呋蟲胺在水稻生態系統中的殘留消解及膳食風險評估

葛會林 謝德芳 蘇冰霞 呂岱竹 趙方方

摘 ?要 ?為評價呋蟲胺在水稻生態系統中的殘留消解行為和產生的膳食攝入風險，于2014年在海南、湖南和黑龍江進行了規范殘留試驗，建立了高效液相色譜法（HPLC）的分析方法檢測呋蟲胺在水稻糙米、稻殼、稻株、土壤、田水中的殘留，并對我國不同人群的膳食暴露風險進行了評估。樣品經乙腈提取，NH2柱層析凈化，高效液相色譜-紫外檢測器（HPLC-UV）檢測，外標法定量。結果表明，在0.02～0.5?mg/kg添加水平下，呋蟲胺的平均回收率在75%～114%之間，相對標準偏差（RSD）在0.5%～19.0%之間;呋蟲胺的最低檢測濃度（LOQ），稻株與稻殼中為0.1 mg/kg，糙米中為0.05 mg/kg，土壤與田水中為0.02 mg/kg;呋蟲胺最小檢出量（LOD）為0.08 ng。呋蟲胺的消解基本符合一級動力學方程，半衰期在稻株中約0.5?d，田水中約1?d，土壤中約5?d。距末次施藥后14?d糙米中呋蟲胺的殘留中值為0.058?mg/kg，最大殘留值為0.13?mg/kg，低于我國規定的最大殘留限量1 mg/kg。風險評估表明中國人群對稻米中呋蟲胺長期膳食攝入的慢性風險較低。

關鍵詞 ?呋蟲胺;水稻;高效液相色譜;殘留;消解;風險評估

中圖分類號 ?X839.2 ?????文獻標識碼 ?A

Abstract ?To evaluate the residue behavior and dietary intake risk of the dinotefuran in rice ecosystem， the residual trial of dinotefuran in rice was carried out in Hainan， Hunan and Heilongjiang in 2014. The method for the residue determination of dinotefuran in soil， paddy water， rice plant， brown rice， and rice husk was developed using high performance liquid chromatography with ultraviolet detector （HPLC-UV）. The dietary risk assessment for China population based on dinotefuran residues data in rice was investigated. The samples were extracted by acetonitrile， purified by NH2 column， detected by HPLC-UV. Results showed that the limit of detection （LOD） of dinotefuran was 0.08 ng. The limits of quantification （LOQ） of dinotefuran in rice plant， rice husk， brown rice， soil and paddy water was 0.1， 0.1， 0.05， 0.02， and 0.02 mg/kg， respectively. At fortified levels of 0.05 to 2 mg/kg， the average recoveries varied from 75% to 114% with the relative standard deviation of 0.5% to 19.0%. The dissipations of dinotefuran in rice plant， paddy water and soil were basically consistent with the first-order kinetic equation. The corresponding half-lives were about 0.5， 1， and 5 days， respectively. At the 14th day after the last application， the terminal residues of dinotefuran in rice indicated that the supervised trials median residue （STMR） was 0.058 mg/kg， the highest residue （HR） was 0.13?mg/kg. STMR and HR were all below the Chinese MRL of 1 mg/kg. Risk assessment indicated a lower chronic risk after a long-term dietary intake of dinotefuran in rice for China population.

Keywords ?dinotefuran; rice; high performance liquid chromatography; residue; dissipation; risk assessment

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.07.027

呋蟲胺（dinotefuran，簡稱DNF），化學名稱為（RS）-1-甲基-2-硝基-3-（四氫-3-呋喃甲基）胍，分子式為C7H14N4O3，純品為白色結晶，常溫下在水中溶解度為40 g/L。呋蟲胺是由日本三井化學開發并于2002年上市的第3代新煙堿類殺蟲劑[1]。新煙堿類殺蟲劑是煙堿型乙酰膽堿受體（nAChR）激動劑，能夠阻斷昆蟲中樞神經系統正常傳導引起害蟲麻痹從而發揮殺蟲作用[2]。水稻是世界重要糧食作物之一，全世界半數以上的人口以其為主食[3]。呋蟲胺是防治稻飛虱的持效期長的理想藥劑[4]。呋蟲胺土壤吸附性較弱[5]，易遷移進入水體，對水生生物造成危害[6]。呋蟲胺對蜜蜂也存在一定程度的風險[7]。研究呋蟲胺在水稻生態系統中的殘留及消解動態對指導其科學合理使用具有重要意義。

呋蟲胺通常采用高效液相色譜法（HP LC）以及液相色譜-串聯質譜法（LC-MS/MS）測定。彭莎等[8]采用HPLC建立了測定水稻和稻田中呋蟲胺殘留量的分析方法，土壤、稻殼、糙米和稻稈樣品用乙腈提取，水樣用乙醚提取。韋婕等[9]使用HPLC研究了呋蟲胺在稻田水和土壤中的殘留及消解動態，土壤樣品用乙腈提取，水樣采用直接過濾上機檢測的方法。蔡達夫等[10]使用HPLC研究了呋蟲胺在稻田生態系統中的殘留消解動態，田水、土壤和稻株樣品均采用乙腈提取。吳延燦等[11]使用LC-MS/MS研究了蔬菜黃瓜、番茄、馬鈴薯、甘藍中呋蟲胺及其代謝物殘留，樣品采用含1%乙酸的甲醇提取。賈曼婷等[12]使用分散固相萃取-LC-MS/MS研究了呋蟲胺在水稻及稻田環境中的殘留與消解動態，糙米、稻殼、稻株、土壤和田水樣品均經乙腈提取。孫明娜等[13]基于HPLC分析了呋蟲胺在水稻糙米、稻殼和稻株中的殘留，并進行了消解與膳食風險評估。這些方法大多數都采用乙腈來提取水樣，有機溶劑損耗量大，且步驟繁瑣，耗時耗力，不利于樣品的批量監測。

本研究將采用直接過濾制備水樣的方法，建立呋蟲胺快速、簡便的HPLC測定方法;較為系統地研究20%呋蟲胺懸浮劑在我國從南部、中部到北部3種不同氣候地區的水稻田施用后其有效成分呋蟲胺在稻田水、土壤和稻株中的消解動態;對糙米最終殘留結果進行了慢性膳食暴露風險評估，以期為我國水稻上呋蟲胺的合理使用提供科學依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

Waters Alliance e2695高效液相色譜儀（HP L C），配2487紫外可變波長檢測器;旋轉蒸發儀;渦流混合器;四位電子天平（梅特勒）;精密移液器（Eppendorf）;乙腈、甲醇、二氯甲烷（色譜純）;氯化鈉（分析純）;Milli-Q超純水;呋蟲胺標準品（德國Dr. Ehrenstorfer GmbH公司，純度98.5%）。試驗藥劑：20%呋蟲胺懸浮劑。

試驗地點：海南省海口市、湖南省長沙市、黑龍江省肇東市。

1.2 ?方法

1.2.1 ?田間試驗設計 ?（1）消解動態試驗。施藥時期為抽穗期，按一次施藥多次取樣的方法進行，施藥劑量為180?g/hm2，另設清水空白對照，每處理重復3次，每小區面積30 m2。施藥后于2?h、1、3、5、7、10、15、20、35、55 d分別采集稻田水500?mL、耕作層（0～15?cm）土壤0.5?kg、稻株上中下共0.5 kg，于?20?℃冰柜中保存。

（2）最終殘留試驗。施藥劑量為120、180?g/hm2，各設2次施藥和3次施藥2個處理，每個處理設3次重復，施藥間隔期21?d，采樣時間距離最后一次施藥的間隔時間為14、21?d。采集稻穗制備糙米100?g和足量稻殼，并采集稻株與土壤，于?20?℃冰柜中保存。

1.2.2 ?樣品分析 ?（1）提取。糙米稱取（10.0±0.1）g樣品，稻株或稻殼稱取（5.0±0.1）g樣品，置于100?mL塑料離心管，加入50 mL乙腈，振蕩器上振蕩提取1 h，4000?r/min離心5?min，吸取上清液10?mL于100?mL圓底燒瓶中，40?℃減壓濃縮至干，用3?mL淋洗液（二氯甲烷與甲醇體積比為95∶5）溶解殘渣，待凈化。土壤稱取（10.0±0.1）?g樣品，置于100 mL塑料離心管，加入2?g NaCl，加入20?mL乙腈，振蕩器上振蕩提取1?h，4000?r/min離心5?min，吸取上清液10 mL于100?mL圓底燒瓶中，減壓濃縮至干，用3?mL淋洗液溶解殘渣，待凈化。準確量取10?mL水樣，經雙層化學分析濾紙過濾后收集濾液，過0.22??m水系濾膜，待測。

（2）凈化。NH2柱用3 mL淋洗液預淋洗，當液面到達吸附層表面時，立即倒入待凈化的稻株、糙米、稻殼、土壤樣品溶液，用50 mL圓底燒瓶收集，用3 mL淋洗液沖洗100 mL燒瓶后淋洗NH2柱，重復2次，收集液減壓濃縮（40?℃）至干，稻株、糙米、稻殼樣品用10 mL甲醇定容，土壤樣品用5 mL甲醇定容，過0.22 μm有機濾膜，待測。

（3）檢測。色譜柱為C18不銹鋼柱（4.6?mm× 150 mm，3.5 ?m），流動相為甲醇-水（體積比30∶70），流速為0.9 mL/min，紫外檢測器波長設270?nm，進樣量10 μL，柱溫40?℃，外標法（峰面積）定量。在未施藥的空白稻株、土壤、田水、糙米、稻殼樣品中添加呋蟲胺標樣，分別進行3個濃度的添加回收率試驗，每個濃度重復5次，按上述方法進行提取、凈化和HPLC分析。消解動態曲線使用一級動力學方程（1）進行擬合，半衰期按公式（2）計算。

1.2.3 ?長期膳食攝入風險評估 ?采用2種常用的估算消費者長期膳食暴露量的方法，一是國家估計每日攝入量（national estimated daily intake，NEDI），二是理論每日最大攝入量（theoretical maximum daily intake，TMDI）[14]。NEDI與TMDI分別按公式（3）與（4）計算，對應的風險商（risk quotient，RQ）分別按公式（5）與（6）計算[13]，風險商的倒數稱為安全系數（safety factor，SF）[15]。當RQ≤1時，表示慢性風險可以接受，RQ越小，風險越小;當RQ>1時，表示有不可接受的慢性風險，RQ越大，風險越大[6]。

式中：NEDI與TMDI的單位為μg/（kg?d）;STMRi（supervised trials median residue）指第i級農產品的規范試驗殘留中值，單位為mg/kg;MRLi（maximum residue limit）指第i級農產品中最大殘留限量，單位為mg/kg;Fi（food intake）為不同人群對第i級農產品的膳食消費量，單位為g/d;bw為人群平均體重，單位為kg。ADI（acceptable daily intake）為每千克體重的每日允許攝入量，單位為mg/（kg?d）。

2 ?結果與分析

2.1 ?標準曲線與線性關系

用甲醇做溶劑，配制1.0、0.5、0.1、0.05、0.01 mg/L的呋蟲胺標準溶液，HPLC測得呋蟲胺標樣色譜圖（圖1A），保留時間為2.6 min。以呋蟲胺標準溶液濃度為自變量x，以峰面積為應變量y回歸擬合，其標準曲線方程為y=44 290x?40，決定系數（R2）為0.999 9。呋蟲胺標準溶液的濃度在0.01～1.0 mg/L范圍內，濃度與峰面積具有良好的線性關系。

2.2 ?方法的準確度、精密度及靈敏度

空白樣品及添加回收樣品的色譜圖見圖1B～圖1F，樣品的添加回收率測定結果見表1。樣品的平均回收率為75%～114%，相對標準偏差（RSD）為0.5%～19.0%，RSD在農藥殘留試驗準則[16]允許范圍內。但稻殼添加0.1、0.2 mg/kg呋蟲胺試驗的回收率分別為114%、111%，輕微超過了準則中對應上限110%的標準。

方法的靈敏度采用最小檢出量和最低檢測濃度來表示。最小檢出量（limit of detection，LOD）指使系統產生3倍噪音信號所需待測物的質量[16]。以一定量的呋蟲胺標準溶液進樣，按3倍噪音所需待測物的濃度計算，在進樣量10?μL情況下，標準溶液濃度為0.008 mg/L，可得呋蟲胺LOD為0.08 ng。最低檢測濃度（limit of quantification，LOQ）指用添加方法能檢測出待測物在樣品中的最低含量[16]。在上述樣品處理方法及色譜操作條件下，根據表1回收率試驗中添加的最低濃度，可得呋蟲胺的LOQ，稻株與稻殼中為0.1 mg/kg，糙米中為0.05?mg/kg，土壤與田水中為0.02?mg/kg。

2.3 ?呋蟲胺在稻田水、土壤和稻株中的消解動態

海南、湖南、黑龍江三地的呋蟲胺消解曲線見圖2，消解動力學參數見表2。除土壤外，總體上消解動態符合一級動力學模型。呋蟲胺在海南、湖南、黑龍江的消解半衰期，稻株為0.32、0.42、0.49 d，土壤中為5.21、2.68、5.17 d，田水中為

2.4 ?呋蟲胺在稻株、稻殼、糙米、土壤中的最終殘留

最終殘留試驗結果（表3）表明，總體上呋蟲胺殘留量的大小順序為稻殼>稻株>土壤>糙米;呋蟲胺殘留量隨施藥濃度、施藥次數的增加而增加，隨采收間隔時間的延長而減少;除了海南糙米與湖南土壤樣品中呋蟲胺小于最低檢測濃度外，呋蟲胺在其他樣品的稻株、土壤、糙米、稻殼均有不同程度檢出。

距最后一次施藥后14?d，糙米中呋蟲胺的殘留量為<0.05～0.13?mg/kg，殘留中值STMR為0.058?mg/kg;21?d殘留量為<0.05～0.085 mg/kg，STMR為<0.05?mg/kg。從保守的角度，采用距末次施藥間隔14?d的糙米STMR即0.058?mg/kg來進行長期膳食攝入風險評估。

2.5 ?呋蟲胺膳食風險評估

呋蟲胺已在我國水稻上獲得正式登記，國標規定糙米中呋蟲胺的MRL值為1 mg/kg[17]。根據國際食品法典委員會的規定，呋蟲胺的ADI為0.2?mg/kg[18]。以我國不同年齡人群的膳食結構為基礎，人群平均體重與稻米攝入量由文獻[6]歸納得到。表4列出了我國不同年齡人群通過膳食攝入呋蟲胺的NEDI、TMDI、RQ、SF等值。

可以看出，我國不同年齡段人群對糙米中呋蟲胺的NEDI為0.254～0.630 μg/（kg?d），其風險商為0.001?27～0.003?15，安全系數為317～787;TMDI為4.38～10.87?μg/（kg?d），其風險商為0.0219～ 0.0543，安全系數為18.4～45.6;表明我國人群對糙米中呋蟲胺的長期膳食攝入風險較低。總體上，隨著年齡增加，暴露量降低，風險商減小，安全系數增加。

3 ?討論

本研究建立了呋蟲胺在水稻糙米、稻殼、稻株、土壤、田水中的殘留分析方法，樣品采用乙腈提取，NH2柱層析凈化，高效液相色譜-紫外檢測器檢測，方法前處理簡便，可滿足呋蟲胺的分析要求。根據呋蟲胺強極性的特點，水樣采用直接過濾制備，方法快速、簡便、靈敏度較高，可為其他強極性農藥的殘留分析提供參考。

賈曼婷等[12]基于LC-MS/MS測定呋蟲胺的最小檢出量（LOD）為0.025 ng。基于HPLC方法，蔡達夫等[10]報道的LOD為1?ng，本研究方法的LOD為0.08 ng，韋婕等[9]報道的LOD也為0.08?ng，但孫明娜等[13]報道的LOD為0.01?ng。本研究與韋婕等[9]研究中所用儀器一樣，所以LOD可能與所用儀器性能有關。試驗結果表明，呋蟲胺在稻株、土壤和稻田水中的消解速度均較快，屬于易降解農藥，呋蟲胺在作物上的使用相對安全。呋蟲胺在土壤中的殘留量隨著時間的延長先升高后降低，沉積量到達最大值后的消解動態曲線符合一級動力學方程，尤其在黑龍江土壤中最為明顯。類似的先升后降的現象在苯醚甲環唑在土壤中的消解[19]與毒死蜱在土壤中的消解[20]中也能被觀察到。呋蟲胺屬于內吸性農藥，推測完全進入植物需要一定時間，隨后呋蟲胺在植物體內進行傳導，表觀上呈現從上往下輸運的現象，如黑龍江土壤中在3?d時沉積量增加到最大。

本研究中，長期膳食攝入糙米的風險商為0.001?27～0.003?15，孫明娜等[13]報道的風險商為0.002～0.005，均遠小于1，說明呋蟲胺在糙米中的長期膳食攝入風險較低。同時對國標規定的糙米中呋蟲胺MRL值即1?mg/kg進行了再評估，風險商為0.0219～0.0543，對人群的保護水平達18.4～45.6倍，說明糙米中呋蟲胺的MRL值設定為1 mg/kg，其風險水平是完全可以接受的。

參考文獻

Wakita T， Kinoshita K， Yamada E， et al. The discovery of dinotefuran： A novel neonicotinoid[J]. Pest Management Science， 2003， 59（9）： 1016–1022.

唐振華， 陶黎明， 李 ?忠. 新煙堿類殺蟲劑選擇作用的分子機理[J]. 農藥學學報， 2006， 8（4）： 291–298.

樊 ?帆， 郭述近， 高家東， 等. 引發提高水稻劣變種子發芽率的蛋白質組學分析[J]. 熱帶作物學報， 2017， 38（5）： 829–837.

余 ?兵， 何木蘭， 石丙樓， 等. 20%呋蟲胺懸浮劑防治水稻稻飛虱田間藥效試驗[J]. 安徽農學通報， 2016， 22（Z1）： 65.

劉紀松， 胡存中， 陸 ?凡， 等. 呋蟲胺在土壤中的降解及移動性研究[J]. 生態環境學報， 2015， 24（6）： 1063–1068.

張文萍， 王全勝， 徐吉洋， 等. 呋蟲胺原藥及兩種劑型對三種甲殼綱生物的毒性與風險評價[J]. 農業環境科學學報， 2015， 34（8）： 1478–1485.

Dively G P， Kamel A. Insecticide residues in pollen and nectar of a cucurbit crop and their potential exposure to pollinators[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2012， 60（18）： 4449–4456.

彭 ?莎， 楊仁斌， 鄒 ?蓉， 等. 高效液相色譜測定水稻和稻田中呋蟲胺殘留分析法的建立[J]. 湖南農業科學， 2013（7）： 79–81.

韋 ?婕， 鄧 ?婕， 黃慧俐， 等. 高效液相色譜檢測呋蟲胺在稻田水和土壤中的殘留及消解動態[J]. 農藥學學報，

2015， 17（2）： 195–200.

蔡達夫， 徐鈺哲， 熊 ?勝， 等. 呋蟲胺在我國稻田生態系統中的殘留消解動態研究[J]. 作物研究， 2018， 32（6）： 521–526.

吳延燦， 蔣冰心， 施艷紅， 等. QuPPe-超高效液相色譜-串聯質譜法測定蔬菜中呋蟲胺及其代謝物殘留[J]. 食品科學， 2018， 39（18）： 262–266.

賈曼婷， 石夢琪， 戚 ?燕， 等. 呋蟲胺在水稻及稻田環境中的殘留與消解動態研究[J]. 農產品質量與安全， 2017 （5）： 78–82.

孫明娜， 董 ?旭， 王 ?梅， 等. 呋蟲胺在水稻中的殘留消解及膳食風險評估[J]. 農藥學學報， 2016， 18（1）： 86–92.

張志恒， 袁玉偉， 鄭蔚然， 等. 三唑磷殘留的膳食攝入與風險評估[J]. 農藥學學報， 2011， 13（5）： 485–495.

蘭珊珊， 林 ?昕， 鄒艷紅， 等. 蔬菜中多效唑殘留的膳食暴露與風險評估[J]. 現代食品科技， 2016， 32（2）： 336-341， 245.

中華人民共和國農業部. 農藥殘留試驗準則： NY/T 788-2004[S]. 北京： 中國農業出版社， 2004.

中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會， 中華人民共和國農業部， 國家食品藥品監督管理總局. 食品安全國家標準 食品中農藥最大殘留限量： GB 2763-2016[S]. 北京： 中國標準出版社， 2017.

薛曉航， 戴守輝， 張璐珊， 等. QuEChERS/GC-MS快速分析土壤中的苯醚甲環唑殘留[J]. 農藥學學報， 2010， 12（3）： 309-312.

陳丙坤， 萬 ?莉， 吳春先， 等. 毒死蜱在花生和土壤中殘留量及消解動態研究[J]. 現代農藥， 2008， 7（4）： 45-48.