殺蟲單在甘蔗和土壤中的殘留行為和風險評估研究

郇志博 羅金輝 謝德芳

摘要 為了確保殺蟲單在甘蔗上的安全科學使用，本研究分別于2015和2016年度在海南和廣西開展了9%殺蟲單顆粒劑在甘蔗和土壤中的殘留消解試驗和最終殘留試驗。殘留消解試驗結果表明，殺蟲單在甘蔗植株中的半衰期為17.3～30.1 d，在土壤中的半衰期為1.7 d;最終殘留試驗結果表明，殺蟲單在甘蔗蔗梢、蔗莖和土壤中的最終殘留皆低于LOQ（0.02 mg/kg）。綜上，在甘蔗苗期按照3 375 g/hm2 溝施9%殺蟲單顆粒劑1次，甘蔗蔗梢和蔗莖中殺蟲單的最終殘留低于我國的限量標準，對人類的暴露風險較低;而且土壤中殺蟲單殘留對非靶標生物蚯蚓的環(huán)境風險也較低。

關鍵詞 殺蟲單; 甘蔗; 殘留行為; 風險評估

中圖分類號： S 481.8

文獻標識碼： ADOI： 10.16688/j.zwbh.2018272

Abstract To ensure the safety use of monosultap on sugar cane， the residue dynamic and final residue experiments of monosultap 9% GR in sugar cane and soil were conducted in Hainan and Guangxi during 2015 and 2016. The results showed that the halflives were 17.3-30.1 d and 1.7 d in sugar cane plant and soil， respectively; the final residues in shoots， stalks and soils were all below LOQ （0.02 mg/kg）. In conclusion， after furrow application of monosultap 9% GR at 3 375 g/hm2 for once in sugar cane seedling stage， the final residue of monosultap in sugar cane shoots and stalks satisfied the MRL standard in China and the dietary exposure risk to human was low. Additionally， the environmental risk to earthworm was also low.

Key words monosultap; sugar cane; residue behavior; risk assessment

甘蔗是一種重要的糖類作物和經(jīng)濟作物，蔗糖是我國食糖的主要來源，占食糖總量的92%以上[1]，根據(jù)我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)作物數(shù)據(jù)庫的記錄，我國2016年甘蔗的種植面積為150萬 hm2，產(chǎn)量為11 380萬t，產(chǎn)量僅次于巴西和印度[12]。盡管我國甘蔗的平均產(chǎn)量（74.6 t/hm2）要比世界甘蔗的平均產(chǎn)量（70.6 t/hm2）高，但是我國甘蔗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到許多問題的制約，其中一個重要問題就是病蟲害帶來的成本上升[1，3]。甘蔗綿蚜Ceratovacuna lanigera Zehntner和條螟Proceras venosatum （Walker）是我國甘蔗上的兩種主要害蟲，羅素蘭等[4]調(diào)查發(fā)現(xiàn)甘蔗綿蚜在我國的各個蔗區(qū)普遍發(fā)生且為害嚴重，甚至使蔗糖產(chǎn)量減少40%;韋茂春等[5]發(fā)現(xiàn)甘蔗條螟為害甘蔗后會造成甘蔗缺苗斷壟，同時還會降低原料蔗的含糖量，若不進行防治，一般可造成甘蔗20%～40%的產(chǎn)量損失，嚴重時可達60%～70%。甲拌磷、甲基異柳磷、特丁硫磷和克百威等高劇毒農(nóng)藥過去是甘蔗上的常用藥劑[5]，但隨著農(nóng)業(yè)農(nóng)村部對這些高劇毒農(nóng)藥的禁用[6]，為甘蔗篩選低毒、高效殺蟲劑的需求越來越迫切。

殺蟲單（monosultap）（圖1）是20世紀70年代我國自行創(chuàng)制的農(nóng)藥品種，是沙蠶毒素類殺蟲劑，它殺蟲譜廣，具有強烈的胃毒、觸殺和內(nèi)吸作用[7]。自2004年國家禁止5種高毒有機磷農(nóng)藥的應用后，殺蟲單已成為有機磷農(nóng)藥的主要替代品，廣泛用于防治稻田、蔬菜、甘蔗、柑橘等的蟲害[8]。許多文獻已經(jīng)證明殺蟲單對甘蔗蚜蟲和螟蟲具有優(yōu)異的防效[5，910]。作為一種國產(chǎn)藥劑，殺蟲單在水稻[1114]、煙草[15]、小白菜[16]、番茄和黃瓜[17]等作物上的殘留分析方法報道的較多，但關于殺蟲單在各種作物上的殘留行為的研究較少，目前僅能查到殺蟲單在水稻[1114]和小白菜[16]上的殘留行為研究，因此基于殺蟲單對甘蔗蟲害優(yōu)異的防效，研究殺蟲單在甘蔗上的殘留行為和使用風險，對殺蟲單在甘蔗上的安全使用意義重大。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

安捷倫氣相色譜儀Agilent 7890A配備ECD檢測器;T25型勻漿機，艾卡（廣州）儀器設備有限公司;RE52CS1旋轉蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠;SHZB水浴恒溫振蕩器，常州諾基儀器有限公司;TDL40B低速臺式離心機，上海安亭科學儀器廠;H.H.S4電熱恒溫水浴鍋，上海浦東躍欣科學儀器廠。

100 μg/mL殺蟲單標準品、9%殺蟲單顆粒劑由中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所提供。100 μg/mL沙蠶毒素標準品，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護科研監(jiān)測所;分析純甲苯、NaOH、Na2S·9H2O，廣州化學試劑廠;36%～38%濃鹽酸，廣州化學試劑廠。

1.2 田間試驗

按照《農(nóng)藥殘留試驗準則》[18]和《農(nóng)藥登記殘留田間試驗標準操作規(guī)程》[19]，于2015-2016年分別在海南和廣西兩地進行了9%殺蟲單顆粒劑在甘蔗上的消解動態(tài)和最終殘留試驗。每個小區(qū)30 m2，每個處理3個重復，隨機排列，小區(qū)間設保護帶，另設置對照區(qū)。推薦施藥時期及方法：甘蔗苗期溝施于甘蔗根部附近并覆土;推薦施藥劑量和次數(shù)：3 375 g/hm2（制劑量2 500 g/667 m2）施藥1次;安全間隔期為收獲期。

1.2.1 消解動態(tài)試驗

殺蟲單在甘蔗植株和土壤中的消解動態(tài)試驗采用1次施藥多次采樣的方法。施藥劑量為5 062.5 g/hm2（制劑量3 750 g/667 m2）。分別于施藥后的2 h、1 d、3 d、5 d、7 d、10 d、14 d、21 d、28 d、42 d、60 d、收獲期采集甘蔗植株樣品，于施藥后的2 h、1 d、3 d、5 d、7 d、10 d、14 d、21 d、28 d、42 d、60 d、90 d、收獲期采集土壤樣品。采集甘蔗植株樣品時，在小區(qū)內(nèi)隨機多點采10株以上甘蔗地上部分，去除干枯的葉片，混勻后取約1 kg以上切成1 cm以下小段，充分混勻，四分法縮分取2份，每份150 g，裝入封口袋，做好標簽，在-20℃冰箱中保存。采集土壤樣品時按棋盤式選擇6～12個點，每點以往復旋轉的方式將土鉆壓入15 cm深度，拔出土鉆，使土鉆側槽開口朝上，用改錐去掉尖端刻度以下部分的土樣和土鉆外部附著的土壤，將土鉆中的土壤樣品撬到不銹鋼盆中，每小區(qū)每次采集土壤樣本1～2 kg，在不銹鋼盆中去除碎石、雜草和根莖等雜物，將采集的樣本裝入塑料袋。將采集的土壤樣品碾碎后過篩，充分混勻后，用四分法分取200～300 g樣品2份，分別裝入封口袋中，在-20℃冰箱中保存。

1.2.2 最終殘留試驗

設低劑量3 375 g/hm2（制劑量2 500 g/667 m2）和高劑量5 062.5 g/hm2（制劑量3 750 g/667 m2）兩個施藥劑量，每個劑量分別施藥1次和2次，施藥間隔期30 d，收獲期采樣。最終殘留試驗需要采集甘蔗的蔗莖和蔗梢，在小區(qū)內(nèi)隨機多點采10株以上甘蔗地上全株，取蔗莖上、中、下部分混成2 kg蔗莖樣品，蔗梢縮分后取樣品約1 kg以上，兩種樣品都需要切成1 cm以下小段，分別充分混勻，四分法縮分各取150 g 2份，裝入封口袋，做好標簽，在-20℃冰箱中保存。土壤樣品的采集方法和處理方法同1.2.1。

1.3 提取和凈化

甘蔗植株、蔗梢和蔗莖樣品：稱取5.0 g樣品，置于50 mL離心管中，加入30 mL 0.1 mol/L HCl溶液，振蕩提取30 min，4 000 r/min離心15 min，將上清液轉移到一個新的50 mL的離心管中，用1.0 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH到8.5～9，再加1 mL 1 mol/L Na2S水溶液，劇烈振蕩2 min，70℃反應2.5 h，然后加入5 mL甲苯，劇烈振蕩2 min，4 000 r/min離心10 min，吸取上清液1 mL于進樣瓶中，待GCECD測定。

土壤樣品：稱取5.0 g樣品，置于50 mL離心管中，加入30 mL 0.1 mol/L HCl溶液，振蕩提取30 min，4 000 r/min離心5 min，將上清液轉移到一個新的50 mL的離心管中，用1.0 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH到8.5～9，再加1 mL 1 mol/L Na2S水溶液，劇烈振蕩2 min，70℃反應2.5 h，然后加入5 mL甲苯，劇烈振蕩2 min，4 000 r/min離心5 min，吸取上清液1 mL于進樣瓶中，待GCECD測定。

1.4 分析測定

色譜柱：Agilent DB1（30 m×0.32 mm×1.0 μm）;載氣：N2;進樣口：250℃;檢測器溫度：300℃;柱升溫程序：60℃保持1 min，20℃/min升到180℃保持1 min，15℃/min升到280℃保持10 min;載氣流速：2 mL/min;尾吹：25 mL/min;不分流模式;進樣量：1 μL;沙蠶毒素的保留時間約為8.3 min。

1.5 數(shù)據(jù)分析

殺蟲單在甘蔗和土壤中的消解動態(tài)采用一級動力學方程進行模擬：

Ct=C0×e-kt

式中，Ct是t（天）時間時的農(nóng)藥殘留濃度（mg/kg），C0是初始沉積量（mg/kg），k是速率常數(shù);消解半衰期t1/2=ln 2/k。

2 結果與分析

2.1 線性范圍與檢出限

以殺蟲單的添加濃度與GCECD的響應峰面積做標準曲線，得到殺蟲單在4種基質(zhì)中的標準曲線及相關系數(shù)：土壤，y=6 378.30x+53.24（R2=1.000）;甘蔗植株和蔗梢，y=1 156.20x-5.84（R2=0.999）;蔗莖，y=2 266.90x+3.23（R2=0.997），表明在0.02～0.5 mg/kg的濃度范圍內(nèi)，殺蟲單在4種基質(zhì)中的濃度與GCECD的響應峰面積呈現(xiàn)良好的線性關系，用該4個標準曲線定量土壤、甘蔗植株、蔗梢和蔗莖樣品中殺蟲單的殘留量。

方法的靈敏度用最小檢出量和最低檢出濃度表示，參照Song等[20]的文獻，殺蟲單的最小檢出量（LOD）被設為使檢測系統(tǒng)產(chǎn)生3倍噪音信號的標準品的濃度，為0.01 mg/kg;殺蟲單的最低檢出濃度（LOQ）被設為最低添加水平，為0.02 mg/kg;該方法的LOQ低于我國設定的殺蟲單在甘蔗上的MRL 0.1 mg/kg，因此滿足下一步的樣品檢測。

2.2 添加回收率與相對標準偏差

在甘蔗植株、蔗莖、蔗梢和土壤樣品中分別添加一定體積的殺蟲單標準溶液，混勻，使殺蟲單的最終添加濃度為0.02、0.1、0.5 mg/kg，每一個添加濃度包含5個平行樣，然后按照1.3和1.4分析測定，并計算添加回收率和相對標準偏差。結果表明，當添加水平為0.02～0.5 mg/kg時，殺蟲單在甘蔗植株和蔗梢中的添加回收率為87.7%～108.0%，RSD為0.5%～2.4%;在甘蔗蔗莖中的添加回收率為79.9%～109.8%，RSD為0.7%～5.9%;在土壤中的添加回收率為91.3%～102.5%，RSD為0.5%～2.1%。根據(jù)NY/T7882004《農(nóng)藥殘留試驗準則》[18]的要求，本試驗建立的測定甘蔗植株、蔗梢、蔗莖和土壤中殺蟲單的檢測方法在準確度、精密度方面達到要求。

2.3 殺蟲單在甘蔗植株和土壤中的消解動態(tài)

殺蟲單在甘蔗植株和土壤中的消解均符合一級反應動力學方程，消解方程、相關系數(shù)和消解半衰期結果見表1，試驗結果表明：施藥后甘蔗植株中殺蟲單的原始沉積量，海南試驗點為0.061～0.065 mg/kg，廣西試驗點為0.045～0.050 mg/kg;土壤中殺蟲單的原始沉積量，海南試驗點為1.158～1.243 mg/kg，廣西試驗點為1.147～1.166 mg/kg;隨著時間的延長，殺蟲單在甘蔗植株和土壤中的殘留量逐漸降低，殺蟲單在甘蔗植株中的半衰期t1/2，海南試驗點為17.3～19.3 d，廣西試驗點為26.7～30.1 d;殺蟲單在土壤中的半衰期t1/2，海南試驗點和廣西試驗點皆約為1.7 d。

從半衰期數(shù)據(jù)可以看出，殺蟲單在土壤中使用后降解得非?？欤@與Zhang等[11]的研究結果（水稻土壤中殺蟲單半衰期為1.4～2.1 d）一致，但殺蟲單在甘蔗植株中的半衰期相對較長，Zhang等[11]測定殺蟲單在水稻植株中的半衰期為1.3～2.1 d，彭小悅等[12]測定殺蟲單在水稻植株中的半衰期為11.06 d，魏丹等[16]測定殺蟲單在小白菜中的半衰期為3.5～4.0 d。通過分析我們發(fā)現(xiàn)，雖然土壤中殺蟲單的半衰期為1.7 d，但是土壤中殺蟲單的殘留水平在第10天仍然處于較高水平（0.1 mg/kg左右），而甘蔗植株中的殺蟲單達到峰值恰是從第10天開始（0.045～0.065 mg/kg），一直持續(xù)到第42天才低于定量限（<0.02 mg/kg），由于上述幾篇文獻殺蟲單的施用方式皆為莖葉噴霧，而本研究為土壤溝施，甘蔗植株中的殺蟲單是通過甘蔗從土壤中吸收而來，因此推測殺蟲單在甘蔗植株中相對較長的半衰期可能與殺蟲單的施用方式（土壤處理）有關。

2.4 殺蟲單在甘蔗蔗梢、蔗莖和土壤中的最終殘留量

甘蔗蔗梢、蔗莖和土壤中殺蟲單的最終殘留量對殺蟲單在甘蔗上的安全使用具有重要意義。表2顯示了海南和廣西兩地2015-2016年度，分別施用9%殺蟲單顆粒劑5 062.5 g/hm2和3 375 g/hm2 1次和2次，在收獲期時甘蔗蔗梢、蔗莖和土壤中的最終殘留量，結果表明無論是施用高劑量還是低劑量，無論是在海南還是廣西，在收獲期時甘蔗蔗梢、蔗莖和土壤中殺蟲單的最終殘留量都要低于定量限0.02 mg/kg。

2.5 風險評估

為了科學評價9%殺蟲單顆粒劑在甘蔗上使用后的風險，本試驗分別從健康風險和環(huán)境風險兩個方面進行了評價，健康風險主要評價了殺蟲單對不同人群的慢性暴露風險，具體評估方法參照WHO開發(fā)的IEDI（International Estimated Daily Intake）計算模板[21]，其中殘留數(shù)據(jù)為本試驗甘蔗蔗梢和蔗莖中殺蟲單的殘留中值（0.02 mg/kg），膳食消費數(shù)據(jù)為GEMS/Food收錄的中國所屬的G09類人群甘蔗的平均消費量4.27 g/（人·d），體重為G09類人群的平均體重55 kg，計算得到IEDI為1.6×10-6mg/kg bw，殺蟲單的ADI為0.01 mg/kg bw，IEDI占ADI的比例為0.016%，比值遠低于100%，表明在甘蔗苗期按照劑量3 375～5 062.5 g/hm2溝施9%的殺蟲單顆粒劑1～2次，收獲期甘蔗中的殺蟲單殘留對人類健康的慢性暴露風險非常低。

殺蟲單對非靶標生物的環(huán)境風險按照風險商（RQ）的方法進行評價[22]，RQ≤0.01表示低風險，0.011表示非常高風險。由于本文中的殺蟲單是作為土壤處理劑，因此主要對土壤生物可能存在一定的環(huán)境風險，因此本文選擇土壤中的模式生物蚯蚓Eisenia foetida作為研究對象，估計殺蟲單使用后在土壤中的殘留對土壤生物蚯蚓的暴露風險，殺蟲單對蚯蚓14 d的LC50為43 mg/kg干土[23]，殺蟲單濃度選擇消解動態(tài)試驗土壤中殺蟲單的原始沉積量1.147～1.243 mg/kg，經(jīng)計算RQ為0.027～0.029，按照RQ分級屬于中等風險，但是在消解試驗中，殺蟲單的濃度隨著時間延長逐漸降低，在第7天殘留濃度已經(jīng)低于0.4 mg/kg，即RQ小于0.01，因此在甘蔗苗期按照劑量5 062.5 g/hm2溝施9%的殺蟲單顆粒劑1次對土壤生物蚯蚓的風險也較低。

3 結論

在甘蔗苗期按照有效劑量3 375 g/hm2溝施9%的殺蟲單顆粒劑1次，甘蔗蔗梢和蔗莖中殺蟲單的最終殘留低于我國制定的殺蟲單在甘蔗中的限量標準（0.1 mg/kg），而且甘蔗蔗梢和蔗莖中殺蟲單的最終殘留對人類的慢性暴露風險非常低，土壤中殘留的殺蟲單對非靶標生物蚯蚓的環(huán)境風險也較低。

參考文獻

[1] 李明，田洪春，黃智剛.我國甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].中國糖料，2017，39（1）：6770.

[2] 農(nóng)作物數(shù)據(jù)庫[EB/OL].[20180622].http：∥zzys.agri.gov.cn/nongqing.aspx.

[3] RAMASUBRAMANIAN T， PARAMASIVAM M， JAYANTHI R， et al. Persistence and dissipation kinetics of chlorantraniliprole 0.4G in the soil of tropical sugarcane ecosystem[J]. Environmental Monitoring Assessment， 2013， 188： 33.

[4] 羅素蘭，趙順旺，長孫東亭.海南?？诘貐^(qū)甘蔗蚜蟲種類的調(diào)查[J].海南師范學院學報（自然科學版），2003，16（2）：8487.

[5] 韋茂春，周潔成，賴開平，等.噻蟲嗪與殺蟲單混配對黃螟的增效作用和田間防效[J].農(nóng)學學報，2015，5（8）：4043.

[6] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部公告第1586號[EB/OL].[20180622].http：∥jiuban.moa.gov.cn/zwllm/tzgg/gg/201107/t20110705_2045813.htm.

[7] 鄭尊濤，吳慧明，施海燕，等.殺蟲單在土壤及水稻中的殘留分析方法研究[J].浙江農(nóng)業(yè)學報，2004，16（2）：9295.

[8] 梁少華，陳曉琴，潘瑞輝，等.殺蟲單原藥對大鼠的亞慢性毒性研究[J].應用預防醫(yī)學，2009，15（2）：106108.

[9] 潘方胤，楊俊賢，安玉興，等.新型低毒農(nóng)藥5%殺單·毒死蜱對甘蔗螟蟲防治效果試驗[J].甘蔗糖業(yè)，2011（2）：3841.

[10]許煥明，周澤秀，吳雪芳.0.5%吡蟲啉·殺蟲單緩釋粒劑防治甘蔗害蟲田間藥效試驗[J].農(nóng)藥研究與應用，2015（6）：3337.

[11]ZHANG F Z， WANG L， ZHOU L， et al. Dissipation and residues of monosultap in rice plant and environment [J]. Bulletin Environmental Contamination and Toxicology，2012，88：362367.

[12]彭小悅，龔道新，龍勇，等.40%殺蟲單可濕性粉劑在水稻稻田系統(tǒng)中的殘留研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學，2009（11）：7980.

[13]陳紅平，劉新，汪慶華，等.殺蟲單在水稻及稻田中的殘留動態(tài)研究[J].浙江農(nóng)業(yè)科學，2009（2）：410414.

[14]唐晶，龔道新，張素芳，等.殺蟲單在稻田水、土壤及水稻植株中的殘留動態(tài)研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學，2013（1）：8890.

[15]孫惠青，徐光軍，李義強，等.煙草中殺蟲單殘留分析方法研究[J].中國煙草科學，2009，30（1）：3537.

[16]魏丹，孫揚，徐應明，等.殺蟲單在小白菜和土壤中的殘留及消解動態(tài)研究[J].環(huán)境化學，2011，30（11）：19261930.

[17]田春霞，蘭美靜，馬友寧，等.番茄、黃瓜及土壤中殺蟲單總殘留量的超高效液相色譜電噴霧串聯(lián)質(zhì)譜檢測[J].農(nóng)藥學學報，2014，16（2）：174178.

[18]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.NY/T 7882004農(nóng)藥殘留試驗準則[S].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2004.

[19]王運浩，季穎，龔勇，等.農(nóng)藥登記殘留田間試驗標準操作規(guī)程[M].北京：中國標準出版社，2007：4347.

[20]SONG W T， ZHANG Y Q， LI G J， et al. A fast， simple and green method for the extraction of carbamate pesticides from rice by microwave assisted steam extraction coupled with solid phase extraction [J]. Food Chemistry， 2014， 143： 192198.

[21]WHO. Template for the evaluation of acute exposure （IESTI） and chronic exposure （IEDI）[EB/OL].[20180510]. http：∥www. who. int/foodsafety/areas_work/chemicalrisks/gemsfood/en/.

[22]HELA D G， LAMBROPOULOU D A， KONSTANTINOU I K， et al. Environmental monitoring and ecological risk assessment for pesticide contamination and effects in Lake Pamvotis， northwestern Greece[J]. Environmental Toxicology and Chemistry， 2005， 24（6）： 15481556.

[23]劉瑩.巨大芽孢桿菌的固定化及殺蟲單污染土壤的修復[D].天津：天津理工大學，2005.

（責任編輯：田 喆）