2種種衣劑對水稻和克氏原螯蝦的安全性、惡苗病防效及殘留動態(tài)研究

陳曉楓，齊素貞，陳 燈，胡琦娟，曹明章*

（1.深圳諾普信農(nóng)化股份有限公司，深圳 518102；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所，北京 100093；3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，武漢 430070）

農(nóng)藥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的生產(chǎn)資料，伴隨著農(nóng)用化學(xué)品的長期不當(dāng)使用，其造成的環(huán)境污染、糧食安全和生態(tài)問題也引發(fā)了世界各地的關(guān)注[1-4]。近幾年來，我國在保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量滿足市場需求的前提下，大力推動“農(nóng)藥化肥雙減”項(xiàng)目，開發(fā)農(nóng)藥使用的新途徑，采用精準(zhǔn)施藥技術(shù)施藥，提高農(nóng)藥利用率的同時(shí)降低農(nóng)藥環(huán)境殘留風(fēng)險(xiǎn)是現(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然途徑[5-6]。

在眾多農(nóng)藥劑型及使用方式中，種衣劑在施用方式、使用成本、病害防治、作物抗逆性提高和環(huán)境污染治理等方面具有較大的優(yōu)勢。在水稻、大豆、小麥、玉米、花生、蔬菜等多種作物種子上得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會及生態(tài)效益[7-8]。

相比于旱地作物，水稻對氣候和種植條件限制較多，苗期病蟲害發(fā)生較多，但目前關(guān)于適用于水稻種子處理的種衣劑研究仍然缺乏[9]。在眾多的農(nóng)藥有效成分中，新煙堿類化合物在全球殺蟲劑市場上占據(jù)了半壁江山，廣泛用于多種害蟲，尤其是刺吸式口器害蟲的防治。噻蟲嗪（Thiamethoxam）作為第二代新煙堿類高效低毒殺蟲劑，憑借其對多種刺吸式害蟲的良好防效而得到了廣泛應(yīng)用[10]；精甲霜靈（Metalaxyl-M）是甲霜靈的高效旋光單體，可用于種子處理、土壤處理及莖葉處理，且在土壤中降解速度較快，對使用者和環(huán)境友好[11]；嘧菌酯（Azoxystrobin）是甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑，幾乎可用于所有常見的真菌病害[12]；咯菌腈（Fludioxonil）為非內(nèi)吸性的吡咯類殺菌劑，可用于防治種子帶菌及土壤傳播的真菌病害[11,13]。這4種化合物是近年來在種衣劑上研發(fā)和登記較多的品種，本研究在此基礎(chǔ)上研發(fā)了2種水稻種衣劑，分別為25%噻蟲嗪·精甲霜靈·咯菌腈懸浮種衣劑（商品名：全程）和11%咯菌腈·精甲霜靈·嘧菌酯懸浮種衣劑（商品名：潤苗），目前這2種種衣劑均已成功市場化，其對多種作物上的常見病害具有很好的防效[14-15]。

成功的種衣劑不僅需要對病蟲害有較好的防效，還應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，符合對環(huán)境和非靶標(biāo)生物的安全要求。針對這些問題，本研究主要開展了這2種種衣劑對水稻種子安全性的影響，對惡苗病的防效評價(jià)，以及監(jiān)測研究二者在水稻生長中的殘留變化，并對稻蝦種養(yǎng)模式中克氏原螯蝦的急性毒性進(jìn)行評價(jià)。本研究中獲得的結(jié)果將有利于綜合評價(jià)全程和潤苗的田間環(huán)境安全性及藥效，為其推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

試驗(yàn)品種：水稻種子安全性評價(jià)及惡苗病防效評價(jià)試驗(yàn)品種為“龍粳31”，黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院植物保護(hù)研究所；種子包衣殘留動態(tài)評估試驗(yàn)品種為“湘晚秈11”，湖南雜交水稻研究中心。

試驗(yàn)藥劑：11%咯菌腈·精甲霜靈·嘧菌酯懸浮種衣劑（潤苗）、25%噻蟲嗪·精甲霜靈·咯菌腈懸浮種衣劑（全程），深圳諾普信農(nóng)化股份有限公司。

試驗(yàn)儀器：三重四極桿超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀，安捷倫科技（中國）有限公司；QuCHERS前處理鹽包、凈化柱，北京五洲東方科技發(fā)展有限公司；CV200真空冷凍濃縮儀，北京吉艾姆科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)場地

水稻種子種苗田間安全性及惡苗病防效評價(jià)試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)置于黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院植物保護(hù)研究所唐家試驗(yàn)基地；種子包衣殘留動態(tài)評估試驗(yàn)取樣地點(diǎn)設(shè)置于湖南省瀏陽市大圍山鎮(zhèn)；藥劑對克氏原螯蝦急性毒性評價(jià)試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)置于江蘇省無錫市。

1.3 種子包衣安全性及對惡苗病的防效評價(jià)

根據(jù)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分別設(shè)置全程200（Q1）、400（Q2）、800（Q3）g/100 kg種子，潤苗200（R1）、400（R2）、800（R3）g/100 kg種子各3個(gè)處理，對水稻種子包衣處理后開始浸種，每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)5個(gè)秧盤（0.167 m2/盤），播種量為芽種100 g/盤，以清水為空白對照。

浸種后，播種前觀察水稻出芽、出苗后是否存在畸形、扭曲等現(xiàn)象，調(diào)查出苗率；插秧前調(diào)查秧苗素質(zhì)，每個(gè)處理取1點(diǎn)，每點(diǎn)取100株盤育苗，測量秧苗的株高、百株地上干/鮮重、百株地下干/鮮重、根數(shù)，并按式（1）計(jì)算充實(shí)度，同時(shí)觀察惡苗病的發(fā)生情況。惡苗病發(fā)病情況調(diào)查在秧田期每個(gè)小區(qū)采用5點(diǎn)取樣，每點(diǎn)統(tǒng)計(jì)100株稻苗的發(fā)病情況，以空白對照為基準(zhǔn)，計(jì)算發(fā)病率，并以發(fā)病率計(jì)算相應(yīng)的防效，詳見式（2）。

1.4 水稻及稻田土壤中的藥劑殘留動態(tài)評價(jià)

1.4.1 小區(qū)設(shè)置及樣品采集

根據(jù)前期藥效試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)置潤苗200、400 g/100 kg種子、全程500 g/100 kg種子3個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，分別進(jìn)行種子包衣，以清水為空白對照。試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在湖南瀏陽大圍山，直播田。在試驗(yàn)開始時(shí)，根據(jù)設(shè)定使用劑量對水稻種子進(jìn)行包衣，在通風(fēng)處晾曬干燥后采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，在各個(gè)試驗(yàn)小區(qū)（30 m2，小區(qū)之間設(shè)置隔離帶）內(nèi)進(jìn)行播種。在水稻苗期（播后15 d）、拔節(jié)期（播后30 d）、抽穗期（播后70 d）采用隨機(jī)多點(diǎn)采樣法收集水稻植株全株樣本及其對應(yīng)的土壤樣本，每個(gè)樣本量不低于500 g，經(jīng)切碎、混合均勻后四分法留樣100 g左右，-20℃保存待分析。

1.4.2 儀器檢測條件

采用超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀對水稻和土壤中的目標(biāo)化合物進(jìn)行分析。色譜條件：色譜柱為Agilent Eclipse Plus C18（2.1 mm×100 mm，1.8μm)；柱溫為30℃；進(jìn)樣體積為1μL；流動相A為0.1%甲酸水，流動相B為0.1%甲酸乙腈。梯度洗脫條件見表1。

表1 梯度洗脫條件

質(zhì)譜條件：電噴霧正離子模式（ESI＋）；多重反應(yīng)監(jiān)測（MRM）；離子源溫度為350℃；鞘氣溫度為350℃；電離電壓為4 kV；各目標(biāo)化合物定性離子對、定量離子對、駐留時(shí)間、碎裂電壓、碰撞能量，見表2。

表2 目標(biāo)化合物質(zhì)譜參數(shù)

1.4.3 樣品前處理

水稻或土壤樣品：準(zhǔn)確稱取5.0 g樣品置于50 mL離心管中，加入5 mL去離子水后充分渦旋2 min；樣品混勻后加入20 mL乙腈（色譜純），再次充分渦旋3 min；向離心管中加入5 g鹽包，充分渦旋震蕩3 min后于8 000 r/min離心5 min，獲得上清提取液。

對于水稻植株樣品，將8 mL上清液轉(zhuǎn)移至安捷倫QuCHERS試劑盒5982-1010凈化管中進(jìn)行凈化，并加入20 mg GCB，充分震蕩渦旋3 min后，于8 000 r/min離心5 min；取上清提取液5 mL至新的潔凈離心管中，用真空冷凍濃縮儀在45℃旋轉(zhuǎn)蒸干2.5 h；向蒸干后的樣品中加入0.5 mL乙腈（色譜純），渦旋充分溶解樣品后，過0.22μm濾膜至進(jìn)樣瓶中，上機(jī)分析。

土壤樣品不需凈化，取提取液8 mL至潔凈離心管中，用真空冷凍濃縮儀在45℃條件下旋轉(zhuǎn)蒸干2.5 h；向蒸干后的樣品中加入1 mL乙腈（色譜純），渦旋充分溶解樣品后，過0.22μm濾膜至進(jìn)樣瓶中待分析。

1.4.4 方法驗(yàn)證及數(shù)據(jù)分析

采用外標(biāo)法定量，分別以乙腈（色譜純）或各基質(zhì)溶液為溶劑，將1.0 mg/mL的各待檢藥劑標(biāo)準(zhǔn)溶液依次稀釋獲得100.0、50.0、10.0、5.0、1.0、0.5、0.1 ng/mL，在上述超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀條件下進(jìn)行測定。以各標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度作為橫坐標(biāo)，峰面積作為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

以對照區(qū)中的水稻植株樣品或土壤作為空白樣品，在其中添加一定體積的標(biāo)準(zhǔn)溶液，獲得含0.1、1.0、10.0μg/kg藥劑的添加回收樣品，按照上述方法提取樣品中的待檢藥劑，根據(jù)所建立的分析方法測定回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。

1.5 2種種衣劑對克氏原螯蝦的急性毒性評價(jià)

采用半靜態(tài)試驗(yàn)法在室內(nèi)條件下評價(jià)全程和潤苗對克氏原螯蝦的96 h急性毒性。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，各個(gè)藥劑設(shè)置5個(gè)濃度處理組，以曝氣自來水（溫度18～24℃、pH值6.0～7.0、總硬度100～200 mg/L，溶解氧大于或等于6 mg/L）為空白對照，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。

克氏原螯蝦在試驗(yàn)室條件下馴養(yǎng)1周后即可進(jìn)行試驗(yàn)。馴養(yǎng)期間克氏原螯蝦的死亡率不能超過2%。試驗(yàn)前24 h和試驗(yàn)期間禁止喂食，試驗(yàn)時(shí)隨機(jī)挑選附肢、體表無損傷，健壯活潑，大小一致，平均體長（連尾）為2.5～4.5 cm，平均體重（濕重）為0.5～2.0 g的克氏原螯蝦幼體作為試驗(yàn)試材。用30 L玻璃魚缸為容器，每個(gè)容器加20 L水，每個(gè)重復(fù)放入10尾克氏原螯蝦，每24 h更換50%試驗(yàn)藥液，以保持藥液濃度維持在80%以上。試驗(yàn)開始后6、24、48、72、96 h觀察并記錄受試蝦的中毒及死亡情況，計(jì)算全程和潤苗的96 h-LC50值。

2 結(jié)果與分析

2.1 種衣劑對水稻種子的安全性及對惡苗病的防效評價(jià)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)（表3），水稻種子經(jīng)全程和潤苗包衣處理后，各處理組中種子發(fā)芽率與空白對照組無顯著性差異，且低劑量處理組的發(fā)芽率略優(yōu)于空白對照組。秧盤生長調(diào)查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)種衣劑處理的水稻種子，其秧苗在根數(shù)、干/鮮重、莖基寬等素質(zhì)指標(biāo)上與對照組無顯著差異。值得注意的是，經(jīng)全程400、800 g/100 kg種子及潤苗200、400 g/100 kg種子處理組的株高顯著低于空白對照組，說明經(jīng)這2種種衣劑處理的水稻秧苗在早期生長略微緩慢，但從充實(shí)度來看，經(jīng)種衣劑處理的秧苗充實(shí)度更優(yōu)，生長健壯。

表3 種衣劑對水稻種子的田間秧盤安全性及對惡苗病的防效評價(jià)

2.2 種衣劑對水稻惡苗病的防效

種衣劑在預(yù)防、控制作物苗期病害方面可發(fā)揮良好的作用。在本次田試中（表3），全程使用劑量200～800 g/100 kg種子范圍內(nèi)對水稻惡苗病的防效可達(dá)到85.5%以上。潤苗的防效更佳，在200～800 g/100 kg種子的使用劑量下，對水稻惡苗病的防效高達(dá)99.5%以上，顯著優(yōu)于全程。

2.3 種衣劑在稻田土壤和水稻植株中的動態(tài)殘留

2.3.1 方法驗(yàn)證

在建立的分析條件下，0.1～100 ng/mL濃度內(nèi)各藥劑吸收面積與相應(yīng)質(zhì)量濃度之間具有良好的線性關(guān)系（R2＞0.99）。采用空白基質(zhì)提取液逐級稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液的方法，根據(jù)S/N≥3確定檢出限（LOD）；S/N≥10確定定量限（LOQ）。各化合物在儀器上的響應(yīng)靈敏。結(jié)合各化合物的基質(zhì)標(biāo)曲響應(yīng)和最低添加回收濃度，噻蟲嗪、精甲霜靈、咯菌腈、嘧菌酯的方法檢出限在0.01 ng/mL，定量限在0.1 ng/mL。各目標(biāo)化合物在水稻植株和土壤基質(zhì)中的添加回收率為71%～103%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為1.8%～11.2%。方法的準(zhǔn)確性和重復(fù)性良好，可以滿足樣品中目標(biāo)化合物的后續(xù)分析。

2.3.2 種衣劑有效成分在稻田土壤樣品中的殘留

根據(jù)上述建立的前處理方法和儀器分析方法，試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)的水稻土壤樣品中各目標(biāo)藥劑的化合物檢測結(jié)果，見表4。

由表4可知，4種目標(biāo)化合物在對照組土壤中均無檢出。全程處理組中噻蟲嗪的殘留量在播種15 d后土壤中的檢出濃度為57.10±17.12μg/kg；在30 d則顯著降低至27.73±10.54μg/kg；播種70 d后濃度降低至僅為0.84±0.55μg/kg。對于精甲霜靈和咯菌腈而言，其殘留量在全程和潤苗處理的土壤樣品中差異不大，播種后15 d時(shí)二者殘留水平在2.72±2.54～5.34±2.36μg/kg，30 d時(shí)降低至0.48±0.05～2.39±2.58μg/kg，70 d時(shí)則均未檢出；兩組潤苗處理組中嘧菌酯的平均殘留水平15 d時(shí)分別為30.64±17.35和37.26±27.4μg/kg，30 d時(shí)則顯著降低至1.58±0.77μg/kg和11.79±4.62μg/kg，70 d時(shí)沒有檢出。

由此可見，潤苗、全程經(jīng)種子包衣后在水稻苗期能夠有效存在于種子根系附近的土壤中，對土傳、種傳苗期病蟲害起到防治作用，而播后70 d通過作物吸收利用及降解作用，在土壤中基本無檢出，對環(huán)境安全。

2.3.3 種衣劑有效成分在水稻植株樣品中的殘留

根據(jù)上述建立的前處理方法和儀器分析方法，試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)的水稻植株樣品中各目標(biāo)藥劑的化合物檢測結(jié)果如表5。

由表5可知，4種目標(biāo)化合物在水稻植株中的殘留變化與土壤中的變化相似，播種70 d后，4種化合物在所有水稻樣品中均沒有檢出。其中，值得注意的是，嘧菌酯在水稻播種初期殘留水平較高，在15 d后水稻植株樣品中，潤苗低、高濃度處理組中的殘留水平分別為23.97±8.79和86.18±38.12μg/kg，在30 d后分別降低至7.51±6.17和10.44±1.87μg/kg。播后15 d時(shí)，400 g/100 kg劑量處理組的水稻植株中的殘留量為86.18±38.12μg/kg，遠(yuǎn)高于土壤中殘留量37.26±27.74μg/kg，表明嘧菌酯能夠有效地被水稻植株吸收，進(jìn)而對病害起到較好的防治作用。

表5 水稻植株樣品中各目標(biāo)化合物的檢測結(jié)果

2.4 種衣劑對克氏原螯蝦的急性毒性

蝦稻田的養(yǎng)殖蝦主要是克氏原螯蝦。根據(jù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，潤苗、全程對克氏原螯蝦的毒性較低，兩者的96 h-LC50值分別為12.95和13.71 mg a.i./L（表6）。根據(jù)急性毒性等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，兩者均為低毒。

表6 種衣劑對克氏原螯蝦的急性毒性評價(jià)

結(jié)合全程和潤苗在水稻田中的殘留情況，目前初測，在推薦劑量下，4種目標(biāo)化合物在稻田水體中的殘留量均低于0.5μg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全程和潤苗的96 h-LC50值，說明全程和潤苗在稻田使用不會對克氏原螯蝦造成生存風(fēng)險(xiǎn)，適用于稻蝦共作系統(tǒng)中。

3 總結(jié)與展望

本研究評估了2種混配種衣劑對水稻種子的安全性、對惡苗病的防效、在水稻田及水稻植株中的殘留情況和對非靶標(biāo)生物克氏原螯蝦的急性毒性風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明，全程和潤苗對水稻種子生長均具有很好的安全性，對惡苗病具有較好的防效。結(jié)合各地多點(diǎn)試，潤苗、全程最佳使用劑量分別應(yīng)在200～400 g/100 kg種子、400～500 g/100 kg種子處理范圍內(nèi)。此條件下的潤苗和全程對水稻發(fā)芽和生長有良好的保護(hù)作用，超出該劑量范圍則可能抑制種子發(fā)芽。為避免藥害情況發(fā)生，需嚴(yán)格控制藥劑在實(shí)際生產(chǎn)中的使用劑量。此外，這2種種衣劑不會造成水稻和稻田環(huán)境的殘留污染，二者對克氏原螯蝦的急性毒性較低，在稻蝦復(fù)合種養(yǎng)中可以推廣應(yīng)用。

種子包衣技術(shù)是實(shí)現(xiàn)作物良種標(biāo)準(zhǔn)化、管理輕型化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)支增收的重要途徑，是我國現(xiàn)代高科技農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要組成部分。水稻是我國最主要的糧食作物之一，也是保障我國糧食出口經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)品，加強(qiáng)水稻種衣劑的研發(fā)與推廣是提高我國水稻種子科技含量和市場競爭力的重要舉措。未來應(yīng)加強(qiáng)水稻種衣劑向精品化、高效化、安全化方向發(fā)展，服務(wù)于水稻種子標(biāo)準(zhǔn)化，切實(shí)為現(xiàn)代化綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。