农药是用于杀死或抑制室内和室外不需要的生物的化学或生物制剂（Amaral, 2014）。它们被广泛用于控制有害害虫、病原体和杂草，在农业生产及公共卫生中起着关键作用（de Souza et al., 2020）。根据不同的作用对象，农药可以分为不同的类别，包括杀菌剂、杀虫剂、除草剂和灭鼠剂。例如，除草剂用于杀死杂草，而杀虫剂用于杀死昆虫（Mnif et al., 2011; Tudi et al., 2021）。全球农药产量每年增长约11%，从20世纪50年代的20万吨增加到2000年的超过500万吨，年消费量达30亿吨（Carvalho, 2017; Chang et al., 2017）。农药在施用后或处置过程中会进入环境，并在那里发生迁移和降解（Marie et al., 2017; Scholtz and Bidleman, 2007）。农药残留物及其降解产物可被植物根部吸收并通过木质部传输到不同组织，对土壤和植物产生不利影响，包括活性氧的过度生成、氧化应激、DNA损伤、光合作用抑制、坏死、叶片变形，最终导致植物死亡（Sharma et al., 2019）。此外，许多农药如氯丹、狄氏剂和艾氏剂具有抗降解性，在环境中持续存在很长时间（Alengebawy et al., 2021）。这些持久性的农药残留物可发生生物累积，其浓度可超过初始浓度的70,000倍（Kim et al., 2017; Zaka et al., 2019）。
由于社会大规模使用这些化学品，地表水中检测到了高浓度的农药（Belles et al., 2019; Casado et al., 2019; Claver et al., 2006; De Geronimo et al., 2014; Schreiner et al., 2016; Varca, 2012; Vryzas et al., 2009; Wan et al., 2021）。它们在地表水中的存在会导致水质下降，并对多种鱼类的主要器官（如肝脏、肾脏和生殖腺）的功能造成威胁（Hasan et al., 2022; Uddin et al., 2022），此外，人们通过食用受污染的鱼类和饮用水也可能受到危害（Abreu-Villaca and Levin, 2017; El-Nahhal and El-Nahhal, 2021; Teklu et al., 2015; Yin et al., 2020）。鉴于这些农药对环境和生物的严重危害，全球对其的监管日益严格。美国环保署（EPA）将饮用水中2-氯-4-乙氨基-6-异丙氨基-1,3,5-三嗪（阿特拉津）的最大污染物浓度（MCL）设定为3 μg/L，2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）的MCL设定为70 μg/L（Wirbisky and Freeman, 2015）。世界卫生组织（WHO）建议饮用水中2,4-D的浓度应低于30 μg/L（WHO, 2011）。中国的《饮用水水质标准》（GB5749-2022）规定2,4-D和阿特拉津的毒性指标限值分别为30 μg/L和2 μg/L。
尽管农药在农业生产中普遍使用，但它们在城市地区（如花园、休闲区等）的应用也越来越广泛（Mnif et al., 2011; Tudi et al., 2021）。在草坪、家庭花园和公园等城市环境中，农药的使用非常普遍，例如美国每年在草坪上使用的农药活性成分接近8000万磅（Grube et al., 2011）。对于除草剂、杀虫剂和杀菌剂，家庭草坪和花园的应用分别占总量的8%、15%和10%（Bush, 2018）。目前，大多数关于农药的研究集中在农业环境中，但其在城市流域中的存在和传输途径仍不清楚。值得注意的是，与干燥天气相比，潮湿天气下地表水中的污染物浓度趋于增加。这一现象可能归因于两个关键因素：（1）地表径流是农药从农田迁移到水生生态系统的主要驱动力。降雨期间，地表径流量增加，促进了除草剂和杀虫剂等污染物的淋溶，随后通过雨水排水系统进入地表水（Adriaanse et al., 2017; Cryder et al., 2019; Jesus Garcia-Galan et al., 2020; Parajulee et al., 2018）。（2）城市排水系统包括合流制或分流制。在合流制系统中，当降雨期间混合污水的流量超过截流管的输送能力时，部分高度稀释但未经处理的污水会直接流入接收的地表水（Regnery et al., 2020）。在分流制系统中，仍存在由于非法连接导致的污水溢出的情况。因此，降雨期间的合流制溢流（CSOs）和非法连接是污染物进入地表水的潜在途径，对水质和水资源的安全再利用构成威胁。
降雨后，含有高浓度农药的地表水可能流入下游的饮用水处理厂（DWTPs），成为饮用水中的污染物来源。在处理过程中，地表水中的污染物会在一定程度上被去除。例如，大分子有机物被认为是消毒副产物（DBPs）的主要前体，可以通过常规处理工艺（如混凝和吸附）大部分去除（Ivančev-Tumbas, 2014）。然而，低分子量污染物如农药难以去除，因此更有可能进入消毒阶段（de Souza et al., 2020）。消毒是饮用水处理中的重要环节，可以有效防止水传播疾病的爆发，但同时也会引发消毒剂与污染物之间的反应，导致不希望产生的DBPs的形成（Boorman et al., 1999; Daniel et al., 1986; Ding et al., 2019）。长期接触饮用水中的DBPs与细胞毒性、遗传毒性和致癌性有关，增加患膀胱癌（Han and Zhang, 2018; Li and Mitch, 2018）、直肠癌和结肠癌（Diana et al., 2019; Wang et al., 2007）的风险。
阿特拉津是一种非常有效且经济的除草剂，20世纪80年代末年的年消费量约为7万至9万吨（Chandra and Usha, 2021）。美国每年约有7200万磅阿特拉津用于农业，使其成为美国使用量最大的农药活性成分之一（US EPA, 2020）。阿特拉津在魁北克省也是销售量最高的除草剂，2012年的处理面积超过32万英亩（Montiel-Leon et al., 2019）。2,4-D作为一种广泛用于谷物作物、牧场和果园的除草剂，自2001年以来每年在住宅市场的使用量约为800万至1100万磅（Trivedi and Mandavgane, 2018）。超过1500种除草剂产品以2,4-D作为活性成分（Trivedi and Mandavgane, 2018）。据报道，中国2010年的2,4-D产量约为4万吨（Liu et al., 2013）。另一种全球普遍使用的除草剂2-甲基-4-氯苯氧乙酸（MCPA）位列住宅和农业用途的前25种化合物之列（Von Stackelberg, 2013）。N,N-二乙基-3-甲基苯甲酰胺（DEET）由美国军方于1946年开发，用于保护部署在某些地区的部队免受蚊虫叮咬及相关疾病的侵害，1957年向公众开放，并迅速成为许多商业驱虫剂的活性成分（Kitchen et al., 2009）。据估计，大约三分之一的美国人口至少使用过一种含DEET的产品（Merel et al., 2015）。由于这些农药在全球范围内的广泛应用，它们在各种水环境中持续以高浓度存在。已有超过200篇同行评审的出版物报道了北美洲、欧洲、亚洲、大洋洲以及最近的非洲和南美洲的水体中DEET的浓度，范围从ng/L到mg/L（Merel and Snyder, 2016）。在地表水和地下水中检测到的DEET浓度分别高达24,000 ng/L（Dsikowitzky et al., 2014）和5,400 ng/L（Katz and Griffin, 2008）。此外，2,4-D、MCPA和阿特拉津在地表水中的最大浓度分别达到16,600 ng/L（Yamini and Saleh, 2013）、39,000 ng/L（Kreuger, 1998）和1,726 ng/L（Peng et al., 2018）。考虑到2,4-D、MCPA、阿特拉津和DEET在地表水中的广泛应用、高检出频率和浓度，它们可能对下游水体构成重大风险，尤其是在潮湿天气下。此外，降雨事件对地表水中农药浓度及其在城市流域中的迁移机制尚不清楚。因此，本研究旨在：（1）调查城市雨水排水系统中各种农药的浓度分布，特别关注降雨事件期间四种典型农药的出现情况；（2）确定雨水系统中典型农药的浓度和传输途径；（3）评估它们在环境中的生态风险；（4）评估个别农药对下游饮用水处理厂中四种受监管或优先控制的DBPs（三卤甲烷[THMs]、卤代乙醛[HALs]、卤代丙酮腈[HANs]和卤代硝基甲烷[HNMs]）形成的贡献。
