3 種稻田除草劑對克氏原螯蝦的急性毒性效應(yīng)

袁 泉,田志慧,邱逸忱,呂巍巍,孫小淋,黃偉偉,周文宗*

(1 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究所,上海 201403;2 國家農(nóng)業(yè)科學(xué)農(nóng)業(yè)環(huán)境奉賢觀測試驗(yàn)站,上海 201403;3上海穎豚農(nóng)業(yè)科技有限公司,上海 201716)

21 世紀(jì)以來,我國稻漁產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。 2019 年,全國稻田養(yǎng)殖面積達(dá)231.75 萬hm2,僅次于池塘養(yǎng)殖面積[1]。 稻漁種養(yǎng)模式眾多,其中稻蝦(克氏原螯蝦Procambarus clarkii,俗稱小龍蝦)產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大,總產(chǎn)值超過4 000 億元人民幣。 2020 年,全國小龍蝦年產(chǎn)量達(dá)239.37 萬t,其中86.15%來自稻田養(yǎng)殖;小龍蝦稻田養(yǎng)殖面積達(dá)145.64 萬hm2,占全國稻漁種養(yǎng)總面積的49.22%[2]。 水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《稻漁綜合種養(yǎng)技術(shù)規(guī)范》中明確規(guī)定稻漁綜合種養(yǎng)應(yīng)以水稻穩(wěn)產(chǎn)為前提,而草害是影響稻谷產(chǎn)量的重要因素,稻蝦生產(chǎn)過程中不可避免使用除草劑。 農(nóng)藥通常只有1%左右能有效作用于靶生物,其余的都進(jìn)入水體或土壤[3],可能對養(yǎng)殖生物產(chǎn)生直接或間接的毒害作用。 研究發(fā)現(xiàn),水體中多種除草劑檢出率高達(dá)100%[4],因此,探討常用除草劑對克氏原螯蝦的急性毒性效應(yīng)對稻蝦生產(chǎn)中應(yīng)用低毒高效的除草劑具有重要的指導(dǎo)意義。

國內(nèi)關(guān)于殺蟲劑對克氏原螯蝦急性毒性的報(bào)道較多,而關(guān)于除草劑的研究則相對較少。 吳雷明等[5]研究認(rèn)為,乙草胺和丙草胺可在稻田綜合種養(yǎng)生產(chǎn)過程中按常規(guī)劑量使用,而丁草胺按常規(guī)計(jì)量使用可能對幼蝦產(chǎn)生一定的危害。 喻記新[6]研究了芐嘧磺隆-乙草胺對克氏原螯蝦幼蝦的急性毒性效應(yīng),其96 h半致死濃度為145.2 mg∕L,屬于低毒,與吳雷明等[5]和林偉等[7]研究結(jié)果一致。 此外,草甘膦對克氏原螯蝦幼蝦的毒性也較低,其安全濃度為659 mg∕L[8]。 國外也有較多學(xué)者研究了除草劑對克氏原螯蝦生理的影響[9-10]。 但有關(guān)氫氟草酯、五氟磺草胺和氟酮磺草胺對克氏原螯蝦的急性毒性效應(yīng)鮮見報(bào)道,本試驗(yàn)通過研究氫氟草酯、五氟磺草胺和氟酮磺草胺3 種稻田常用除草劑商品制劑對克氏原螯蝦幼蝦的急性毒性,以期為稻蝦綜合種養(yǎng)模式下采用化學(xué)方法科學(xué)防控稻田雜草提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

克氏原螯蝦(Procambarus clarkii)來自上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合試驗(yàn)站,為自繁自養(yǎng)的幼蝦。 在正式試驗(yàn)相同條件下暫養(yǎng)1 周,每天投喂商業(yè)配合飼料1 次,及時(shí)清除殘餌和糞便,暫養(yǎng)期間其死亡率低于5%。 挑選規(guī)格整齊、附肢齊全的克氏原螯蝦幼蝦為試驗(yàn)對象,其體質(zhì)量為(2.31 ±0.63)g,試驗(yàn)前24 h 停止喂食。

1.2 試驗(yàn)藥品

試驗(yàn)所用藥劑為商品制劑分別為:1 ×105mg∕L 氫氟草酯乳油(陶氏益農(nóng)中國有限公司),25 ×103mg∕L五氟磺草胺可分散油懸浮劑(陶氏益農(nóng)中國有限公司),19%氟酮磺草胺懸浮劑[拜耳(中國)有限公司]。其中,五氟磺草胺和氟酮磺草胺是常用于移栽稻田的芽前處理除草劑,氫氟草酯是常用的莖葉處理除草劑。 試驗(yàn)藥劑先用蒸餾水配成母液,根據(jù)需要進(jìn)行稀釋,現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合試驗(yàn)站玻璃溫室大棚內(nèi)開展,在內(nèi)徑為46 cm ×32 cm ×16.8 cm塑料箱中進(jìn)行,試驗(yàn)用水為經(jīng)過24 h 充分曝氣的自來水,每個(gè)塑料箱盛放水和藥液的總體積為5 L,每個(gè)塑料箱中放6 尾試驗(yàn)蝦。 試驗(yàn)期間,自然光照周期為12 L∶12 D,水溫(20.95 ±2.20) ℃,pH(7.16 ±0.12),溶氧含量(8.59 ±0.32) mg∕L,不喂食。

采用半靜態(tài)方式水生生物急性毒性試驗(yàn)法[11]。 根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果,氟酮磺草胺懸浮劑100 mg∕L 時(shí),96 h 克氏原螯蝦死亡數(shù)為0,已達(dá)到限度試驗(yàn)質(zhì)量濃度,故正式試驗(yàn)設(shè)置為100 mg∕L。 氫氟草酯乳油質(zhì)量濃度梯度設(shè)置為0.02、0.04、0.08、0.16、0.32、0.64、1.28 mg∕L;五氟磺草胺質(zhì)量濃度梯度為2.5、5、10、20、40、80 mg∕L,每個(gè)梯度處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù),每種農(nóng)藥均設(shè)一個(gè)對照組(不加農(nóng)藥)。 分別于6、24、48、72、96 h觀察并記錄試驗(yàn)蝦的中毒癥狀和死亡數(shù),及時(shí)清除死蝦和蛻殼,并作好試驗(yàn)記錄。 用玻璃棒輕觸蝦體,經(jīng)多次刺激無反應(yīng)則視為死亡[5]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用線性回歸法計(jì)算各受試農(nóng)藥的濃度與死亡率之間的關(guān)系表達(dá)式[12],并依據(jù)關(guān)系表達(dá)式計(jì)算克氏原螯蝦24、48、72 h 和96 h 半致死濃度(LC50)。

按照最高推薦使用劑量,平均水深0.05 m,計(jì)算氫氟草酯、五氟磺草胺、氟酮磺草胺的平均用藥濃度,分別為0.21、0.07、0.06 mg∕L。

參照《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評價(jià)試驗(yàn)準(zhǔn)則》進(jìn)行毒性等級劃分。 按魚類半致死濃度LC50(96 h)值,將農(nóng)藥對魚類毒性等級劃分為4 個(gè)等級:劇毒(LC50≤0.1 mg∕L),高毒(0.1 mg∕L ＜LC50≤1.0 mg∕L),中毒(1.0 mg∕L ＜LC50≤10 mg∕L),低毒(LC50＞10 mg∕L)。

根據(jù)安全濃度(SC)計(jì)算公式:SC=0.3 ×TLm48∕(TLm24∕TLm48)2,計(jì)算3 種除草劑對克氏原螯蝦的安全濃度,其中TLm48為48 h 的LC50,TLm24為24 h 的LC50。

2 結(jié)果與分析

2.1 3 種除草劑對克氏原螯蝦死亡率和蛻殼率的影響

從表1 可見,克氏原螯蝦在濃度為2.5、5.0 mg∕L 的五氟磺草胺溶液中暴露96 h 出現(xiàn)死亡現(xiàn)象,但在濃度為0—10 mg∕L 的五氟磺草胺溶液中暴露72 h 以內(nèi)無死亡現(xiàn)象,說明低濃度( ＜10 mg∕L)的五氟磺草胺溶液短期暴露( ＜72 h)對小龍蝦的存活無明顯威脅。 當(dāng)五氟磺草胺濃度達(dá)到20 mg∕L 以上時(shí),克氏原螯蝦暴露48 h 后即開始死亡,隨著濃度的增加,死亡率上升。 克氏原螯蝦在濃度為0.02、0.04、0.08 mg∕L的氰氟草酯溶液中暴露96 h 以內(nèi)均出現(xiàn)死亡現(xiàn)象;當(dāng)氰氟草酯濃度為0.16 mg∕L 時(shí),克氏原螯蝦暴露24 h即開始死亡,且死亡率隨著暴露時(shí)間的延長而增加。 濃度為100 mg∕L 的氟酮磺草胺溶液對克氏原螯蝦的短期暴露死亡率為16.67%(48—96 h)。

表1 3 種除草劑對克氏原螯蝦暴露24、48、72 h 和96 h 死亡率和蛻殼率的影響Table 1 Effects of 3 herbicides on mortality and molting rate of Procambarus clarkii exposed to 24,48,72 h and 96 h

從表1 可見,五氟磺草胺基本濃度為2.5 mg∕L 和5 mg∕L 時(shí),克氏原螯蝦均出現(xiàn)了蛻殼現(xiàn)象,蛻殼率與對照組基本一致;而五氟磺草胺基本濃度為10 mg∕L 及以上時(shí)均未觀察到克氏原螯蝦蛻殼現(xiàn)象,說明高濃度的五氟磺草胺溶液可能會(huì)抑制蝦的蛻殼。 氰氟草酯對克氏原螯蝦蛻殼率的影響與五氟磺草胺有較大不同,氰氟草酯基本濃度為0.02—0.32 mg∕L 時(shí),克氏原螯蝦暴露24 h 即觀察到蛻殼現(xiàn)象,且蛻殼后的軟體蝦會(huì)全部死亡。 基本濃度0.02—0.32 mg∕L 的氰氟草酯溶液對克氏原螯蝦的死亡率和蛻殼率影響具有一致性,說明氰氟草酯對造成克氏原螯蝦蛻殼后死亡具有直接影響。 克氏原螯蝦在基本濃度為100 mg∕L 的氟酮磺草胺溶液中可以順利蛻殼。

2.2 3 種除草劑對克氏原螯蝦的急性毒性效應(yīng)

19%氟酮磺草胺懸浮劑質(zhì)量濃度為100 mg∕L 時(shí),96 h 克氏原螯蝦的平均死亡率為16.67%,為低毒農(nóng)藥。 25 g∕L 五氟磺草胺96 h 克氏原螯蝦半致死濃度LC50＞10 mg∕L,毒性等級為低毒。 100 g∕L 氫氟草酯乳油96 h 半致死濃度LC50＜1 mg∕L,毒性等級為高毒(表2)。 3 種農(nóng)藥對克氏原螯蝦幼蝦的毒性大小依次為:氫氟草酯＞五氟磺草胺＞氟酮磺草胺。 氫氟草酯對克氏原螯蝦的96 h 半致死濃度(LC50)為0.602 5 mg∕L,安全濃度(SC)為0.03 mg∕L;五氟磺草胺對克氏原螯蝦的96 h 半致死濃度(LC50)為40.622 5 mg∕L。 綜上,五氟磺草胺和氟酮磺草胺可在稻田綜合種養(yǎng)生產(chǎn)過程中按常規(guī)劑量使用,而氫氟草酯按常規(guī)劑量(推薦使用最高劑量為0.209 9 mg∕L)使用可能存在較大的風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)注意對施用劑量的控制。

表2 3 種稻田除草劑對克氏原螯蝦急性毒性回歸方程、LC50及毒性等級的影響Table 2 Effects of 3 herbicides on acute toxicity regression equation,LC50 and toxicity grade of Procambarus clarkii

3 討論與結(jié)論

3.1 3 種除草劑對克氏原螯蝦的急性毒性效應(yīng)

本研究表明,3 種農(nóng)藥對克氏原螯蝦幼蝦的毒性大小依次為氰氟草酯＞五氟磺草胺＞氟酮磺草胺,按照農(nóng)藥對水生生物的毒性等級劃分,氰氟草酯對克氏原螯蝦幼蝦高毒,五氟磺草胺和氟酮磺草胺對克氏原螯蝦幼蝦低毒。 同種農(nóng)藥對不同水生生物的毒性存在顯著差異,使用有效成分含量相同的氰氟草酯和五氟磺草胺對臺(tái)灣泥鰍的96 hLC50分別為26.1 mg∕L 和25.2 mg∕L,對臺(tái)灣泥鰍均是中毒,且五氟磺草胺對臺(tái)灣泥鰍的毒性高于氰氟草酯[13];氰氟草酯對斑馬魚成魚的96 hLC50為4.05 mg∕L[14],毒性等級為中毒,97%氰氟草酯原藥對斑馬魚的急性毒性也是中毒等級[15];五氟磺草胺對泥鰍和大鱗副泥鰍的96 hLC50分別為26.99 mg∕L 和28.96 mg∕L[16]。

不同的除草劑對克氏原螯蝦的急性毒性存在顯著差異。 除本研究中發(fā)現(xiàn)氰氟草酯對克氏原螯蝦高毒之外,其他已報(bào)道的除草劑對克氏原螯蝦的急性毒性效應(yīng)整體表現(xiàn)較弱,如除草劑草甘膦對克氏原螯幼蝦的毒性最低[8],除草劑稻太郎、稻黃金[7]、乙草胺、丙草胺、丁草胺[5]等對克氏原螯蝦均是低毒。

3.2 稻蝦共作稻田除草劑的安全使用

近年來,稻蝦產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,目前我國稻田除草劑使用量占水稻農(nóng)藥總用量的60%,使用面積占水稻種植面積的90%以上[17],評估不同種類除草劑對克氏原螯蝦的毒性效應(yīng)越來越受到重視,使用劑量低、殺草譜廣、安全性好的除草劑顯得尤為重要。 氰氟草酯是唯一對水稻具有高度安全性的藥劑,具有高效的內(nèi)吸傳導(dǎo)作用,在國內(nèi)外應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 但本研究表明,氰氟草酯對克氏原螯蝦幼蝦具有高毒性,在稻蝦共作稻田應(yīng)慎用,應(yīng)對其使用方法及其對克氏原螯蝦的毒性作用進(jìn)行深入的研究,為指導(dǎo)該藥劑在稻蝦共作稻田中的正確使用提供理論指導(dǎo)。 五氟磺草胺是芽前除草劑,通過抑制乙酰乳酸合成酶(ALS)而起作用,具有廣譜性,可有效去除稻田中的多種雜草,如對稻田稗草、扁稈藨草均有較好的防效[18]。 本研究中,該除草劑對克氏原螯蝦為低毒性,建議在稻蝦共作稻田中按常規(guī)劑量使用。 田志慧等[19]研究表明,氟酮磺草胺對千金子和水莧菜屬雜草無效,對稗、丁香蓼、異型莎草和水三棱的株數(shù)防效高達(dá)94.76%—100%;周明等[18]研究認(rèn)為,氟酮磺草胺對扁稈藨草的防效較差。 綜上,氟酮磺草胺雖然對克氏原螯蝦低毒,但作為移栽稻田的芽前處理除草劑,其對稻田雜草的廣譜處理效果低于五氟磺草胺,因此可選用五氟磺草胺作為稻蝦共作稻田的芽前除草劑。