水稻上吡蚜酮殘留的空間差異及對灰飛虱防治效果的影響

沈燕，盧飛，余向陽，梁穎，高慶超，張志勇

（江蘇省食品質量安全重點實驗室—省部共建國家重點實驗室培育基地，南京 210014）

自然環境下，一般農作物在其生長周期中，不可避免會受到各種病蟲害的侵襲，農藥作為農業生產上重要的投入品，對防治病蟲害、保障農作物產量具有重要作用。當前，特定農藥制劑在市場上流通時，針對全國范圍各地區的目標作物靶標有害生物的藥劑量是一致的。但我國幅員遼闊，不同農區之間距離甚遠，一致的藥劑施用量，忽略了很多關鍵因素的差異，比如沒有考慮不同地區環境氣候條件差異、農藥沉積的立體區域差異及各地區農藥防治效果的差異等。藥劑量不足起不到應有的防治效果，而藥劑過量施用會造成成本浪費、環境污染及增加害蟲抗藥性風險等一系列問題。

農藥制劑施用后，在水稻單一體系的整體植株上的沉積殘留規律研究，前人報道較多。絕大多數農藥在水稻植株上的殘留自最后一次施藥后呈不斷下降的趨勢，符合一級動力學消解規律，并用農藥半衰期的長短來衡量降解的快慢[1-9]。吡蚜酮為目前水稻上廣泛使用的吡啶類殺蟲劑，對多種作物上的飛虱、葉蟬、蚜蟲等刺吸式口器害蟲防治效果顯著，具有高效、廣譜、內吸性和環境相容性好等特點。前人對吡蚜酮在水稻上殘留的空間立體差異、不同農區水稻體系吡蚜酮殘留的區域差異，以及農藥在水稻上沉積量和防治效果之間關系的研究未見報道。本文旨在對吡蚜酮在不同種植區域水稻上沉積、降解立體和區域差異規律的基礎上，對沉積量與防治效果之間的關系等進行深入研究，為指導不同區域農藥施用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

97.8%吡蚜酮（Pymetrozine）標準品，德國Dr.Ehrenstorfer 公司；乙腈（分析純），天津科密歐化學試劑有限公司；甲醇（色譜級），德國默克化工技術有限公司；十八烷基鍵合硅膠吸附劑（C18），上海安譜實驗科技股份有限公司；50%吡蚜酮可濕性粉劑，山東豐禾立健生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

1290-6410 B 液相色譜-串聯質譜儀，美國Agilent公司；R10.v.v 食品切碎攪拌機，法國Robot Coupe 公司；QL-901 渦流混合器（江蘇海門市麒麟醫用儀器廠；Talboys 數顯型多管式旋渦混合器，上海安譜實驗科技股份有限公司；AL204 十萬分之一電子天平，瑞士梅特勒托利多儀器上海有限公司；JJ-200百分之一電子天平，常州雙杰電子有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 田間試驗設計

按《農作物中農藥殘留試驗準則》（NY/T 788—2018）和《農藥田間藥效試驗準則（一）殺蟲劑防治水稻飛虱》（GB/T 17980.4—2000）執行。

試驗地選擇：稻麥輪作，選擇病蟲害發生重田塊。根據前期預試驗，50%吡蚜酮可濕性粉劑按標簽推薦（75～90 g·hm-2，以有效成分計）低劑量設置 50%（37.5 g·hm-2，以有效成分計）、75%（56 g·hm-2，以有效成分計）、1.0 倍（75 g·hm-2，以有效成分計）和1.5 倍（112.5 g·hm-2，以有效成分計）處理。2018年8月5日第一次施藥，施藥2 次，間隔7 d 施藥1 次。用水量675 L·hm-2，各小區面積 20 m2，每個處理 4 次重復。最高劑量處理小區需在第一次施藥后2 h和7 d采樣，第二次施藥后2 h、1、3、5、7、14 d 采樣用于沉積量消解研究，同時于各處理7 d 和14 d 調查防治效果。除最高劑量處理小區外只需在第一次施藥后2 h、7、14 d和成熟時采樣。

采樣對象：作物植株區分為植株上部和植株下部（以水稻倒3葉分）。土壤采集0～15 cm土壤。每個處理隨機取樣10 個點，將10 個點樣品混勻。作物樣品和土壤樣品每個重復取混勻后的樣品不少于200 g。樣品采集后-20 ℃保存。

防治效果調查：每小區采取平行跳躍法調查12個點，每點2 叢，斜拍打稻3 下，統計灰飛虱數。蟲口減退率=（[施藥前蟲數-施藥后蟲數）/施藥前蟲數]×100%；相對防治效果=（[處理蟲口減退率-對照蟲口減退率）（/100-對照蟲口減退率）]×100%

1.3.2 樣品提取凈化

稱取 5.0 g 樣品于 50 mL 離心管中，加入 20 mL 乙腈，數顯型多管式旋渦混合器振蕩20 min，于5 000 r·min-1下離心；取4 mL 上清液轉移至5 mL 離心管中，氮吹至干，用色譜純甲醇定容至2 mL，加入50 mg 無水硫酸鎂和50 mg C18填料，漩渦振蕩，于5 000 r·min-1下離心；取上清液于進樣瓶中，待測。

1.3.3 HPLC-MS/MS檢測條件

色譜條件：Agilent ZORBAX Eclipse Plus C18色譜柱（2.1 mm×50 mm，1.8 μm）；柱溫35 ℃；進樣體積 2.0 μL；流動相為80%甲醇和20%甲酸水（甲酸濃度0.1%），流速為0.35 mL·min-1。

質譜條件：電噴霧離子源；多反應監測正離子掃描模式；毛細管電壓4 000 V；干燥氣溫度350 ℃；干燥氣流速10 L·min-1；噴霧器壓力172 kPa；采集參數見表1。

表1 吡蚜酮的質譜參數Table 1 MS parameters for determination of pymetrozine

HPLC-MS/MS測定采用標準曲線法定量，組分含量按公式（1）計算：

式中：Xi為試樣中被測組分含量，mg·kg-1；Ci為從標準工作曲線得到的供試樣品溶液中被測組分的質量濃度，mg·L-1；M為被測樣品質量，g；Vm為供試樣品提取液的總體積，mL；V1為供試樣品移取提取液的體積，mL；V2為供試樣品定容體積，mL。

1.3.4 檢測條件的優化及方法的線性范圍、定量限、精密度和準確度

采用 QuEChERS 凈化方法[10-11]，經比較后，采用50 mg無水硫酸鎂和50 mg C18作為吸附劑。

使用色譜純甲醇配制標準工作溶液1、2、5、10、20、50、100 μg·L-1和200 μg·L-1，在1.3.3節液相色譜-質譜條件下測定，以吡蚜酮標準溶液的質量濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標，繪制標準工作曲線。吡蚜酮線性回歸方程為y=2 423.3x+1 185.3（R2=0.999 9）。峰面積與溶液質量濃度間呈良好的線性關系。以信噪比3∶1為儀器檢出限，吡蚜酮的檢出限為1.5×10-3ng。

在 0.01、0.05 mg·kg-1和 0.25 mg·kg-13 個添加水平下，吡蚜酮在水稻植株和籽粒中回收率分別為94%～101%和91%～96%，相對標準偏差分別為3.5%～5.3%和7.1%～7.7%，植株和籽粒中的定量限均為0.01 mg·kg-1。各樣本的添加回收率和變異系數在允許范圍內，符合《農作物中農藥殘留試驗準則》（NY/T 788—2018）的要求。

2 結果與分析

2.1 吡蚜酮的沉積規律

在水稻分蘗期，50%吡蚜酮可濕性粉劑按標簽推薦（75～90 g·hm-2，以有效成分計）的 50%（37.5 g·hm-2，以有效成分計）、75%（56 g·hm-2，以有效成分計）、1.0 倍（75 g·hm-2，以有效成分計）和1.5 倍（112.5 g·hm-2，以有效成分計）4 個不同施藥劑量施藥 1 次后，于水稻倒3 葉處將水稻植株分成上下兩分部，并檢測各部分殘留量。吡蚜酮在水稻植株上部和下部的殘留量見表2。結果表明，在藥后2 h 和江蘇、湖南、廣西和黑龍江4 地水稻植株上部沉積量所占比例均為整個植株沉積量的66.7%以上。且吡蚜酮在水稻植株上部的降解要快于植株下部。若施藥2 次，間隔7 d 施藥，第1 次施藥后的水稻植株上部殘留量占第2次施藥后總殘留量的24%～43%，但第1次施藥后在水稻植株下部的殘留量占第2 次施藥后的沉積量的18%～38%。水稻植株上部吡蚜酮沉積量，黑龍江大于其余3地。

2.2 消解規律

在水稻分蘗期，50%吡蚜酮可濕性粉劑按112.5 g·hm-2（以有效成分計）施藥2 次后（間隔7 d 施藥1次），于第 2 次施藥后 2 h 和 1、3、5、7、14 d 后采樣，并將水稻植株從倒3 葉處分成上下兩分部，檢測各部分殘留量后分別計算降解半衰期。結果表明，吡蚜酮在植株上的沉積殘留呈不斷下降的趨勢，在植株上部和下部趨勢一致（圖1）。吡蚜酮在江蘇、湖南、廣西和黑龍江4 個試驗點水稻植株上部的半衰期分別為2.1、1.0、2.1 d 和2.4 d，但在植株下部的半衰期分別為2.8、1.7、3.2 d和3.6 d（表3）。

2.3 吡蚜酮在不同種植區域水稻上的沉積量與對灰飛虱的防治效果

江蘇稻麥輪作種植區吡蚜酮在水稻上的沉積量與防治效果結果表明，推薦劑量的50%對水稻飛虱防治效果較差，但在75%以上劑量時，防治效果可達91%以上。因此江蘇地區水稻灰飛虱防治用吡蚜酮藥按標簽推薦劑量的75%（56 g·hm-2，以有效成分計）用藥即可滿足防治需求（圖2）。

湖南結果表明，推薦劑量的50%對水稻灰飛虱防治效果較差，但在75%以上劑量時，防治效果可達87%以上。因此湖南地區水稻灰飛虱防治用吡蚜酮按標簽推薦劑量的75%（56 g·hm-2，以有效成分計）用藥即可滿足防治需求（圖2）。

表2 吡蚜酮在水稻植株不同部分殘留量（mg·kg-1）Table 2 Pymetrozine residue in different parts of rice plants（mg·kg-1）

廣西結果表明，推薦劑量的50%、75%和1.0倍對水稻灰飛虱防治效果都較差，但1.5倍時，對灰飛虱防治效果可達到94%。因此廣西雙季稻地區水稻灰飛虱防治用吡蚜酮藥劑時，其用量應為標簽推薦的1.5倍（112.5 g·hm-2，以有效成分計）用量（圖2）。

黑龍江結果表明，推薦劑量的50%和75%對水稻灰飛虱防治效果都較差，但1.0倍以上時，對灰飛虱防治效果可達到93%以上。因此黑龍江一季稻地區水稻灰飛虱防治用吡蚜酮藥劑時，其用量應為標簽推薦的1.0倍（75 g·hm-2，以有效成分計）用量（圖2）。

進一步分析圖2 數據，防治效果達到90%左右時，江蘇、湖南、廣西和黑龍江在水稻植株上部殘留量分別為 0.48、0.73、0.99 mg·kg-1和 1.22 mg·kg-1，說明江蘇和湖南地區稻灰飛虱對吡蚜酮的抗性可能小于廣西和黑龍江，但實際抗性程度需進一步抗性試驗證明。施藥為推薦劑量的1.5 倍時，吡蚜酮江蘇、湖南、廣西和黑龍江在水稻植株上部殘留量分別為0.84、0.98、0.99 mg·kg-1和1.65 mg·kg-1，江蘇地區吡蚜酮在植株上的附著量仍然相對較低。

3 討論

吡蚜酮施加入水稻農田體系中后，由于施藥方式和水稻植株立體空間的特征，農藥在水稻立體空間的分布會存在一定殘留差異，而灰飛虱等害蟲在水稻的立體空間的分布也有其特征規律，灰飛虱主要在水稻的中下部為害，因此，分析農藥殘留的立體空間分布和靶標害蟲立體空間分布的關系對農藥的有效利用具有一定的意義。另外，農藥在自然生態環境中降解會受到環境因素的影響，比如溫度、光照和濕度等。我國幅員廣闊，不同農區之間環境相差較大，農藥殘留規律存在不同程度的差異，因此分析農區間農藥殘留的差異及對靶標害蟲的防治效果差異，對農藥減施增效具有一定的理論指導意義。

3.1 水稻體系吡蚜酮流失的空間和區域差異

殘留持久的農藥都已經逐漸被淘汰，目前市場上流通的農藥品種大多較易降解。前人對水稻體系吡蚜酮流失的空間和區域差異的研究未見報道。本文研究表明，水稻體系吡蚜酮殘留的空間差異體現在農藥噴施后主要沉積在水稻植株中上部位，上部的農藥降解快于下部；區域差異主要體現黑龍江較其他3 個農區的水稻農藥沉積量大、降解慢，可能與黑龍江地理緯度最高，氣候降雨等環境條件差異較大有關。

表3 吡蚜酮在水稻植株上的消解動態方程和半衰期Table 3 Dynamic equation and half-life of pymetrozine in rice plants

水稻植株上部的降解快于植株下部，這可能不僅與雨水的淋洗有關，而且與植株上部農藥的光解也有很大的關系。牛大水等[12]研究表明，農藥在強光照下降解迅速，光的強度越強，農藥降解越快。該結論一定程度上解釋了本研究中植株上部農藥降解快于下部的現象。張存政等[13]研究表明，農藥在不同環境條件下殘留規律有顯著差異，溫度高和降雨多能促進農藥殘留的消解和流失。該結論與本研究結果一致，黑龍江地區由于緯度較高，晝夜溫差大，夜間的低溫延緩農藥殘留的降解，而且降雨量相對南方小，也是農藥殘留降解慢的原因之一。

農藥噴霧一般從水稻上方向下噴，植株的上部首先接觸農藥，而下部農藥可能來源主要是上部植株的空隙穿透直接噴灑農藥、從上部植株流淌下的農藥和部分農藥霧滴噴灑上部植株后經過二次或更多次的彈跳后落下的農藥等幾種，但總體植株上部的農藥受藥量遠大于下部，這是上部的空間優勢決定的。灰飛虱一般在水稻中下部為害，因此為了農藥液滴盡量向靶標部位附著，可以在使用噴霧器械時降低器械噴頭高度，最好在水稻倒二葉以下。農藥殘留區域差異可能主要由雨水、風力和濕度等因素導致，農藥使用劑量也應根據不同區域殘留規律差異進行適當調整[14-15]。

3.2 吡蚜酮沉積量與防治效果關系

水稻上使用吡蚜酮的目的主要是針對危害水稻的灰飛虱。農藥對靶標害蟲的防治效果主要與害蟲的農藥有效接觸量和害蟲對農藥的抗性程度等因素有關。農藥劑量確定后，最大限度地將農藥沉積在水稻表面并發揮最佳生物效果，是農藥田間應用追求的目標之一，同時期望害蟲對農藥的抗性越低越好。但前人多年的檢測結果表明，部分稻區褐飛虱田間種群對吡蚜酮的抗性已下降至中等水平階段（3.7～11.0倍），不同區域飛虱種群抗性不同[16-20]。

本研究中，江蘇和湖南水稻吡蚜酮75%推薦劑量、廣西1.5 倍推薦劑量、黑龍江1.0 倍推薦劑量以上時分別可滿足對灰飛虱防治需求。江蘇和湖南地區灰飛虱對吡蚜酮的抗性可能小于廣西和黑龍江。盡管江蘇地區吡蚜酮殘留量最低，但灰飛虱對吡蚜酮的抗性也可能最小，因此較低劑量的農藥即可達到較好的防治效果。

農藥制劑產品在登記時存在兩個問題，一是廠家在制劑的有效成分含量上有過大的自主設定權，只要能通過系列登記試驗，就能獲得登記；二是農藥制劑銷售時，一般全國范圍采用統一的農藥施用劑量，而各地區由于氣候等條件以及害蟲抗性的差異，會導致有些地區過量施用農藥而有些地方施藥劑量不足的情況。

4 結論

（1）在藥后2 h，江蘇、湖南、廣西和黑龍江4 地試驗點水稻植株上部沉積量所占比例均為整個植株沉積量的66.7%以上，且吡蚜酮在水稻植株上部的降解要快于植株下部。水稻植株上部吡蚜酮沉積量，黑龍江大于其余3地。

（2）江蘇和湖南地區水稻飛虱防治用吡蚜酮藥按標簽推薦最大的75%用藥（56 g·hm-2，以有效成分計）即可滿足防治需求。廣西雙季稻地區水稻飛虱防治用吡蚜酮藥劑時，其用量應為標簽推薦的1.5 倍用量（112.5 g·hm-2，以有效成分計）。黑龍江一季稻地區水稻飛虱防治用吡蚜酮藥劑時，其用量應為標簽推薦的1.0 倍用量（75 g·hm-2，以有效成分計）。結果表明，針對具體農藥制劑，應根據實際水稻種植區域靶標有害生物防治效果情況，合理設置符合本區域的農藥使用劑量，避免農藥施用過量給環境造成壓力，也避免農藥施用不足而起不到防治害蟲的效果。