嘧菌酯對典型農田周邊水生生態風險評估

鄭豪杰，孫健，張鯤，程涵智，劉沁雨，曹玲，尹曉輝,*

1. 浙江農林大學現代農學院，浙江省農產品品質改良技術研究重點實驗室，杭州 311300 2. 無規定馬屬動物疫病區管理中心，杭州 311500 3. 麗水職業技術學院，麗水 323000

嘧菌酯（azoxystrobin）最早由先正達公司1996年登記注冊，通過阻斷細胞色素b和c1之間的電子傳遞抑制病原菌能量合成，對多種致病真菌均有很高的殺菌活性，廣泛用于蔬菜、谷物和果樹等真菌病害防治[1-3]。上市以來發展迅猛，2014年嘧菌酯銷售額居殺菌劑榜首，并且還是水稻田使用量最大的殺菌劑[4-5]。目前，國內多家農藥公司生產和推廣其單劑和復配產品[6-7]。目前中國市場上嘧菌酯單劑共208種，包括懸浮劑、水分散粒劑、懸浮種衣劑、顆粒劑、可濕性粉劑、微囊懸浮劑和超低容量液劑7種劑型，其中懸浮劑和水分散粒劑占比最大，分別為70.67%和24.04%。

隨著嘧菌酯的廣泛使用和推廣，其在多個國家的地下或地表水中被頻繁檢出[8-12]。研究發現，在澳大利亞東南部Yarra園藝集水區水樣中檢出嘧菌酯頻率為4%，最大檢出量為0.03 μg·L-1[13]；在美國內布拉斯加州中南部雨水盆地水樣中嘧菌酯的最大檢出量為2.47 μg·L-1，檢出頻率為38.0%[14]。除此之外，在生物體內嘧菌酯也被頻繁檢出，如在美國加利福尼亞圣瑪麗亞河流魚類和沙蟹中嘧菌酯的檢出率均為100%[15]。由此可見，嘧菌酯在水環境中的殘留量較高。現有報道顯示，甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑對蜜蜂、鳥類和哺乳動物等相對安全[16]，對水生生物如藻類、無脊椎動物和水生脊椎動物等均表現出不同程度的毒性作用[17-18]。有研究表明，嘧菌酯可抑制綠狐尾藻的抗氧化酶活性，造成脂質過氧化損傷和DNA損傷；對三角褐指藻毒性較高，并破壞該藻的細胞結構，隨著暴露時間的延長，由氧化應激轉變為作用于光系統[19-22]。有研究表明，80%嘧菌酯水分散粒劑對大型溞高毒，對斑馬魚中毒，有一定的致畸作用，并且隨著嘧菌酯劑量的增加影響斑馬魚幼魚的抗氧化酶酶活性等[23-25]。

中國的農藥生態環境風險評估起步較晚，但隨著2017年新的《農藥管理條例》出臺，中國農藥環境風險評估已經進入新的發展階段[26]。目前已制定環境風險評估試驗方法標準37項、風險評估程序標準8項，初步建立了Top-Rice和China-Psem等農藥暴露量預測模型，基本滿足了農藥登記環境風險評估工作需要，并自2013年起在農藥登記環境資料評審過程中，針對“三新一增”情況已全面實施了環境風險評估[26]。目前，風險評估已寫入新的《農藥登記資料要求》。鑒于目前殺菌劑嘧菌酯使用量大、殘留量高且對水生生物毒性高，開展嘧菌酯對中國農田周邊水生生態風險評估具有重要意義。本研究利用Top-Rice和China-Psem模型進行暴露分析，對中國4種主要農作物上登記使用的嘧菌酯單劑進行水生生態風險評估。以期明確目前存在潛在水生生態風險的嘧菌酯產品，并為其安全和合理應用提供科學的風險管理依據。

1 研究方法（Research methods）

1.1 生物富集風險

根據準則[27]，生物富集因子（bioconcentration factors, BCF）>1 000，且14 d清除階段清除率<95%時，生物富集風險不可接受；反之生物富集風險可接受。logBCF=0.761×logKow-0.23（Kow為辛醇/水分配系數）[28]。

1.2 暴露分析

1.2.1 中國4種農作物上登記的嘧菌酯單劑品種

通過查詢和整理出截至2021年5月中國在4種農作物上登記的嘧菌酯單劑[29]，根據各產品推薦使用方法，得出不同劑型使用量范圍，然后帶入模型進行暴露分析，具體分組如表1～表4所示。

表1 不同劑型嘧菌酯在水稻田模擬施用量及分組Table 1 Simulation dosage and grouping of different formulations of azoxystrobin used on rice （kg·hm-2）

表2 不同劑型嘧菌酯在小麥模擬施用量及分組Table 2 Simulation dosage and grouping of different formulations of azoxystrobin used on wheat （kg·hm-2）

表3 不同劑型嘧菌酯在柑橘模擬施用量及分組Table 3 Simulation dosage and grouping of different formulations of azoxystrobin used on citrus （kg·hm-2）

表4 不同劑型嘧菌酯在馬鈴薯模擬施用量及分組Table 4 Simulation dosage and grouping of different formulations of azoxystrobin used on potato （kg·hm-2）

1.2.2 暴露模型

目前中國已初步建立起水生生態農藥預測的3個暴露模型，其中Top-Rice模型應用較為成熟，可用于中國南方地下水和地表水中國場景中，預測農藥通過地表漫溢徑流進入天然池塘及淋溶至地下水后水體中農藥暴露的濃度[30]。模型構建了代表中國南方水稻生產現狀的連平和南昌2個標準暴露場景，現已廣泛應用于中國農藥登記前的生態風險評估[31]。

2019年，農業農村部農藥檢定所發布試用農藥旱田地表水環境暴露模型（China-Psem模型），來預測農藥應用到旱田后在地表水體中的濃度。模型共構建了10個場景點[32]。目前China-Psem模型處于公開征求意見階段，該模型的發布是中國農藥風險評估體系的又一重要進展。

1.2.3 模型輸入參數及取值

依據“中國農藥信息網”[29]中各產品推薦使用方法確定模型模擬施用時間及施用量。農藥環境風險評估涉及的數據主要有農藥理化性質、環境行為及生態毒性數據等，相關數據主要來源北美農藥行動網數據庫（Pesticide Action Network, PAN）[33]、農藥屬性數據庫（Pesticide Properties Database, PPDB）[34]、美國環境保護局生態毒性數據庫（Ecotox Knowledgebase）[35]、歐盟食品安全局（European Food Safety Authority, EFSA）報告[36]等數據庫，對于上述數據庫中缺失的數據可通過相關文獻的檢索進行數據的補充。

1.3 效應分析

通過分析各種生物的生態毒理學毒性終點值及相對應的不確定性因子，計算預測無效應濃度（predicted no effect concentration, PNEC）[27]。PNEC值計算公式如下：PNEC=EnP/UF

式中：PNEC為預測無效應濃度（μg·L-1）；EnP（endpoint）為試驗終點（μg·L-1）；UF（uncertainty factor）為不確定因子。

1.4 風險表征

RQ值按下式計算[27]：RQ=PEC/PNEC

式中：RQ（risk quotient）為風險商值；PEC（predicted environmental concentration）為預測環境濃度（μg·L-1）；如果RQ>1，風險不可接受；RQ<1，風險可接受。

2 結果與分析（Results and analysis）

2.1 4種農作物上嘧菌酯的登記概況

截止2021年5月，中國在水稻上登記的嘧菌酯單劑共43種，分為4種劑型，其中懸浮劑、可濕性粉劑、水分散粒劑和超低容量液劑分別占74.42%、18.6%、4.65%和2.33%。在小麥上所登記的嘧菌酯單劑共5種，分為4種劑型，其中懸浮劑占比最大，為40%；水分散粒劑、可濕性粉劑和懸浮種衣劑均占20%。在馬鈴薯上所登記的嘧菌酯單劑共22種，分為3種劑型，其中懸浮劑、水分散粒劑和顆粒劑分別占77.27%、18.18%和4.55%。在柑橘上所登記的嘧菌酯單劑共10種，分為2種劑型，其中懸浮劑、水分散粒劑分別占80%、20%。

2.2 生物富集風險

經查詢，嘧菌酯辛醇/水分配系數logKow=2.5[36]，根據1.1，得出其BCF=47.04，所以嘧菌酯生物富集風險可接受。

2.3 暴露分析

暴露分析結果如圖1～圖4所示。在水稻上不同劑型嘧菌酯的預測環境濃度分別為懸浮劑（12.03～198.42 μg·L-1）、水分散粒劑（24.36～300.04 μg·L-1）、可濕性粉劑（18.28～154.38 μg·L-1）和超低容量液劑（12.95～96.50 μg·L-1）。在小麥上不同劑型嘧菌酯的預測環境濃度分別為懸浮劑（0.03～31.33 μg·L-1）、水分散粒劑（0.03～21.29 μg·L-1）、可濕性粉劑（0.03～14.77 μg·L-1）和懸浮種衣劑（0.29～16.98 μg·L-1）。在柑橘上不同劑型嘧菌酯的預測環境濃度分別為懸浮劑（4.40～50.51 μg·L-1）、水分散粒劑（4.71～44.90 μg·L-1）。在馬鈴薯上不同劑型嘧菌酯的預測環境濃度分別為懸浮劑（0.44～1.52 μg·L-1）、水分散粒劑（0.46～14.64 μg·L-1）和顆粒劑（5.91～27.07 μg·L-1）。

2.4 效應分析

查詢生態毒理學的標準化生物測定試驗得出的有效毒性終點值（EnP），根據相對應不確定性因子（UF），計算PNEC值[27]。

2.5 風險表征

風險表征結果如圖5～圖8所示。基于Top-Rice模型和China-Psem模型對各模擬場景點不同施用量的4種作物進行風險評估，比較不同分組嘧菌酯風險商值。最高施用量（分組Ⅰ）和最低施用量（分組Ⅳ）分別為4個分組的極大值和極小值，通過評估這2組的急性（初級）、慢性（初級）和高級暴露風險，結果如圖5～圖8所示。

針對于不同分組，結果分析表明，嘧菌酯在不同時間場景的水稻上使用后，RQ>1的分組占總模擬組的82.81%；在小麥上使用后，RQ>1的分組占總模擬組的20.24%；在柑橘上使用后，RQ>1的分組占總模擬組的55.56%；在馬鈴薯上使用后，RQ>1的分組占總模擬組的28.47%。根據準則[27]及實踐得出，當60%時間-場景點的RQ<1，同時其余40%時間-場景點的RQ<10時，認為可接受其對水生生態系統的風險。本研究顯示，在水稻、小麥、柑橘和馬鈴薯上分別有17.19%、79.76%、44.44%和71.53%風險可接受，因此嘧菌酯在水稻和柑橘上使用后，RQ>1超過60%，對水生生態系統存在較大風險。

圖1 嘧菌酯在水稻上使用輸出結果注：PEC表示預測環境濃度；SC表示懸浮劑；WDG表示水分散粒劑；WP表示可濕性粉劑；UL表示超低容量液劑。Fig. 1 The output results of azoxystrobin used on riceNote: PEC means predicted environmental concentration; SC means suspension agent; WDG means water dispersible granule; WP means wettable powder; UL means ultra-low volume liquid.

圖2 嘧菌酯在小麥上使用輸出結果注：FS表示懸浮種衣劑。Fig. 2 The output results of azoxystrobin used on wheatNote: FS means flowable concentrate for seed coating.

圖3 嘧菌酯在柑橘上使用輸出結果Fig. 3 The output results of azoxystrobin used on citrus

圖4 嘧菌酯在馬鈴薯上使用輸出結果注：GR表示顆粒劑。Fig. 4 The output results of azoxystrobin used on potatoNote: GR means granules.

3 討論（Discussion）

利用Top-Rice模型和China-Psem模型對中國已有登記的嘧菌酯單劑進行暴露分析，風險表征結果顯示嘧菌酯在2個場景的不同季節栽培的水稻上施用后，無脊椎動物和脊椎動物（急性風險）風險組數分別占總模擬組的93.75%和100%；初級生產者（慢性風險）風險組數占總模擬組的93.75%；高級風險評估結果顯示不同劑型嘧菌酯對水生微宇宙風險組數占總模擬組的81.25%。針對不同分組，高級風險評估顯示風險組數占總模擬組數的82.81%。其中水分散粒劑、可濕性粉劑、超低容量液劑和懸浮劑風險組數分別占總風險組數的27.67%、25.79%、23.9%和22.64%。經高級風險評估，在分組Ⅳ下，懸浮劑、超低容量液劑（早稻南昌場景）以及懸浮劑、可濕性粉劑、超低容量液劑（分組Ⅳ晚稻-連平場景）風險均可接受。張國祥等[37-38]運用Med-Rice Spreadsheet模型模擬發現施用在稻田上的嘧菌酯對鯽魚、日本沼蝦和中華絨螯蟹均為低風險，同時通過“稻田-魚塘”模擬系統也得出嘧菌酯對3種水生生物均為低風險。毛連綱等[39]基于Top-Rice模型對4%嘧菌酯·噻呋酰胺展膜油劑中的嘧菌酯進行風險評估，初級風險評估表明對無脊椎動物急性和慢性風險均不可接受；高級風險評估表明分蘗期施藥對無脊椎動物的風險也不可接受，這與本研究結果相類似。

圖5 嘧菌酯在水稻上使用風險商值Fig. 5 The risk quotient of azoxystrobin uesd on rice

圖6 嘧菌酯在小麥上使用風險商值Fig. 6 The risk quotient of azoxystrobin uesd on wheat

圖7 嘧菌酯在柑橘上使用風險商值Fig. 7 The risk quotient of azoxystrobin uesd on citrus

圖8 嘧菌酯在馬鈴薯上使用風險商值Fig. 8 The risk quotient of azoxystrobin uesd on potato

當嘧菌酯施用在小麥上，其對脊椎動物和無脊椎動物的初級急性風險評估顯示，風險組數分別占總模擬組的12.5%、51.79%；初級慢性風險評估顯示，對初級生產者風險組數占總模擬組的16.07%；高級風險評估結果表明不同劑型嘧菌酯對水生微宇宙風險組數占總模擬組的21.43%，風險不可接受，這與歐盟對嘧菌酯的水生生態風險評估報告中的一致[36]。針對于不同分組，風險表征結果顯示，風險組數占總模擬組的20.24%。其中懸浮種衣劑風險相對較高，其風險組數總風險組數的41.8%，經高級風險評估，除在南昌、商丘和烏魯木齊3種場景外，其余所有模擬場景風險均可接受。而懸浮劑風險組數占總風險組數的30.88%，除分組I南昌、商丘、濰坊和烏魯木齊4種場景外，經高級風險評估其余所有模擬場景均可接受。可濕性粉劑、水分散粒劑風險相對較低，除分組Ⅰ商丘模擬組外，經高級風險評估，2種劑型在小麥上使用后對水生生態系統風險均可接受。而懸浮劑在分組Ⅳ（使用1次）下，經高級風險評估，風險可以接受。根據模擬結果，嘧菌酯對無脊椎動物風險較高，經慢性風險評估，無脊椎動物風險組占總風險組的19.64%。在歐盟報告中也指出嘧菌酯在小麥上使用后對水生生物存在一定風險，特別是對無脊椎動物的風險[40]。

通過分析嘧菌酯在柑橘上的使用，其對脊椎動物和無脊椎動物的初級急性風險表明，風險組數分別占總模擬組的50%、100%；相對初級慢性風險，初級生產者風險組數占總模擬組的50%；而高級風險評估結果表明不同劑型嘧菌酯對水生微宇宙風險組數占總模擬組的50%。風險表征結果顯示，對于不同分組，風險組數占總模擬組的55.56%。懸浮劑、水分散粒劑風險組數均占總風險組數的50%。在分組Ⅳ（使用1次）下，2種劑型在所有模擬場景中，RQ值>1的分組只有無脊椎動物風險組（急性風險），而初級慢性風險及高級風險評估結果顯示2種劑型在柑橘上使用后對水生生態系統風險可以接受。

如果按照登記使用在馬鈴薯上，相對于初級急性風險，脊椎動物和無脊椎動物風險組數分別占總模擬組的37.5%、75%；相對于初級慢性風險，對初級生產者風險組數占總模擬組的37.5%；高級風險評估結果表明不同劑型嘧菌酯對水生微宇宙風險組數占總模擬組的56.25%。風險表征結果顯示，對于不同分組，風險組數占總模擬組的28.47%。顆粒劑風險相對較高，風險組數占總風險組數的80%，經高級風險評估，只有在分組Ⅳ（使用1次）連平場景可接受，這可能與顆粒劑使用量較高有關。水分散粒劑，占20%，其中除分組Ⅰ（使用3次）連平和烏魯木齊場景外，經高級風險評估，水分散粒劑在其余所有場景風險均可接受。懸浮劑模擬組數RQ值均<1，表明對農田周邊水生生態系統的風險可以接受。

模型模擬結果顯示，嘧菌酯在4種作物上使用后可能對水生生態存在風險，但在評估時也存在以下幾點不確定因素：（1） Top-Rice模型本身忽略了農藥在土壤表面的光解作用；（2） 嘧菌酯理化性質參數取值較保守；（3） 各劑型施藥量、施藥時間、次數與具體某個劑型產品的實際施用量存在一定差異，故模型輸出結果可能與實際有所差異。但目前嘧菌酯在多種作物上的實際使用為1次或超過1次，這勢必會對水生生物群落造成威脅，建議管理部門加強對嘧菌酯登記使用后的監測和農田生態系統的評估，以保護南方農田水生生態系統的健康和安全。

截至2021年5月，中國在水稻上所登記的嘧菌酯單劑產品達43種，共4種劑型。其中懸浮劑、可濕性粉劑、水分散粒劑和超低容量液劑分別占74.42%、18.6%、4.65%和2.33%。在小麥上所登記的嘧菌酯單劑共5種，共4種劑型。其中懸浮劑占40%，水分散粒劑、可濕性粉劑和懸浮種衣劑均占20%。在馬鈴薯上所登記的嘧菌酯單劑共計22種，共3種劑型。其中懸浮劑、水分散粒劑和顆粒劑分別占77.27%、18.18%和4.55%。在柑橘上所登記的嘧菌酯單劑共10種，共2種劑型，其中懸浮劑、水分散粒劑占80%、20%。嘧菌酯BCF=47.04（<1 000），其生物富集風險可接受。

模型預測結果顯示嘧菌酯在水稻、小麥、柑橘和馬鈴薯上施用后，其預測環境濃度范圍分別為12.03～300.04、0.03～31.33、4.40～50.51和0.44～27.07 μg·L-1。

經高級風險評估，嘧菌酯懸浮劑在小麥、柑橘和馬鈴薯上分別使用1次、1次和3次后，對水生生物的風險可接受；嘧菌酯水分散粒劑在小麥、柑橘和馬鈴薯上均使用1次后，對水生生物風險可接受；嘧菌酯可濕性粉劑在水稻（晚稻連平場景）和小麥上使用1次后，對水生生物風險可接受；其余劑型（包括懸浮劑、可濕性粉劑和顆粒劑等）使用在4種作物上，尤其是水稻上，即使在使用1次的情況下，風險也不可完全接受。由此可見，一些嘧菌酯產品對水生生態系統存在不同程度的風險，尤其是對農田水生生態系統中的水生生物群落存在較大威脅，在未來農藥的登記和再評價中應予以特別關注。