研究区域的维护提供了支持。本工作部分得到了北卡罗来纳州立大学草坪草环境研究与教育中心的资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 常规 | --- | --- | |
| 腈类手套 | 任意 | NA | |
| 冷藏箱 | 任意 | NA | |
| 草坪涂料 | 任意 | NA | |
| 田间样地测量设备 | 任意 | NA | |
| 防护性足部用品 | 任意 | NA | |
| Whatman 3 MM Chr 色谱纸 | Fisher Scientific | 05-716-3E | |
| 名称 | 公司 | 目录编号 | |
| 球滚动测试 | --- | --- | |
| 聚氯乙烯管（5 cm 内径） | Home Depot | 531137 | |
| 用于切割聚氯乙烯管的钢锯 | 任意 | NA | |
| 90° 弯头（5 cm 内径） | Home Depot | RCE-2000-S | |
| 三通接头（5 cm 内径） | Home Depot | PVC024001600HD | |
| 聚氯乙烯胶粘剂 | 任意 | NA | |
| 木螺钉（直径 0.6 cm，长度 7 cm） | Home Depot | 801366 | |
| 4 号足球 | 任意 | NA | |
| 压力表 | 任意 | NA | |
| 手动气泵 | 任意 | NA | |
| 布料剪刀 | 任意 | NA | |
| Scott Rags-In-A-Box | Uline | S-12809 | |
| 胶带 | 任意 | NA | |
| 8 oz 可密封玻璃罐 | 任意 | NA | |
| 名称 | 公司 | 目录编号 | |
| 手部擦拭 | --- | --- | |
| 100% 棉质重型检查手套 | Uline | S-19284 | |
| 数码相机 | 任意 | NA | |
| ImageJ 软件 | 美国国立卫生研究院 | https://imagej.nih.gov/ij/ | |
| 可称量至 400 g 的电子天平 | 任意 | NA | |
| 秒表 | 任意 | NA | |
| 塑料桶（23 cm 直径） | Home Depot | 209313 | |
| 16 oz 可密封玻璃罐 | 任意 | NA | |
| 名称 | 公司 | 目录编号 | |
| 改良型加利福尼亚滚压器 | --- | --- | |
| 金属导管（直径 1.25 cm，长度 1.8 m） | Home Depot | 101543 | |
| 聚氯乙烯管（10 cm 内径） | Home Depot | 531103 | |
| 沙子 + 螺纹钢，用于将滚压器重量调整至 14.5 kg | 任意 | NA | |
| 聚氯乙烯堵头 | Home Depot | 33403D | |
| 聚氨酯泡沫板（厚度 1.25 cm），用于包裹聚氯乙烯管 | 任意 | NA | |
| 6 mm 油漆工塑料膜 | 任意 | NA | |
| 有机玻璃板（107 cm 长 × 76 cm 宽 × 0.6 cm 厚） | 任意 | NA | |
| 快夹 | 任意 | NA | |
| 金属钉（长度 10 至 15 cm），用于将框架固定于地面 | 任意 | NA | |
| 100% 棉质床单（>200 支纱） | 任意 | NA | |
| 镊子 | 任意 | NA | |
| 32 oz 可密封玻璃罐 | 任意 | NA | |
| 名称 | 公司 | 目录编号 | |
| 草坪草植被芯样采集 | --- | --- | |
| 杠杆式高尔夫球场果岭取芯器 | Par Aide Product Company | 1001-1 | |
| 刀具 | 任意 | NA | |
| Fiskars 草本植物剪刀 | Home Depot | 96086966J | |
| 草坪插塞塑料容器 | 任意 | NA |
参考文献
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