本发明属于农业风险评估，具体涉及一种结合微生物响应模式的土壤残留农药风险评估方法。
背景技术：
1、在施用农药抵御病害的同时，往往会因农药残留而带来诸多的环境健康问题，如食品安全问题、生态多样性损害和生物耐药抗性的产生等问题。过量农药的施用将导致大量农药的残留，这会给农产品健康安全和农业生产带来巨大的危害，在来自11个欧盟国家的317个表土样品中，83％的样品检测出含有76种不同类型的农药残留。目前学者更多地将研究视角集中在对土壤中农药残留的监测上，但这对土壤健康和农业绿色发展的促进是远远不够的。农业土壤中农药及其混合物种类繁多，导致无法对每种潜在的污染物进行生态毒性测试。
2、微生物是生态的基石，土壤微生物群落是反映土壤健康的重要指标，土壤中的农药残留会改变土壤微生物群落结构并使某些微生物产生抗性，因而土壤微生物也能够很好的反映出土壤自身抵抗农药胁迫的动态调控机制。
3、因此，对农药残留风险进行综合评估非常困难，急需一种稳健的方法来对化学混合物进行生态风险评估，以提供农药残留导致的土壤污染的早期预警，并为农药施用和控制农业生态系统土壤环境风险提供有效策略。同时，微生物在生态环境中举足轻重的地位也促使我们健全相关微生物响应模式，设置微生物响应权重。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种结合微生物响应模式的土壤残留农药风险评估方法，通过清晰划分不同方式所造成的潜在农药风险，考虑了残留农药对致癌与非致癌的潜在风险，进一步结合微生物的响应模式，综合分析了土壤中不同农药共同作用造成的土壤农药整体风险，在风险评估过程中实现风险指标的量化表示，并结合划分各部分的风险等级，实现对残留农药风险做出了合理评估，构建了完整风险评估指标体系。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种结合微生物响应模式的土壤残留农药风险评估方法，包括如下步骤：
4、s1：获取农用地土壤中的各项农药残留浓度数据与微生物分布数据；
5、s2：构建关于农药残留浓度数据的成人平均每日暴露剂量模型，该模型通过消化道摄食途径、呼吸道吸入途径、皮肤接触途径三个方面计算相应农药残留下进入人体的各项农药平均每日暴露剂量，形成健康安全风险评估初始模型；
6、s3：构建关于人类在各项农药暴露剂量下的致癌与非致癌风险评估模型及对应的安全风险等级，输入步骤s2计算的相应农药残留下进入人体的各项农药平均每日暴露剂量，获取并输出致癌与非致癌风险安全风险值及对应的安全风险等级；
7、s4：构建关于微生物分布数据以及各种农药残留情况的生态风险熵值评估模型，根据步骤s1获取的各项农药残留浓度数据与微生物分布数据，计算并输出农药生态风险熵值及对应的安全风险等级。
8、进一步地，步骤s1收集的农药残留状况与微生物数据包括：土壤中残留量排名前50的农药的名录及其残留量，土壤细菌群落物种数和厚壁菌门相对丰度。
9、进一步地，步骤s2中三个方面的成人平均每日暴露剂量，按照如下公式计算：
10、
11、式中：addingestion—全称为average daily exposure dose for ingestion，表示通过消化道摄食途径进入人体的农药平均每日暴露剂量，mg/(kg·天)；
12、addinhalation—全称为average daily exposure dose for inhalation，表示通过呼吸道吸入途径进入人体的农药平均每日暴露剂量，mg/(kg·天)；
13、addskinexposure—全称为average daily exposure dose for skin exposure，表示通过皮肤接触途径进入人体的农药平均每日暴露剂量，mg/(kg·天)；
14、rpci—全称为residual pesticide concentration，表示实际土壤中第i种农药残留农药的浓度，μg/kg；
15、ingr—全称为ingestion rate，表示土壤摄食率，mg/天；
16、ef—全称为exposure frequency，表示暴露频率，天/年；
17、ed—全称为exposure duration，表示人平均一生的暴露时间，取值为70年；
18、cf—全称为conversion fraction，表示转换系数，1x10-6kg/mg；
19、bw—全称为body weight，表示平均体重，kg；
20、at—全称为average time，表示一年的平均时间，取值为365天；
21、inhr—全称为inhalation rate，表示为吸入率，m3/天；
22、prf—全称为powder generation factor，表示土壤粉尘产生系数，m3/kg；
23、sa—全称为surface area，表示接触土壤的皮肤表面积，cm2；
24、afsoil—全称为adherence factor for soil，表示土壤皮肤粘附因子，mg/(天·cm2)；
25、abs—全称为absorption coefficient for skin，表示皮肤吸收系数，一般建议取0.1。
26、进一步地，步骤s3中，建立致癌与非致癌风险评估模型及对应的安全风险等级的具体步骤：
27、消化道摄食途径和皮肤接触途径导致的致癌风险均按照如下公式计算：
28、cr＝addri×sf
29、式中：cr—表示消化道摄食途径或皮肤接触途径的致癌风险；
30、addri—表示通过消化道摄食途径或皮肤接触途径计算的第i种农药进入人体的农药平均每日暴露剂量，mg/(kg·天)；
31、sf—表示致癌斜率因子(kg·天/mg)，消化道摄食途径和皮肤接触途径均为2.0kg·天/mg。
32、通过呼吸道吸入途径导致的致癌风险由以下公式计算：
33、crinhalation＝addinhalation×aflnh×iur
34、式中：crinhalation—表示呼吸道吸入途径的致癌风险；
35、addinhalation—表示通过呼吸道吸入途径计算的第i种农药进入人体的农药平均每日暴露剂量，mg/(kg·天)；
36、aflnh—表示肺吸收系数，选自1；
37、iur—吸入单位风险，选自0.57m3/mg；
38、第i种农药下的总致癌风险，等于上述消化道摄食途径、皮肤接触途径和呼吸道吸入途径三方面的致癌风险之和。
39、非致癌风险由以下公式计算：
40、
41、式中：ncri—表示第i种农药下的非致癌风险；
42、addi—表示通过口服途径、皮肤接触途径或呼吸道途径计算的第i种农药进入人体的农药平均每日暴露剂量，mg/(kg·天)；
43、rfdi—表示为第i种农药对人类最大允许暴露日计量，mg/(kg·天)；
44、第i种农药下的总非致癌风险，等于消化道摄食途径、皮肤接触途径和呼吸道吸入途径三方面的非致癌风险之和。
45、进一步地，所诉总致癌风险分为五个等级：极低(<10-6)、低(10-6～10-4)、中(10-4～10-3)、高(10-3～10-1)和极高(>10-1)。
46、进一步地，所述总非致癌风险分为四个等级：极低(<1)、低(1～5)、中(5～10)和高(>10)。
47、进一步地，在步骤s4中，土壤农药风险的生态风险熵值评估模型，每种农药的农药生态风险熵值计算公式如下：
48、
49、式中：rqi—表示第i种农药的生态风险指数；
50、rpci—表示实际土壤中第i种农药残留农药的浓度，μg/kg；
51、pneci—表示第i种农药的预测无影响浓度，μg/kg；
52、鉴于典型土壤动物的内源微生物群有助于解释微生物群落与土壤动态平衡之间的关系，在这里我们使用蚯蚓在第i种农药下的半数致死浓度lc50来表示pneci，按照如下公式定义；
53、
54、蚯蚓在第i种农药下的半数致死浓度lc50的数据，可根据农药特性数据库(pesticide properties database,ppdb，https://sitem.herts.ac.uk/aeru/ppdb/en/)查询得出。
55、进一步地，考虑多组土壤间残留农药风险受微生物影响情况，结合考虑厚壁菌门相对丰度与土壤细菌物种数量的影响，细菌群落物种数w和厚壁菌门丰度q会影响农药受微生物作用降解能力，从而建立一个模型来描述某一样本点，修正后由微生物群落影响的降解速率kwi：
56、kwi＝ki(1-αiw-βiq)
57、表中：ki—表示第i种农药自然降解速率；
58、αi—表示该样本点第i种农药的细菌群落物种数修正因子；
59、w—表示该样本点的细菌群落物种数；
60、βi—表示该样本点第i种农药的厚壁菌门相对丰度修正因子；
61、q—表示该样本点的厚壁菌门相对丰度；
62、因而结合微生物影响生态风险总熵值计算公式如下：
63、
64、式中：rwi—表示该样本点第i种农药的生态风险熵值总和
65、单一农用地整个样本点的生态风险总熵值rqall是该样本点各个单一农药rwi的总和，单一农用地样本点土壤生态风险熵值计算公式如下：
66、
67、式中：rqall—表示该样本点的生态风险熵值拟合总和。
68、进一步地，修正因子αi与βi的确认可以通过预实验进行获得，步骤如下：
69、1)检测第i种农药在无菌土壤中的降解半衰期，以此来确定农药自然降解速率ki；
70、2)设置一系列实验组，不同实验组的无菌土壤中分别引入不同厚壁菌门相对丰度、不同细菌群落物种数的细菌群落。针对每个实验组分别检测第i种农药的降解半衰期，以此来确定农药由微生物群落影响的降解速率kwi；
71、3)根据公式kwi＝ki(1-αiw-βiq)进行拟合，获得第i种农药的细菌群落物种数修正因子αi随细菌群落物种数w的对应关系，以及第i种农药的厚壁菌门相对丰度修正因子随细菌群落中厚壁菌门相对丰度q的对应关系。
72、进一步地，以厚壁菌门作为降解识别辅助菌，辅助风险等级的确立，最终将生态风险熵值可划分成为四个风险等级：(1)可忽视的风险(rq<0.01)(2)低农药生态风险(0.01≤rq<0.1)(3)中农药生态风险(0.1≤rq<1)(4)高农药生态风险(1≤rq)。
73、本发明取得的有益效果是：本发明综合考虑微生物的响应模式，在风险评估过程中实现风险的量化表示，并对风险水平进行等级划分，实现残留农药全面完整的风险评估。
1.一种结合微生物响应模式的土壤残留农药风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种结合微生物响应模式的土壤残留农药风险评估方法，其特征在于，步骤s1收集的农药残留状况与微生物数据包括：土壤中残留量排名50的农药的名录及其残留量，土壤细菌群落物种数和厚壁菌门相对丰度。
3.如权利要求1所述的一种结合微生物响应模式的土壤残留农药风险评估方法，其特征在于，步骤s2中三个方面的成人平均每日暴露剂量，按照如下公式计算：
4.如权利要求3所述的一种结合微生物响应模式的土壤残留农药风险评估方法，其特征在于，步骤s3中，建立致癌与非致癌风险评估模型及对应的安全风险等级的具体步骤：
5.如权利要求4所述的一种结合微生物响应模式的土壤残留农药风险评估方法，其特征在于，所诉总致癌风险分为五个等级依次分别为极低、低、中、高和极高，分别对应致癌安全风险值范围分别是<10-6、10-6～10-4、10-4～10-3、10-3～10-1和>10-1；所述总非致癌风险分为四个等级依次分别为极低、低、中和高，分别对应非致癌安全风险值范围分别是<1、1～5、5～10和>10。
6.如权利要求1所述的一种结合微生物响应模式的土壤残留农药风险评估方法，其特征在于，土壤农药风险的生态风险熵值评估模型，每种农药的农药生态风险熵值计算公式如下：
7.如权利要求1所述的一种结合微生物响应模式的土壤残留农药风险评估方法，其特征在于，整个样本点的生态风险熵值划分成为四个风险等级依次分别为可忽视的风险、低农药生态风险、中农药生态风险和高农药生态风险，分别对应生态风险熵值拟合总和范围分别是<0.01、大于等于0.01且小于0.1、大于等于0.1且小于1、≥1。
