氯化苦的生態(tài)毒理效應

曹坳程*，方文生，王秋霞，顏冬冬，李 園，歐陽燦彬，郭美霞

(中國農業(yè)科學院 植物保護研究所，北京 100193)

1 氯化苦的理化性質

氯化苦的化學名稱是三氯硝基甲烷，是一種無色不可燃液體，具有催淚作用。熔點：-64 ℃，沸點：112.4 ℃(757 mmHg)，蒸氣壓：3.2 kPa(25 ℃)，Henry 常數 3.25×102Pa·m3/mol (25 ℃，計算值)。相對密度：1.655 8 (20 ℃)。溶解度：水 2.27(0 ℃)，1.62(25 ℃)(g/L)；溶于多數有機溶劑，如丙酮、苯、乙醇、甲醇、二硫化碳、乙醚、四氯化碳。氯化苦在酸性介質中穩(wěn)定，在堿性介質中不穩(wěn)定。

2 氯化苦的毒性

《農藥手冊》(The Pesticide Manual)的數據為氯化苦的急性經口LD50250 mg/kg，其對兔皮膚有嚴重的刺激作用。當氯化苦在空氣中的含量為0.008 mg/L空氣時，會被清晰地感覺到，為0.016 mg/L時，會引起咳嗽和流淚。

我國浙江省化工研究院采用 GB15670—1995《農藥登記毒理學試驗方法》中的方法測定了氯化苦的急性經口、經皮、吸入毒性。結果為氯化苦急性經口LD50：雌性大鼠為369 (271～501) mg/kg，雄性大鼠為316 mg/kg，經皮LD50雌雄大鼠均為926 (636～1350) mg/kg，吸入LC50(2 h)雌雄大鼠均為316 mg/kg。該實驗室條件下，氯化苦對大鼠急性經口、經皮、吸入毒性均屬于中等毒[1]。

華中科技大學同濟醫(yī)學院農藥毒理研究中心檢測結果為 99.5%氯化苦原藥對雌雄大鼠急性經口LD50均為200 mg/kg，屬中毒；對雌性大鼠急性經皮LD50為681 mg/kg，屬中毒；對雄性大鼠急性經皮LD50為584 mg/kg，屬中毒；對雌性大鼠急性吸入 LD50為 271 mg/m3，對雄性大鼠急性吸入 LD50為233 mg/m3，屬中毒；對家兔皮膚有輕度刺激性；對家兔眼睛有中度至重度刺激性。99.5%氯化苦原藥屬中度致敏類農藥，Ames致突變試驗結果陰性，對小鼠骨髓細胞的分裂未見明顯抑制作用，體外哺乳動物細胞染色體畸變試驗結果為陰性，不引起哺乳動物體細胞基因突變，對大鼠亞慢性經口毒性最大無作用劑量為1 mg/kg·bw/d，ADI為0.01 mg/kg·bw/d。

近期有學者評估了氯化苦對人類角膜上皮細胞的毒性，研究結果表明氯化苦暴露導致角膜上皮細胞活力降低，裂解酶和核糖體聚合酶表達上調，導致細胞凋亡增加[2]。氯化苦通過氧化應激和脂質過氧化增強蛋白羰基化，促使角膜上皮蛋白發(fā)生改變，干擾信號通路，從而產生毒性作用[2-3]。氯化苦對眼睛有強刺激性及催淚性，可用作警示劑。利用這一特點，氯化苦能有效地保護人畜免受無色無味有毒物質的侵害。

3 氯化苦的殘留及降解

氯化苦在土壤中快速降解為硝基甲烷(CH3NO2)，硝基甲烷進一步降解為CO2和H2O。氯化苦的降解主要包括水解和光解[4]。在空氣中，氯化苦可快速光解為碳酰氯(COCl2)、亞硝酰氯(COCl)、一氧化氮(NO)和氯氣(Cl2)，其過程為C-N鍵斷裂，形成六氯乙烷(CCl3CCl3)和二氧化氮(NO2)自由基，光解速率與氯化苦蒸氣壓相關性小，與氧氣相關性較大。田間條件下氯化苦經光解作用形成碳酰氯，在潮濕條件下，碳酰氯最終轉化為CO2[5-6]。在氙光下，氯化苦完全降解為相應數量的二氧化碳，半衰期為31 h[7]。由于氯化苦氣體在對流層中很快被光解，因此它不會破壞平流層中的臭氧[5,8]。

在有氧環(huán)境下，氯化苦迅速降解，其半衰期為0.2～4.5 d，將同位素標記的氯化苦混入砂壤土中置于一定條件下，24 d后在 CO2中可檢出約 70%的14C，同時檢測到了 2個中間體——氯硝基甲烷(CH2ClNO2)和硝基甲烷(CH3NO2)[7,9]。土壤微生物是分解氯化苦的主要因子，如土壤滅菌后氯化苦的降解速率降低，在滅菌砂壤土、壤砂土和粉壤土中，氯化苦降解半衰期分別為1.50、4.30、0.20 d，在未滅菌土壤中的降解半衰期為6.30、13.90、2.70 d[9]。根據滅菌土壤和未滅菌土壤中氯化苦降解速率的不同，可以估算出微生物降解占到氯化苦降解的40.0%～92.0%[9-11]。在厭氧土壤環(huán)境中，氯化苦降解更快，半衰期為1.3 h，硝基甲烷(CH3NO2)是主要降解產物[7]。Gan等發(fā)現氯化苦的降解速率隨著土壤溫度的增加而加快，當土壤溫度從 20 ℃上升到50 ℃時，其降解速率提高了7～11倍。在砂壤土含水量極低的條件下，氯化苦的降解速度緩慢，當壤土質量含水量達到6.0%時，氯化苦的降解速率大幅提升[9]。土壤有機質含量由0增加到10%，氯化苦降解半衰期由2.5 d降低到0.2 d[9]。土壤中添加生物炭也會加速氯化苦的降解[12]。

氯化苦在水中的溶解度很低，所以其在水相環(huán)境中移動得較慢。在美國加利福尼亞州，在5年里，取樣檢測了1 300多個水井，均沒有檢測到氯化苦，在弗羅里達州1 500個水井中只有在其中3個中檢測出氯化苦[13]。

綜上所述，氯化苦在環(huán)境中降解迅速，無論是對土壤、作物、果實還是空氣、水體都不會帶來殘留問題，是一種環(huán)境非常友好的農藥。至今，未見報道在作物的果實中檢測到氯化苦。

4 氯化苦對土壤微生物的影響

氯化苦對土壤微生物多樣性及群落結構產生一定的影響，但這種影響在熏蒸后期逐漸消失，微生物豐度一般在第14～16周恢復至未熏蒸水平。如Li等人利用高通量測序、熒光定量PCR等分子生物學手段，研究了氯化苦對土壤微生物群落結構、多樣性、優(yōu)勢種群等影響，結果表明氯化苦(高劑量 20 mg/kg和低劑量10 mg/kg)熏蒸之后，細菌群落多樣性顯著下降，群落組成在屬水平和 OTU水平發(fā)生顯著變化；且優(yōu)勢種群被改變，如一些優(yōu)勢種群顯著減少或消失，一些新的優(yōu)勢種群出現[14]。草莓地多年氯化苦熏蒸也表明(高劑量70 mg/kg和低劑量35 mg/kg)，細菌多樣性顯著下降，而真菌多樣性沒有受到影響；細菌群落中酸桿菌門顯著減少，厚壁菌門顯著增多，真菌群落中子囊菌門相對豐度顯著減少，擔子菌門、油壺菌門和接合菌門豐度顯著增加[15]。Zhang等人(2017)比較了生姜田氯化苦(50 g/m2)熏蒸 1年和連續(xù)熏蒸3年后微生物的變化，發(fā)現連續(xù)多年熏蒸顯著降低細菌生物量及多樣性，細菌群落結構發(fā)生改變，但對細菌代謝活力影響不顯著[16]。菠菜地氯化苦熏蒸后(69 g/m2)，細菌群落結構發(fā)生顯著變化，如α-變形菌門豐度大幅減少，厚壁菌門大幅增加，大部分細菌豐度在熏蒸后第 14周恢復至未熏蒸水平，但仍有部分細菌在門水平不能完全恢復[17]。同時Feng等人(2016)也表明，氯化苦熏蒸嚴重影響細菌和真菌豐度，但這種抑制作用短暫(4周)，在第16周微生物豐度即恢復至未熏蒸水平，但相對于細菌，真菌被抑制的時間更久[18]。比較了致病菌及有益菌對氯化苦的響應，發(fā)現氯化苦熏蒸(33 g/m2)后病原真菌鐮刀菌數量快速減少，有益菌木酶菌數量也顯著減少，但氯化苦降解菌假單胞桿菌顯著增加，芽孢桿菌的數量則相對穩(wěn)定[19]。近期的研究發(fā)現氯化苦熏蒸(12.5 g/m2)可有效減少土豆枯萎病的發(fā)生，但對土豆產量沒有明顯影響，盡管改變微生物群落組成如增加變形菌門豐度，減少硝化螺菌門豐度，但對細菌、真菌、真核生物多樣性沒有顯著影響[20]?？梢姡然鄬ν寥牢⑸锏挠绊懪c其施用量關系緊密，較低量氯化苦熏蒸(10～20 g/m2)對微生物多樣性沒有顯著影響，即使氯化苦在較高用量下(40～70 g/m2)，微生物豐度也可在熏蒸后第 14～16周恢復。

5 氯化苦在國外的再評估

美國環(huán)境保護署(EPA)在對氯化苦對人體健康風險再評估后，在2018年9月發(fā)布了氯化苦的人體健康風險評估草案——無重大發(fā)現。因此，在美國加州通過評估后可繼續(xù)注冊使用氯化苦。

2018年，加拿大衛(wèi)生部再評估決定，可以接受繼續(xù)注冊使用氯化苦。經過現有的科學分析，加拿大衛(wèi)生部決定，采取必要的緩解措施后，氯化苦對于健康和環(huán)境的風險以及其本身的價值仍然是可以接受的。

氯化苦是歐盟批準的活性物質目錄 1中的農藥，目前處于再評估狀態(tài)。按照緊急使用條款，從2013年起，意大利、西班牙、英國、馬耳他、希臘、比利時、葡萄牙和匈牙利8個歐盟成員國批準了氯化苦作為土壤熏蒸劑的合法使用，可用于馬鈴薯、草莓、辣椒、葫蘆等蔬菜及梨、核桃、柑橘、橄欖等果樹。歐洲食品安全委員會(EFSA)于 2018年 2月20日在歐盟境內啟動了為期2年的氯化苦同行評議，對氯化苦的哺乳動物毒性、殘留、環(huán)境行為、生態(tài)毒理進行再評估，并于2020年2月形成最終報告[21]：氯化苦作為土壤熏蒸劑對其防治對象具有足夠的防效，氯化苦及其代謝產物二氯硝基甲苯對哺乳動物無誘變或致畸作用。目前已有的數據未顯示氯化苦對鳥、蜜蜂、蚯蚓等非靶標生物具長期或短期毒理效應。

6 結 語

氯化苦作為溴甲烷的重要替代品，在國內有十分廣泛的應用。正確理解氯化苦的毒理及生態(tài)效應是評估和應用氯化苦的重要前提。截止目前，沒有數據表明氯化苦及其降解產物具誘變或致畸作用，對鳥、蜜蜂、蚯蚓等非靶標生物有長期或短期毒理效應。相反，氯化苦在土壤中快速降解，無殘留、對土壤微生態(tài)無顯著長期的干擾作用。而且，氯化苦熏蒸后原有微生物生態(tài)位發(fā)生重組，若能及時補充有益菌群，將可引導熏蒸后土壤微生物群落向利于作物生長發(fā)展，為作物抵抗土傳病害、促進根系營養(yǎng)元素吸收開辟新的途徑。