噻蟲嗪和噻蟲胺對鳥類的急性毒性與風(fēng)險評估

魏 杰， 陳蓓蓓， 何 鈺， 陳迎麗， 陳貴廷， 廖朝選*

1貴州省檢測技術(shù)研究應(yīng)用中心，貴州 貴陽 550014； 2貴州省分析測試研究院，貴州 貴陽 550014

病蟲害是影響農(nóng)作物產(chǎn)量的重要因素，農(nóng)藥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必不可少的生產(chǎn)資料。使用殺蟲劑是害蟲防治的主要措施，新煙堿類殺蟲劑可通過與昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)的煙堿型受體結(jié)合，阻礙生物體正常的神經(jīng)信息傳遞并導(dǎo)致其癱瘓死亡，具有高效、廣譜、內(nèi)吸性等優(yōu)點，在殺蟲劑中具有非常重要地位(楊屹，2021)。據(jù)報道，2016年新煙堿類農(nóng)藥的銷售額達(dá)30億美元，占全球殺蟲劑銷售額的18.2%。新煙堿類農(nóng)藥的大量使用及不合理施用，不僅會造成生態(tài)環(huán)境污染，還會對環(huán)境中的鳥類產(chǎn)生毒害作用，嚴(yán)重時可導(dǎo)致鳥類種群滅絕，影響生物多樣性，導(dǎo)致未知的生態(tài)風(fēng)險(楊慧等，2020； 游泳等，2014； 張琪等，2020)。研究發(fā)現(xiàn)，荷蘭多個地區(qū)的鳥類種群數(shù)量不斷下降與當(dāng)?shù)氐乇硭行聼焿A類農(nóng)藥濃度逐年升高有關(guān)(Hallmannetal.,2014)。Ertletal.(2018)也發(fā)現(xiàn)新煙堿類農(nóng)藥的使用對德克薩斯州農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)的山齒鶉ColinusvirginianusLinnaeus種群產(chǎn)生負(fù)面影響，該類農(nóng)藥還會導(dǎo)致鳥類出現(xiàn)反應(yīng)遲鈍、發(fā)育異常及器官損傷等亞致死效應(yīng)(張琪等，2020)。

噻蟲嗪與噻蟲胺是第二代新煙堿類殺蟲劑，可通過接觸、胃毒、植物內(nèi)吸產(chǎn)生作用，對蚜蟲等刺吸式口器害蟲具有更好的防效。2016年這2種農(nóng)藥在全球銷量額分別達(dá)10.6億和3.8億美元，位居新煙堿類殺蟲劑銷售額第一和第三(張琪等，2020； Maienfischetal.,2001)。然而，二者在高效防治害蟲的同時，也對環(huán)境生物構(gòu)成了嚴(yán)重危害。由于新煙堿類殺蟲劑對昆蟲的煙堿乙酰膽堿受體(nicotinic acetylcholine receptors， nAChRs)具有良好的親和力，噻蟲嗪和噻蟲胺對蜜蜂ApisceranaceranaFabricius、赤眼蜂TrichogrammachilonisIshii等昆蟲的接觸毒性、經(jīng)口毒性受到廣泛關(guān)注，其高毒性和高風(fēng)險性得到了明確的認(rèn)識(韓文素等，2020； 張唯偉等，2019; Tomizawa & Casida,2005)。

新煙堿類殺蟲劑與鳥類的nAChRs親和力較小(Tomizawa & Casida,2005)，常認(rèn)為其對鳥類的危害較小。但有研究表明，噻蟲嗪對鳥類急性毒性雖為低毒，卻存在長期風(fēng)險，可能影響鳥類生長(何宗哲等，2021； 楊淞霖，2017)。商賀陽等(2018)研究發(fā)現(xiàn)，在種子處理場景下，噻蟲嗪對鳥類的急性風(fēng)險和短期風(fēng)險不可接受，但在無意攝取場景(顆粒劑型)下風(fēng)險可接受。Broetal.(2016)研究發(fā)現(xiàn)，灰鷓鴣FrancolinuspondicerianusGmelin因頻繁接觸與取食農(nóng)田內(nèi)新煙堿農(nóng)藥處理的谷物，導(dǎo)致其卵中噻蟲嗪和噻蟲胺濃度高達(dá)0.067 mg·kg-1，對鳥繁殖產(chǎn)生了一定影響。噻蟲嗪與噻蟲胺的不同劑型產(chǎn)品在不同的應(yīng)用場景下可能具有不同的毒性和風(fēng)險，為評估其對鳥類的風(fēng)險，以農(nóng)藥登記模式生物日本鵪鶉CoturnixjaponicaTemminck & Schlegel為研究對象，分別測試噻蟲嗪和噻蟲胺的原藥(technical material，TC)、懸浮劑(suspension concentrate， SC)和種子處理懸浮劑(suspension concentrate for seed treatment， FS)對日本鵪鶉的急性毒性，結(jié)合田間用藥信息與原藥對鳥類的短期飼喂和繁殖毒性數(shù)據(jù)，對噻蟲嗪和噻蟲胺的懸浮劑和種子處理懸浮劑進(jìn)行初級風(fēng)險評估，以期為指導(dǎo)2種新煙堿農(nóng)藥在鳥類保護(hù)中的正確施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗生物

日本鵪鶉：種蛋購自江西恒衍禽業(yè)有限公司。種蛋購入后，于實驗室孵化并馴養(yǎng)至30 d用于試驗。飼養(yǎng)環(huán)境條件為濕度：50%～75%；溫度：35～38 ℃(0～7 d鳥齡)、30～32 ℃(8～14 d鳥齡)、25～28 ℃(>14 d鳥齡)。試驗前7 d該批次鵪鶉未發(fā)生死亡，試驗時鳥齡30 d，體重(100±10) g，整批次鳥羽毛光亮，健康活潑。

1.2 供試農(nóng)藥

98%噻蟲嗪TC (山東海利爾化工有限公司)，98%噻蟲胺TC (河北威遠(yuǎn)生物化工有限公司)；30%噻蟲嗪SC (四川潤爾科技有限公司)：登記在水稻OryzasativaL.上防治稻飛虱NilaparvatalugensStal，田間最大施藥量18 g·hm-2，每季作物噴霧施用1次，安全間隔期14 d；20%噻蟲胺SC(柳州市惠農(nóng)化工有限公司)：登記在水稻上防治稻飛虱，田間最大施藥量150 g·hm-2，每季作物噴霧施用1次，安全間隔期21 d；42%噻蟲嗪FS和46%噻蟲胺FS (杭州宇龍化工有限公司)：登記在玉米ZeamaysL.上分別防治蚜蟲和灰飛虱LaodelphaxstriatellusFallén，田間最大施藥量分別為280和230 g·100 kg-1種子，每季作物拌種施用1次。

1.3 鳥類急性毒性測試方法

鳥類急性毒性試驗參照《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評價試驗準(zhǔn)則》進(jìn)行(中華人民共和國農(nóng)業(yè)部，2014)。

先以2倍濃度級差設(shè)置4個處理組，按照正式試驗條件和方法進(jìn)行預(yù)試驗，獲取供試農(nóng)藥引起試驗用鳥50%死亡的濃度范圍。結(jié)果顯示，空白對照組中試驗鵪鶉未發(fā)生死亡及異常行為；設(shè)置的250、500、1000、2000 mg·kg-1的處理組中，試驗鵪鶉的死亡率分別為0、0、10%、80%(98%噻蟲嗪TC)，10%、70%、100%、100%(98%噻蟲胺TC)，10%、50%、100%、100%(30%噻蟲嗪SC)，20%、70%、100%、100%(20%噻蟲胺SC)，50%、100%、100%、100%(42%噻蟲嗪FS)，0、0、10%、80%(46%噻蟲胺FS)。再參照預(yù)試驗結(jié)果，分別設(shè)置5個處理組(濃度見表1)開展正式試驗。每個處理組10只鳥，雌雄各一半，不設(shè)重復(fù)，噻蟲嗪SC和FS、噻蟲胺SC和FS使用去離子水配制成所設(shè)濃度后，對試驗用鳥進(jìn)行稱重，按每100 g體重1 mL劑量使用注射器由低濃度至高濃度對鳥進(jìn)行灌喂供試藥液；噻蟲嗪TC和噻蟲胺TC使用膠囊灌胃法，將試驗用鳥稱重標(biāo)記后，稱取對應(yīng)鳥體重的供試農(nóng)藥并裝入膠囊中，對鳥進(jìn)行灌喂含藥膠囊，并設(shè)置空白對照，飼喂無農(nóng)藥污染的飼料及飲用水，每隔24 h觀察并記錄中毒癥狀和死亡數(shù)，試驗周期為7 d，試驗溫度25～28 ℃、相對濕度50%～75%和光暗比L∶D=16∶8。

表1 供試農(nóng)藥處理組濃度Table 1 Concentration of test pesticide treatment group

1.4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

使用Excel對毒性試驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，并用SPSS 19.0軟件計算半致死劑量(median lethal dose，LD50)、回歸方程及95%置信限。

1.5 毒性等級劃分

參照《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評價試驗準(zhǔn)則》(中華人民共和國農(nóng)業(yè)部，2014)進(jìn)行毒性等級劃分：劇毒(LD50≤10 mg·kg-1)、高毒(10 mg·kg-1

1.6 初級風(fēng)險評估

參照《農(nóng)藥登記環(huán)境風(fēng)險評估指南》 (農(nóng)業(yè)部種植業(yè)管理司，2016)，采用產(chǎn)品的急性毒性試驗數(shù)據(jù)或歐盟公開數(shù)據(jù)庫中鳥類短期飼喂和繁殖毒性數(shù)據(jù)，分別計算噻蟲嗪和噻蟲胺對鳥類的急性(acute)、短期(short-term)和長期(long-term)預(yù)測無效應(yīng)劑量(predictd no effect dose， PEND)。結(jié)合田間推薦用藥量和農(nóng)藥使用方法，預(yù)測噻蟲嗪和噻蟲胺對鳥類的急性、短期和長期預(yù)測暴露劑量(predicted exposure dose，PED)。通過PED/PNED計算相應(yīng)風(fēng)險商值(risk quotient, RQ) ：以RQ≤1為風(fēng)險可接受；RQ>1為風(fēng)險不可接受。根據(jù)Health and Consumer Protection Directorate-General發(fā)布的報告顯示，噻蟲嗪和噻蟲胺對鳥類的短期飼喂LD50分別為>2503、>752 mg·kg-1·d-1，對鳥類繁殖的長期無可見作用劑量(no observed effect dose， NOED)分別為29.4、56.8 mg·kg-1·d-1，以此數(shù)據(jù)進(jìn)行鳥類短期和長期的風(fēng)險分析。

1.6.1 噴霧場景預(yù)測暴露劑量計算 30%噻蟲嗪SC和20%噻蟲胺SC的農(nóng)藥標(biāo)簽施用方式為噴霧，因此選擇在噴霧場景下分別計算對鳥類的急性、短期和長期的PED。計算公式分別為：

PEDacute=FIRBW·d×RUD90×AR×MAF90×10-3

PEDshort-term=FIRBW·d×RUDmean×AR×MAFmean×10-3

PEDlong-term=PEDshort-term×ftwa

式中：FIR為食物攝食量(food intake rate)，F(xiàn)IRBW·d為每克體重每日食物攝食量；RUD為單位殘留量(residue per unit dose)，RUD90或RUDmean為食物農(nóng)藥殘留量(第90百分位或算數(shù)平均值)；AR為施用量(application rate)，以AR為單位面積農(nóng)藥最高施藥劑量；MAF為多次施藥因子(multiple application factor)，MAF為RUD對應(yīng)的多次施藥因子；twa為時間加權(quán)平均(time weighted average)，以ftwa為時間加權(quán)平均因子，默認(rèn)值0.53。

1.6.2 種子處理場景預(yù)測暴露劑量計算 42%噻蟲嗪FS和46%噻蟲胺FS施用方法為拌種染毒，因此選擇在種子處理暴露場景下分別計算對鳥類的急性、短期和長期的PED。計算公式分別為：

PEDacute或PEDshort-term=FIRBW·d×ARS×10

PEDlong-term=PEDacute×ftwa

式中：ARS為單位質(zhì)量種子的最高農(nóng)藥使用劑量。

1.6.3 預(yù)測無效應(yīng)劑量計算 根據(jù)噻蟲嗪和噻蟲胺SC或FS試驗終點急性經(jīng)口LD50、短期飼喂LD50、長期繁殖NOED與不確定性因子(uncertainty factor， UF)分別計算急性、短期和長期PNED。計算公式：

式中：EnP為毒性試驗終點(endpoint)；UF為不確定性因子(急性與短期UF=10，長期UF=5)。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗終點和毒性等級

在急性經(jīng)口毒性試驗中，空白對照未出現(xiàn)死亡和異常行為，噻蟲嗪與噻蟲胺對鵪鶉都具有一定毒害作用，均會導(dǎo)致試驗鵪鶉出現(xiàn)精神萎靡、羽毛豎立和蓬松、平躺等中毒癥狀。由表2可知，各供試農(nóng)藥處理組1～5的鵪鶉死亡率分別為10%、30%、50%、60%、80%(98%噻蟲嗪TC)，20%、30%、50%、60%、80%(98%噻蟲胺TC)，20%、40%、50%、70%、90%(30%噻蟲嗪SC)，20%、30%、50%、60%、70%(20%噻蟲胺SC)，20%、30%、50%、60%、80%(42%噻蟲嗪FS)，10%、20%、40%、60%、70%(46%噻蟲胺FS)。

表2 日本鵪鶉7 d的死亡率Table 2 7 day death rate of C. japonica

由表3可知，98%噻蟲嗪TC、30%噻蟲嗪SC和42%噻蟲嗪FS對日本鵪鶉的7 d-LD50分別為1500、481、266 mg·kg-1，根據(jù)毒性等級標(biāo)準(zhǔn)劃分為低毒、中毒、中毒，可見，噻蟲嗪懸浮劑和種子處理懸浮劑對日本鵪鶉的毒性高于原藥；98%噻蟲胺TC、20%噻蟲胺SC和46%噻蟲胺FS的7 d-LD50為369、397和1569 mg·kg-1，對鵪鶉的毒性等級依次為中毒、中毒、低毒。這表明噻蟲胺種子處理懸浮劑對日本鵪鶉的毒性低于懸浮劑和原藥，2種農(nóng)藥的毒性結(jié)果說明，原藥通過添加不同的輔助劑加工成不同劑型農(nóng)藥后可能增加或降低其對生物的危害。

表3 供試農(nóng)藥對鵪鶉的毒性數(shù)據(jù)分析Table 3 Analysis of toxicity data of tested pesticides to C. japonica

2.2 初級風(fēng)險評估

如表4所示，在噴霧場景下，噻蟲嗪和噻蟲胺對鳥類的急性、短期和長期RQ分別為8.95×10-3、7.85×10-4、1.77×10-2(30%噻蟲嗪SC)和9.04×10-2、2.18×10-2、7.64×10-2(20%噻蟲胺SC)，2種農(nóng)藥的懸浮劑產(chǎn)品在作物上噴霧施用后對鳥類的急性、短期和長期RQ均<1，風(fēng)險均可接受。在種子處理場景下，噻蟲嗪和噻蟲胺對鳥類的急性、短期和長期RQ分別為31.6、3.36、75.7(42%噻蟲嗪FS)和4.40、9.18、32.2(46%噻蟲胺FS)，噻蟲嗪和噻蟲胺的種子處理懸浮劑產(chǎn)品對鳥類的急性、短期和長期RQ>1，風(fēng)險不可接受。

表4 供試農(nóng)藥對鳥類的風(fēng)險商值與風(fēng)險表征Table 4 Risk quotient and risk characterization of tested pesticides on

3 討論

預(yù)試驗和正式試驗的環(huán)境條件滿足日本鵪鶉正常生長，空白對照組試驗鵪鶉均未發(fā)生死亡及異常行為。根據(jù)預(yù)試驗結(jié)果推測，引起日本鵪鶉50%死亡的濃度范圍分別為1000～2000 mg·kg-1(98%噻蟲嗪TC和46%噻蟲胺FS) ，250～500 mg·kg-1(98%噻蟲胺TC、20%噻蟲胺SC和42%噻蟲嗪FS)，250～1000 mg·kg-1(30%噻蟲嗪SC)。正式試驗中，98%噻蟲嗪TC、98%噻蟲胺TC、30%噻蟲嗪SC、20%噻蟲胺SC、42%噻蟲嗪FS和46%噻蟲胺FS對日本鵪鶉的半致死劑量7 d-LD50分別為1500、369、481、397、266和1569 mg·kg-1，介于預(yù)試驗預(yù)測的50%死亡濃度范圍。參照試驗準(zhǔn)則，供試農(nóng)藥對試驗日本鵪鶉的毒性等級依次低毒、中毒、中毒、中毒、中毒和低毒，說明本研究中噻蟲嗪與噻蟲胺的3種劑型產(chǎn)品對日本鵪鶉均存在一定毒害作用。噻蟲嗪的懸浮劑和種子處理懸浮劑對日本鵪鶉的急性毒性高于原藥，可能是制劑產(chǎn)品中輔料具有一定的毒性或增加了有效成分的吸收。吳若函等(2016)測試的25%噻蟲嗪水分散粒劑對日本鵪鶉的急性經(jīng)口毒性LD50為243 mg·kg-1，鄧兆榮(2013)采用噻蟲嗪原藥加工制備的20%噻蟲嗪懸浮劑對鳥類的急性經(jīng)口毒性LD50為163 mg·kg-1，相關(guān)研究結(jié)果也與本研究相似，制劑毒性高于原藥。噻蟲胺的懸浮劑產(chǎn)品與原藥毒性相當(dāng)，而種子處理懸浮劑的毒性低于原藥，可能是制劑產(chǎn)品和工藝日益更新，種子處理懸浮劑產(chǎn)品的技術(shù)更加優(yōu)化，原藥制備為產(chǎn)品后毒性有所降低。

噻蟲嗪和噻蟲胺的懸浮劑直接噴霧于植株表面，會在植物表面殘留，另有部分漂移至土壤或吸收進(jìn)入植物體內(nèi)；2種農(nóng)藥的種子處理懸浮劑包裹于種子表面，與種子一起進(jìn)入土壤，并經(jīng)根系吸收、轉(zhuǎn)運分布于各組織，這可能導(dǎo)致鳥類攝食植物葉片、種子或土壤而發(fā)生暴露風(fēng)險。故僅根據(jù)毒性判定供試農(nóng)藥施用后對鳥類的風(fēng)險具有一定局限，應(yīng)結(jié)合田間用藥量與施用方式等綜合評估風(fēng)險。

在懸浮劑噴霧場景下，30%噻蟲嗪SC和20%噻蟲胺SC對鳥類急性、短期和長期暴露的RQ<1，對鳥類的風(fēng)險可接受。在種子處理場景下，42%噻蟲嗪FS與46%噻蟲胺FS對鳥類急性、短期和長期暴露的RQ均>1，風(fēng)險不可接受。噻蟲嗪和噻蟲胺的懸浮劑對鳥類的風(fēng)險可接受，說明該農(nóng)藥在農(nóng)田施用后對鳥類較為安全，可根據(jù)用藥指導(dǎo)正常使用，而噻蟲嗪與噻蟲胺種子處理懸浮劑對鳥類的風(fēng)險不可接受，說明玉米種子經(jīng)供試農(nóng)藥處理且施用在田間后可能對鳥類產(chǎn)生危害。在種子處理場景中，種子播種后盡可能覆土或覆膜，減少種子直接暴露被鳥類取食，在鳥類保護(hù)區(qū)域應(yīng)避免使用噻蟲嗪和噻蟲胺種子處理懸浮劑，以減輕農(nóng)藥施用對鳥類的危害。

自然界中鳥的種類繁多，不同鳥類對毒物的敏感度不同，本研究中鳥的種類有限，且供試農(nóng)藥對鳥類的短期飼喂和長期繁殖的實際毒性數(shù)據(jù)尚缺乏。為了更完善、準(zhǔn)確地評估新煙堿農(nóng)藥噻蟲嗪和噻蟲胺對鳥類的暴露風(fēng)險，還需使用不同種類的鳥，同時結(jié)合田間實際殘留數(shù)據(jù)開展高級風(fēng)險評估。