蔬菜水果中的新烟碱类农药残留量与人群摄食暴露健康风险评价

谭颖，张琪，赵成，王心怡，李敬尧，王丹，周萤，卢晓霞

北京大学城市与环境学院，地表过程分析与模拟教育部重点实验室，北京100871

蔬菜水果中的新烟碱类农药残留量与人群摄食暴露健康风险评价

谭颖，张琪，赵成，王心怡，李敬尧，王丹，周萤，卢晓霞*

北京大学城市与环境学院，地表过程分析与模拟教育部重点实验室，北京100871

新烟碱类农药是目前被广泛用于农业中的一类作用独特、高效广谱的内吸性杀虫剂，它们在蔬菜水果中的残留对人体健康构成威胁。本研究目的是查明北京市场上蔬菜水果中不同新烟碱类农药的残留量，并对人群摄食暴露健康风险进行评估。从北京市场上采集49种蔬菜和24种水果，采用QuEChERS-高效液相色谱串联质谱(HPLC-MS/MS)法测定蔬菜水果中9种新烟碱类农药的含量。利用测得数据和中国居民膳食结构调查资料，采用蒙特卡罗模拟方法计算了不同年龄段人群的日均经口摄入暴露量的概率分布，并采用商值法计算了新烟碱类农药的非致癌风险。结果显示新烟碱类农药普遍存在于北京市场上的蔬菜水果中。49种蔬菜样品中检出7种新烟碱类农药，其中吡虫啉、啶虫脒和噻虫嗪检出率均达100%，噻虫胺、烯啶虫胺、噻虫啉和呋虫胺的检出率分别为47%、14%、10%和4%。24种水果样品中检出5种新烟碱类农药，其中吡虫啉和啶虫脒的检出率均达100%，噻虫嗪、噻虫胺和噻虫啉的检出率分别为54%、13%和4%。不同新烟碱类农药在蔬菜水果中的含量范围为0.01 ng·g-1～126 ng·g-1，均未超过我国食品安全国家标准或美国联邦管理条例中的限量值。小部分(约3%)人群因摄食蔬菜水果暴露于新烟碱类农药的非致癌风险商值大于0.1。新烟碱类农药在蔬菜水果中普遍存在，对人体健康有潜在的风险。

新烟碱类农药；蔬菜水果；人群；摄食暴露；健康风险；残留

新烟碱类农药是自20世纪80年代起陆续发展起来的一类杀虫剂，根据化学结构可大致分为3类，即N-硝基胍类(吡虫啉、噻虫嗪、噻虫胺和呋虫胺)、硝基亚甲基类(烯啶虫胺)和N-氰基脒类(啶虫脒和噻虫啉)。它们为烟碱乙酰胆碱受体激动剂，能够强烈地与昆虫中枢神经系统中烟碱乙酰胆碱受体(nAChRs)结合，导致受体阻断、麻痹和死亡[1]。新烟碱类农药为内吸性杀虫剂，可通过植物根或叶被吸收并转移至植物各组织，有效抗击蛀干虫和食根虫等各类害虫。由于新烟碱类农药具有独特的作用机制且高效广谱，它们成为近年来增长最快的一类杀虫剂，目前销售额约占世界杀虫剂市场21.8%，占农药市场6%。我国登记的新烟碱类农药产品有2 000多个，约占农药总数7%[2]。

新烟碱类农药可以多种方式使用，如拌种、叶面喷洒等。不论哪种方式，都不可避免会在植物体内残留。若干研究采用田间喷施方法，研究了新烟碱类农药在植物体中的残留。采用喷雾方法对番茄施用20%吡虫啉药剂，施用剂量为180 g·hm-2，1 h后番茄内残留量为0.22 μg·g-1，28 d后番茄内残留量为0.01 μg·g-1[3]。将10%吡虫啉药剂喷洒至萝卜菜表面(施用剂量为300 g·hm-2及600 g·hm-2，施药次数2～3次，每次间隔7 d)，于末次施药后7 d或14 d采样，萝卜叶中吡虫啉的最终残留量为0.059～2.241 μg·g-1，萝卜中的最终残留量为0.007～0.050 μg·g-1[4]。将10%吡虫啉药剂按20 g·hm-2在白菜上喷洒2次(施药间隔7 d)，末次施药后21 d白菜中吡虫啉的残留量为0.13 μg·g-1[5]。将3%啶虫脒药剂分别按45 g·hm-2和22.5 g·hm-2对甘蓝施药2次(间隔7 d)，末次施药后7 d啶虫脒在甘蓝中的残留量为0.051～0.076 μg·g-1[6]。将20%啶虫脒药剂(施用剂量0.2～0.4 g·L-1)喷雾苹果全株1～2次(首次施药为绣线菊蚜发生期，施药间隔14 d)，末次施药后14～30 d苹果中啶虫脒的残留量为0.002～1.172 μg·g-1[7]。目前已有的研究大多是基于田间试验，研究对象主要是吡虫啉和啶虫脒(对其他新烟碱类农药研究很少)，采用的施药方式主要是叶面喷洒(对拌种等其他方式研究很少)，缺乏对市场上蔬菜水果中新烟碱类农药残留量的认识。

对新烟碱类农药的关注主要源自它们对授粉昆虫蜜蜂的毒性[8-10]，近年来越来越多的研究表明新烟碱类农药对哺乳动物也会产生毒害作用[11]。在离体实验中，吡虫啉能够直接激活和调节人的α4β2 nAChRs亚型[12]。α4β2 nAChRs亚型与脑的许多功能有关，例如认知、记忆和行为。在发育的脑中(如围产期)，α4β2 nAChRs亚型涉及神经元增殖、凋亡、迁移、分化、突触形成和神经回路形成等过程。当新烟碱类农药激活nAChRs时就可能影响这些过程。此外，在离体实验中，新烟碱类农药能够通过主动运输被人肠细胞吸收[13-14]。基于大鼠的活体实验显示新烟碱类农药及其代谢产物能够通过血脑屏障，一些代谢产物与nAChRs的结合增强，比母体物质的毒性更大[15]。因此，新烟碱类农药一旦进入人体后，也会产生健康风险。摄食是人群暴露新烟碱类农药的一种主要方式，目前这方面的研究还很少。

本研究的目的是调查北京市场上蔬菜水果中登记使用的9种新烟碱类农药的残留量，并对人群因摄食蔬菜水果暴露新烟碱类农药的健康风险进行评估，为新烟碱类农药的使用管理提供科学依据。

1 材料与方法(Materials and methods)

1.1 样品采集

供试的73种蔬菜和水果于2015年6月采自北京超市和菜市场，样品产地遍布北京、天津、河北、河南、山东、东北、陕西、甘肃、新疆、湖北、江苏、上海、四川、重庆、云南、广西、海南等多个地区。蔬菜样品49种，包括豆类(豇豆、四季豆角、白不老豆角、架豆、毛豆)、根茎类(白萝卜、泥胡萝卜)、瓜类(丝瓜、黄瓜、苦瓜、冬瓜、倭瓜)、鳞茎类(洋葱、蒜、韭菜苔、韭菜、蒜苗、香葱、姜)、白菜类(娃娃菜、大白菜、圆白菜)、茄果类(红彩椒、圆青椒、长尖青椒、广茄、西红柿、圣女果、茄子、圆茄子)、绿叶菜类(苦苣、木耳菜、油麦菜、穿心莲、空心菜、莴苣、团生菜、苋菜、香菜)、甘蓝类(西兰花、青埂花菜、花菜)、谷薯类(土豆、紫薯、红薯、粘玉米、甜玉米)、多年生菜类(芦笋)及其他蔬菜类(秋葵)。水果样品24种，包括仁果类(洛川红富士、栖霞苹果、沂蒙山苹果、库尔勒香梨、皇冠梨、雪花梨、丰水梨、水晶梨)、核果类(樱桃、红李、平谷大桃)、瓜果类(西瓜、甜瓜)、柑橘类(夏橙、西柚)、浆果和其他小型水果类(门头沟草莓、玫瑰香葡萄、马奶提)、热带和亚热带水果类(小台农芒、小象牙芒、国产香蕉、荔枝、火龙果)和什果类(柿子)。各种样品的产地见表3。为方便进行口摄蔬菜水果的新烟碱类农药暴露评估，对样品进行了营养学归类，如表3所示。每种样品至少采集2～3个重复，样品采集后迅速运至实验室，清洗表皮后，在-20 ℃的冰柜内保存，直至检测。

1.2 样品前处理

实验方法参照Chen等[16-17]及欧盟标准的QuEChERS方法(BS EN15662: 2008)[18]。蔬菜水果样品解冻后，去皮、去籽、去蒂，取完整可食用部分，切块、匀浆。每个样品取10 mL混合均匀的浆液于50 mL离心管中，加10 μL 20 μg·mL-1内标吡虫啉-d4、噻虫胺-d3和噻虫嗪-d3混合液(各100 ng)和10 mL乙腈，震荡提取1 min。然后，加入4 g硫酸镁、1 g氯化钠、1 g柠檬酸钠、0.5 g柠檬酸氢二钠以及一颗陶瓷均质子，剧烈震荡盐析2 min，再以4 000 r·min-1离心5 min，之后将1 mL乙腈层转移到2 mL含25 mg N-丙基乙二胺粉、7.5 mg石墨化碳粉、150 mg硫酸镁和一颗陶瓷均质子的D-SPE萃取净化管中，涡旋60 s，然后以10 000 r·min-1离心10 min。转移0.6 mL上清液于玻璃瓶中，氮吹至干，用0.2 mL 15%的乙腈水溶液重新溶解，过滤后取0.15 mL上清液用于高效液相色谱串联质谱(HPLC-MS/MS)分析。

1.3 仪器分析

用DGU-20A3 E HPLC高效液相色谱仪(Shimadzu，Japan)对目标物进行分离。液相色谱柱采用Shim-pack XR-ODS C8色谱柱(50 mm×2.0 mm，填料粒径2.2 μm；Shimadzu，Japan)，流动相为A(含0.1%甲酸和5 mmol·L-1甲酸铵的纯水)和B(含0.1%甲酸和5 mmol·L-1甲酸铵的95%乙腈水溶液)。柱温箱温度为35 ℃，流速0.2 mL·min-1，进样体积10 μL。液相梯度洗脱条件：A相初始浓度20%，从1～5 min线性增加至95%，在95%保持1 min后，在0.5 min内迅速回到初始流动相条件，平衡2.5 min。所用质谱为API 4000串联四级杆质谱仪(AB SCIEX, USA)，采用正离子模式的ESI离子源(Turbo V Iron Spray)，在多反应监测MRM模式下对各目标物进行检测。质谱参数为：雾化气体(GS1)38 psi、涡轮气体(GS2)36 psi、幕气(CAR)20 psi、碰撞活化解离气体(CAD)12 psi、涡轮喷雾电压4.5 kV、涡轮温度480 ℃。9种新烟碱类农药的检出限列于表1。

1.4 质量控制

采用内标法校正前处理和基质干扰引起的损失及消除仪器波动的影响。为了消除过程空白，前处理过程中仅用液相色谱纯有机溶剂、在马弗炉中450 ℃烘烤4 h以上的玻璃器皿、以及灭菌一次性离心管和萃取净化管。为了评估空白、仪器波动及基质效应，每一组(10个)样品均跟随一个过程空白、一个基质加标样品作为质量控制。通过向空白样品中加入高(80 ng·g-1)和低(8 ng·g-1)2个不同浓度的标准样品，用以评估本实验的回收率，所得不同物质的回收率为74.46%～90.50%。取个别样品进行了平行分析，平行样的相对偏差不超过10%。9种新烟碱类农药在0～400 ng·g-1范围内线性良好，线性相关系数r2均大于0.99。

表1 蔬菜水果中9种新烟碱类农药的检出限和定量限(单位：ng·g-1)Table 1 Limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) for nine neonicotinoind pesticides in fruit and vegetables (Unit: ng·g-1)

1.5 暴露概率分析

利用测得的蔬菜水果中新烟碱类农药残留数据和中国居民膳食结构调查资料[19]，采用蒙特卡罗模拟方法计算了不同年龄段人群的日均经口摄入暴露量的概率分布。

我国居民按年龄和性别分成了8组，即男性和女性的学龄前儿童(2～6岁)、青少年(6～17岁)、成人(18～44岁)、中老年人(45～80岁)组。各组的每日暴露量CDI按式(1)计算：

(1)

式中，CDI(chronic daily intake)是各组人群对新烟碱类农药的日均暴露剂量(ng·kg-1·d-1)；Ci是某种新烟碱类农药在第i类蔬菜水果中的浓度(ng·g-1湿重)；DFi(detection frequency)是某种新烟碱类农药在第i类蔬菜水果中的检出率(%)；IRi(ingestion rate)是第i类蔬菜水果的日均摄食量，取值来源于2002年中国居民膳食结构调查[19](g·d-1)；BW(body weight)为人群的体重(kg)；EF(exposure frequency)为暴露频率(d·a-1)；ED(exposure duration)为暴露年限(a)；AT(averaging time)为非致癌物的平均作用时间(d)，对于非致癌物AT=365×ED。由于人每天都要进行饮食暴露，且IRi是日均摄食量，所以EF的取值为365 d·a-1。Ci服从对数正态分布，IRi和BW分别服从正态分布。使用Crystal ball软件对暴露概率进行分析。

1.6 累积风险概率评估

根据人群的单位体重每日暴露剂量(CDI)和每种新烟碱类农药的参考剂量(RfD)可以计算每种新烟碱类农药的非致癌风险商值(Rn)，计算方法见式(2)：

(2)

式中，Rn为某种新烟碱类农药的非致癌风险商值，ADD为平均每日摄入量(ng·kg-1·d-1)，RfD为该种新烟碱类农药慢性摄食暴露的参考剂量(mg·kg-1·d-1)。根据美国EPA的数据，本研究中检出率较高的几种新烟碱类农药啶虫脒、噻虫胺、噻虫啉、吡虫啉、噻虫嗪和呋虫胺的RfD分别为0.071、0.010、0.012、0.057、0.006和0.004 mg·kg-1·d-1[20]。人群体质资料来源于《中国人群暴露参数手册》[21]。根据式(3)可以计算各组人群受所有新烟碱类农药暴露的总健康风险(RT)。

(3)

表2 蔬菜水果中7种新烟碱类农药的检出率、浓度范围与均值Table 2 Detection frequencies, concentration ranges and geometric mean concentrations of seven neonicotinoid pesticides in vegetable and fruit

表3 蔬菜水果样品中的新烟碱类农药含量Table 3 Concentrations of neonicotinoid pesticides in vegetable and fruit samples

续表3

续表3

注：a1薯芋类，2根菜类，3甘蓝类，4绿叶菜类，5茄果类，6瓜类，7葱蒜类，8白菜类，9豆类，10其他蔬菜类，11多年生菜类，12仁果类，13核果类，14柑橘类，15瓜果类，16什果类，17浆果和其他小型水果类，18热带和亚热带水果类。b- 表示产地未知。c- 表示未检出。低于定量限按1/2定量限计算。蔬菜水果分类参考《蔬菜商品分类初探》[22]和《中国食物成分表》[23]。Note:a1 Tuber, 2 Root vegetable, 3 Cabbage, 4 Green leaf vegetable, 5 Eggplant, 6 Melon, 7 Onion and garlic, 8 Chinese cabbage, 9 Peas and beans, 10 Other vegetables, 11 Perennial vegetables, 12 Pome fruit, 13 Stone fruit, 14 Citrus fruit, 15 Melon fruit, 16 What fruit, 17 Berries and other small fruits, 18 Tropical and subtropical fruits.b- means unknown place of production.c- means not detected. Concentration lower than the limit of quantifications calculated as half of the limit of quantification. Groupings of vegetables are referred to [22]and [23].

2 结果与讨论(Results and discussion)

2.1 蔬菜水果样品中新烟碱类农药残留水平

在本研究采集的73种蔬菜水果样品中，新烟碱类农药的检出率为100%。蔬菜(49种)中共有7种新烟碱类农药检出，水果(24种)中共有5种新烟碱类农药检出，见表2。在采集的蔬菜和水果中均未检出氯噻啉和氟啶虫酰胺。所得结果与这些新烟碱类农药在我国登记使用的情况一致。根据中国农药信息网上的数据，吡虫啉、啶虫脒、噻虫嗪是在我国登记使用的新烟碱类农药产品数量最多的前3名，分别有1 285个、678个和283个登记证号，烯啶虫胺、噻虫啉、噻虫胺和呋虫胺的数量次之，分别有106个、26个、20个和18个登记证号，氟啶虫酰胺和氯噻啉的数量最少，分别只有5个和3个登记证号[2]。表3列出各样品中9种新烟碱类农药含量及其总量。

从蔬菜的农业生物学分类来看，新烟碱类农药残留含量顺序为葱蒜类(79.01 ng·g-1)>茄果类(43.69 ng·g-1)>其他蔬菜类(37.77 ng·g-1)>根菜类(3.26 ng·g-1)>白菜类(3.17 ng·g-1)>甘蓝类(2.39 ng·g-1)>薯芋类(2.03 ng·g-1)，如图1所示。新烟碱类农药残留含量在某些类蔬菜(如茄果类、葱蒜类、豆类、其他蔬菜)和水果中差别很大，变异系数大于1。茄果类中烯啶虫胺的检出率为75%，平均浓度15.54 ng·g-1，远高于其他种类蔬菜。茄果类蔬菜中啶虫脒、吡虫啉和噻虫嗪的含量也较高，平均分别为19.58 ng·g-1、5.69 ng·g-1和4.67 ng·g-1。其他类蔬菜中，秋葵和姜含有较高的吡虫啉，分别为126 ng·g-1和10.1 ng·g-1。

图1 水果和不同种类蔬菜中9种新烟碱类农药总含量及其变异系数Fig. 1 The total concentrations of nine neonicotinoind pesticides in fruit and various groups of vegetables and their coefficients of variation

本研究的所有蔬菜水果样品中新烟碱类农药残留含量均未超过我国食品安全国家标准《食品中农药最大残留限量》[24](GB2763—2014)和美国联邦管理条例(40 CFR Part 180 - Tolerances and exemptions for pesticide chemical residues in food)[20]。例如，吡虫啉在秋葵中含量最高，为126 ng·g-1，小于美国规定的最大残留限量1 μg·g-1。在我国，虽然未对秋葵中的吡虫啉最大残留限量有具体规定，但对其他蔬菜中吡虫啉最大残留限量规定为0.2～1 μg·g-1。啶虫脒在长尖青椒中浓度最高，为111 ng·g-1，小于我国茄果类蔬菜中最大残留限量1 μg·g-1，也小于美国茄果类蔬菜中最大残留限量0.2 μg·g-1。噻虫胺在韭菜苔中含量最高，达181 ng·g-1，未超过美国葱蒜类蔬菜中最大残留限量0.45 μg·g-1(我国目前还未有对食品中噻虫胺的最大残留限量规定)。噻虫嗪在韭菜中的含量最高，为30.5 ng·g-1，小于我国现有的芸薹属类蔬菜中最大残留限量0.2 μg·g-1。中美目前均未有针对葱蒜类蔬菜的规定，日本规定韭菜中噻虫嗪的最大残留限量是2 μg·g-1[25]。烯啶虫胺在红彩椒中含量最高，为44 ng·g-1，中美目前均未有相应的标准，日本规定甜椒中烯啶虫胺的最大残留限量是1 μg·g-1[25]。

本研究蔬菜水果样品中新烟碱类农药残留含量与文献报道的数据相比处于中下等水平。Chen等[17]2012年对美国波士顿市场上10种蔬菜和15种水果进行了测定，在其中的9种蔬菜和14种水果中都检出了至少一种新烟碱类农药，45%的蔬菜和72%的水果中都检出了2种或2种以上的新烟碱类农药。9种蔬菜和14种水果中7种新烟碱类农药(吡虫啉、啶虫脒、噻虫胺、呋虫胺、噻虫啉、噻虫嗪和氟啶虫酰胺)总含量均值分别为3.93 ng·g-1和16.80 ng·g-1。本研究中，49种蔬菜和24种水果中7种新烟碱类农药(吡虫啉、啶虫脒、噻虫胺、呋虫胺、噻虫啉、噻虫嗪和烯啶虫胺)总含量均值分别为22.63 ng·g-1和6.39 ng·g-1。2个研究中，吡虫啉的检出率都很高，本研究为100%，Chen等的研究为76%。本研究中啶虫脒、噻虫嗪和烯啶虫胺的检出率(100%、85%和9.6%)远高于Chen等的研究(14%、24%和0%)，而Chen等研究中氟啶虫酰胺检出率(24%)远高于本研究(0%)。Blasco等[26]2002年在西班牙的研究显示桃子中吡虫啉的检出率为40%(n=27)，含量范围20～530 ng·g-1，均值为50 ng·g-1，油桃中吡虫啉的检出率为18%(n=39)，含量最大值300 ng·g-1，均值为50 ng·g-1，均高于本研究中平谷大桃的吡虫啉浓度(21.8 ng·g-1)。Malhat等[27]2014年在埃及按规定剂量对西红柿植株喷洒噻虫嗪，14 d后测得西红柿中噻虫嗪的残留量为12～19 ng·g-1，与本研究中测得的西红柿中噻虫嗪残留水平(19.4 ng·g-1)相当。Huang等[28]2015年在广州和南宁两地的田间试验测得了施用高低剂量10%吡虫啉复合药剂7 d内节瓜中吡虫啉的含量分别为10～120 ng·g-1和20～210 ng·g-1，高于本研究中瓜类蔬菜中的吡虫啉含量(0.33～3.80 ng·g-1)。Utture等[29]2011年检测出印度市场上石榴中吡虫啉含量为39 ng·g-1和56 ng·g-1，高于本研究中水果均值2.96 ng·g-1。Randhawa等[30]2014年在巴基斯坦检测出黄瓜和圆青椒中吡虫啉残留含量分别为(0.12±0.04)～(1.92±0.04) μg·g-1和(0.52±0.02)～(1.89±0.06) μg·g-1，远高于本研究中黄瓜(0.681 ng·g-1)和圆青椒(0.572 μg·g-1)的含量。

2.2 新烟碱类农药的每日摄食暴露

各年龄、性别组人群从蔬菜水果口摄暴露的新烟碱类农药量由蔬菜水果可食用部分的新烟碱类农药残留含量、人群体重和膳食结构的分布计算得到。对蔬菜水果按四大类(薯类、深色蔬菜、浅色蔬菜和水果)统计了各年龄段人群的摄食量和新烟碱暴露量，如图2所示。平均而言，摄食量顺序为浅色蔬菜>深色蔬菜>薯类>水果；仅学龄前儿童而言，摄食量为浅色蔬菜>深色蔬菜>水果>薯类。然而，从新烟碱类农药暴露量来看，所有人群都符合深色蔬菜>浅色蔬菜>水果>薯类的规律，其原因可能是深色蔬菜中新烟碱类农药残留含量高于浅色蔬菜以及水果中新烟碱类农药残留含量高于薯类。

图2 不同人群对蔬菜水果的摄食量与新烟碱类农药的摄食暴露量对比注：(a) 男性人群；(b) 女性人群。Fig. 2 Comparison of ingestion rate and exposure to neonicotinoid pesticides among various groups of populationNote:(a) Male population; (b) Female population.

不同蔬菜水果种类对人体新烟碱类农药暴露量的贡献率不尽相同，如表4所示。深色蔬菜对暴露量的贡献率最大，达80%～82%；浅色蔬菜次之，为14%～18%；剩下的约4%中，薯类贡献了1%，水果贡献率为1%～3%。在中国居民膳食结构中，薯类和水果的消费量较低，只占总体蔬果消费量的20%左右。薯类和水果中新烟碱类农药的残留含量较低，可能与薯类和水果体积较大、比表面积较低有关。深色蔬菜在营养学上通常被认为含有更丰富的维生素和矿物质，因此备受推崇，然而本研究揭示了其具有更多新烟碱类农药残留的特性，值得引起关注。

从人群新烟碱类农药暴露的易感程度来看，男女都呈现“学龄前儿童>青少年>中老年>成年人”的规律。其中，女性中老年人组和成年人组的差距较男性较小。男性学龄前儿童、青少年、成年人和中老年人单位体重的日均暴露量分别是257.2 ng·kg-1·d-1、209.3 ng·kg-1·d-1、132.1 ng·kg-1·d-1和150.1 ng·kg-1·d-1，儿童暴露量几乎是成年人的2倍。女性学龄前儿童、青少年、成年人和中老年人单位体重的日均暴露量分别是271.4 ng·kg-1·d-1、192.8 ng·kg-1·d-1、150.2 ng·kg-1·d-1和153.9 ng·kg-1·d-1，儿童暴露量是成年人的1.8倍。这说明儿童是易感人群，他们的暴露剂量最大。儿童正处于生长发育阶段，暴露新烟碱类农药对该类人群的潜在危害更大，例如，会引起神经系统发育异常等。老年人过多暴露新烟碱类农药也被怀疑可能触发帕金森综合症和阿尔茨海默病[31]。男性和女性人群相比较，女性学龄前儿童、成年人和中老年人的总暴露量都略高于男性，仅青少年人群男性高于女性。

图3 不同年龄段女性人群新烟碱类农药日均暴露量的分布特征(数据经对数变换)注：(a)学龄前；(b)青少年；(c)成年；(d)中老年。Fig. 3 Frequency distribution of dietary exposure to neonicotinoid pesticides by female populations (data were logarithmically transformed)Note: (a) preschool age; (b) teenage; (c) adult; (d) middle and old age.

表4 主要类别蔬菜水果的消费比例及其对人体新烟碱类农药暴露的贡献率Table 4 Consumption ratios of major categories of vegetables and fruit and their contribution rates for human body exposure to neonicotinoid pesticides

图4 不同年龄段男性人群新烟碱类农药日均暴露量的分布特征(数据经对数变换)注：(a)学龄前；(b)青少年；(c)成年；(d)中老年。Fig. 4 Frequency distribution of dietary exposure to neonicotinoid pesticides by male populations (data were logarithmically transformed)Note: (a) preschool age; (b) teenage; (c) adult; (d) middle and old age.

对群体而言，仅讨论暴露均值，会忽视个体的敏感性差异。在各组人群内部，由于摄食量、体重、摄食种类、食物来源等方面的个体差异性，暴露风险因人而异。为探讨个体暴露风险，本研究利用所获得的暴露参数在Crystal ball软件中进行10 000次实验，得到的人群暴露分布呈典型的对数正态分布形式(图3和图4)。

在男女人群中，学龄前儿童组的概率分布曲线最窄高，这表明学龄前儿童暴露规律较相似，个体差异较小。相反，青少年组、成人组、中老年组的分布曲线都较矮宽，说明随着年龄的增大，个体饮食摄入量差异大，食物来源更丰富，食物类别的选择差异也扩大，个体对新烟碱类农药的摄食暴露量也随之分化。其中，中老年组(男性中老年组高于女性中老年组)个体差异非常大，概率分布曲线最宽。在男性人群中，成人组平均暴露量略低于青少年组。在女性人群中，成人组比青少年平均暴露量更高。这可能是由于男性青少年时期蔬菜水果食量较大，而成年后由于工作生活忙碌等原因，蔬菜水果摄入量较少；女性成年后健康意识增强，更注意多摄入蔬菜水果。

2.3 新烟碱类农药的摄食暴露风险评价

本研究中，计算所得不同人群经摄食蔬菜水果暴露新烟碱类农药的非致癌风险商值在第97分位数以内均小于0.1。图5显示不同人群非致癌风险的累积概率分布。对于男性，非致癌风险商值由大至少依次为学龄前组、青少年组、中老年组、成人组。女性的非致癌风险商值规律虽然与男性一致，但中老年组和成人组的差别很小。对于男性，学龄前风险值超过0.1的人群占2.2%，青少年组占1.4%，成年人组和中老年人组风险超过0.1的概率均小于1%。女性人群中，学龄前组风险值大于0.1的比例也为2.2%，青少年组、成年人组和中老年人组风险超过0.1的概率都不足1%。总体上，不同人群经摄食蔬菜水果暴露新烟碱类农药导致的健康风险远未超过阈值1。然而，达标并不一定是安全的，只是安全和管理之间的一种妥协[32]。在水质管理运行中，当非致癌物质的最大浓度达标准的10%～50%时，供水管理部门则要求水厂配合进行区域性检测[32]。同理，本研究中人群最大暴露剂量已经超过现行参考剂量的10%，应当引起有关部门的重视，对部分易感人群进行健康评估，为制定合理的暴露标准提供依据。

新烟碱类农药慢性低剂量的影响不可忽视。近年来越来越多的研究表明新烟碱类农药能够直接启动或调节哺乳动物烟碱型乙酰胆碱受体的激活[17]。已有研究报道吡虫啉能够改变小鼠神经元的膜性质[33]，母鼠孕期暴露吡虫啉会引起子鼠神经行为缺陷、提高运动皮质和海马中胶质细胞原纤维酸性蛋白的表达[34]。有研究发现低剂量的新烟碱类农药慢性暴露的危害性不亚于高剂量急性暴露。例如，将果蝇暴露在纳摩尔级浓度(0.01%慢性LC50)的吡虫啉几天后，果蝇繁殖能力受到损伤，产生的后代数量显著减少[34]。还有研究发现，甚至不需要长期暴露，低剂量的吡虫啉和噻虫嗪就可以影响蜜蜂的短期嗅觉记忆能力[35]。因此，对新烟碱类农药的暴露风险需要进行更多的研究。

图5 不同人群经摄食暴露新烟碱类农药的累积非致癌风险商值分布注：(a)男性，(b)女性。Fig. 5 Cumulative probability of non-carcinogenic health risk quotient of neonicotinoid pesticides from dietary exposureNote: (a) Male, (b) Female.

此外，本研究的评估结果由于受到采样条件限制，没有将茶叶[36-37]、稻米[38-39]等大规模使用新烟碱类农药且日常消费量较大的作物包括在内，造成了对风险的低估。事实上，这2类作物的暴露贡献率不容小觑。2012年中国出口拉托维亚的绿茶就因吡虫啉残留超标(60 ng·g-1)而被禁止入境[40]。吡虫啉也常被用于防治水稻蓟马[41]和飞虱[42]，在糙米中的最终残留量可达14～39 ng·g-1[43]。由于具有良好的水溶性，新烟碱类农药容易从土壤中淋溶出来[44]，进入田间径流、地表水和地下水中[45]，通过饮用或皮肤接触等途径影响人体健康。

综上可知：

(1)新烟碱类农药普遍存在于北京市场上的蔬菜水果中，蔬菜中检出的新烟碱类农药种类和含量均高于水果。49种蔬菜样品中检出7种新烟碱类农药，以吡虫啉、啶虫脒和噻虫嗪为主(检出率均达100%，含量范围分别为0.05～126 ng·g-1、0.20～111 ng·g-1和0.06～30.5 ng·g-1)，其次是噻虫胺、烯啶虫胺、噻虫啉和呋虫胺(检出率分别为47%、14%、10%和4%，含量范围分别为0.02～181 ng·g-1、2.8～44 ng·g-1、0.01～0.07 ng·g-1和0.31～0.73 ng·g-1)。24种水果样品中检出5种新烟碱类农药，以吡虫啉和啶虫脒为主(检出率均达100%，含量范围分别0.10～21.8 ng·g-1和0.23～37.7 ng·g-1)，其次是噻虫嗪、噻虫胺和噻虫啉(检出率分别为54%、13%和4%，含量范围分别为0.05～1.95 ng·g-1、0.03～0.3 ng·g-1和0.01 ng·g-1)。所测含量均未超过我国食品安全国家标准或美国联邦管理条例中的限量值。

(2)不同年龄段人群经摄食暴露新烟碱类农药的剂量不同。在男女人群中，暴露量最低的均为学龄前组、最高的均为中老年组；学龄前儿童暴露的个体差异较小，而中老年人暴露的个体差异较大。男性青少年组的暴露量高于成人组，而女性成人组的暴露量高于青少年组。暴露主要来源于深色蔬菜。

(3)小部分(约3%)人群因摄食蔬菜水果暴露于新烟碱类农药的非致癌风险商值大于0.1，值得关注。

[1] 李忠, 唐振华, 陶黎明. 新烟碱类杀虫剂选择作用的分子机理[J]. 农药学学报, 2006, 4(8): 291-298

Li Z, Tang Z H, Tao L M. Molecular mechanisms for selective action of neonicotinoid insecticides [J]. Chinese Journal of Pesticide Science, 2006, 4(8): 291-298 (in Chinese)

[2] 新烟碱杀虫剂在我国的登记情况(续)[J]. 山东农药信息, 2010, 4: 45-46

The registration of neonicotinoid insecticides in China [J]. Shandong Pesticide Information, 2010, 4: 45-46 (in Chinese)

[3] 范志先, 许允成, 初丽伟, 等. 吡虫啉在番茄和土壤上的残留动态[J]. 吉林农业大学学报, 2003, 25(6): 649-651, 663

Fan Z X, Xu Y C, Chu L W, et al. Residual dynamics of imidacloprid in tomato and soil [J]. Journal of Jilin Agriculture University, 2003, 25(6): 649-651, 663 (in Chinese)

[4] 李薇, 伍一军, 仇绍萍, 等. 吡虫啉在萝卜及土壤中的残留动态[J]. 农药, 2006, 45(12): 840-841, 855

Li W, Wu Y J,Qiu S P, et al. Dissipation and residue of imidacloprid in radish and soil [J]. Pesticide, 2006, 45(12): 840-841, 855 (in Chinese)

[5] 骆爱兰. 吡虫啉在白菜和土壤中的残留动态[J]. 江苏农业科学, 2010, 5: 435-436

Luo A L. Residual dynamics of imidacloprid in Chinese cabbage and soil [J]. Jiangsu Agriculture Science, 2010, 5: 435-436 (in Chinese)

[6] 李慧冬, 李瑞菊, 王文博, 等. 啶虫脒在甘蓝和土壤中的残留消解动态研究[J]. 生态环境, 2008, 17(6): 2224-2227

Li H D, Li R J, Wang W B, et al. The dynamics of acetamiprid residue disappearance in cabbage and soil [J]. Ecology and Environment, 2008, 17(6): 2224-2227 (in Chinese)

[7] 刘新刚, 董丰收, 杨爽, 等. 啶虫脒在苹果和土壤中的残留及消解动态[J]. 农药, 2007, 46(10): 693-695

Liu X G, Dong F S, Yang S, et al. Residues and degradation of mospilan in apple and soil [J]. Agrochemicals, 2007, 46(10): 693-695 (in Chinese)

[8] Rundlöf M, Andersson G K S, Bommarco R, et al. Seed coating with a neonicotinoid insecticide negatively affects wild bees [J]. Nature, 2015, 521(7550): 77-80

[9] Blacquière T, Smagghe G, Gestel C A M, et al. Neonicotinoids in bees:A review on concentrations, side-effects and risk assessment [J]. Ecotoxicology, 2012, 21(4): 973-992

[10] Whitehorn P R, O'Connor S, Wackers F L, et al. Neonicotinoid pesticide reduces bumble bee colony growth and queen production [J]. Science, 2012, 336(6079): 351-352

[11] Kimura-Kuroda J, Komuta Y, Kuroda Y, et al. Nicotine-like effects of the neonicotinoid insecticides acetamiprid and imidacloprid on cerebellar neurons from neonatal rats [J]. PLoS One, 2012, 7(2): e32432

[12] Li P, Ann J, Akk G. Activation and modulation of human α4β2 nicotinic acetylcholine receptors by the neonicotinoids clothianidin and imidacloprid [J]. Journal of Neuroscience Research, 2011, 89(8): 1295-1301

[13] Brunet J, Maresca M, Fantini J, et al. Human intestinal absorption of imidacloprid with Caco-2 cells as enterocyte model [J]. Toxicology and Applied Pharmacology, 2004, 194(1): 1-9

[14] Brunet J L, Maresca M, Fantini J, et al. Intestinal absorption of the acetamiprid neonicotinoid by Caco-2 cells: Transepithelial transport, cellular uptake and efflux [J]. Journal of Environmental Science and Health Part B, 2008, 43(3): 261-270

[15] Ford K A, Casida J E. Chloropyridinyl neonicotinoid insecticides: Diverse molecular substituents contribute to facile metabolism in mice [J]. Chemical Research in Toxicology, 2006, 19(7): 944-951

[16] Chen M, Collins E M, Tao L, et al. Simultaneous determination of residues in pollen and high-fructose corn syrup from eight neonicotinoid insecticides by liquid chromatography-tandem mass spectrometry [J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2013, 405(28): 9251-9264

[17] Chen M, Tao L, Mclean J, et al. Quantitative analysis of neonicotinoid insecticide residues in foods: Implication for dietary exposures [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014, 62(26): 6082-6092

[18] British Standard Institution. Foods of plant origin - Determination of pesticide residues using GC-MS and/or LC-MS/MS following acetonitrile extraction/partitioning and clean-up by dispersive SPE - QuEChERS-method [S]. British Standard Institution, 2008

[19] 翟凤英. 中国居民膳食结构与营养状况变迁的追踪研究[M]. 北京: 科学出版社, 2008: 123-324

Zhai F Y.A Follow-up Study on the Changes of Dietary Structure and Nutritional Status of Chinese Residents [M]. Beijing: Science Press, 2008: 123-324 (in Chinese)

[20] U S EPA. Code of Federal Regulation Part 180 Pesticide Tolerance [S]. Washington DC: US EPA, 2002

[21] 段小丽. 中国人群暴露参数手册 (成人卷)[M]. 北京: 中国环境出版社, 2013: 748

Duan X L. Handbook of Chinese Population Exposure Parameters (Adult Volume) [M]. Beijing: Chinese Environment Press, 2013: 748 (in Chinese)

[22] 郑世发. 蔬菜商品分类初探[J]. 长江蔬菜, 1989(3): 8

Zhen S F. Preliminary study on classification of vegetables [J]. Changjiang Vegetable, 1989(3): 8 (in Chinese)

[23] 王亚光. 中国食物成分表[M]. 北京: 北京大学医学出版社, 2009: 91-114

Wang Y G. Chinese Food Composition Table [M]. Beijing: Peking University Medical Press, 2009: 91-114 (in Chinese)

[24] 食品安全国家标准食品中农药最大残留限量[S]. 北京: 中华人民共和国农业部, 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会, 2014

National Standards for Food Safety Maximum Residue Limits of Pesticides in Food [S]. Beijing: Ministry of Agriculture of the People's Republic of China, The National Health and Family Planning Commission of People's Republic of China, 2014 (in Chinese)

[25] Japanese Minister of Health Labour and Welfare. Positive List System for Agricultural Chemical Residues in Foods [S]. Tykyo: Japanese Minister of Health Labour and Welfare, 2006

[26] Blasco C, Fernández M, Picó Y, et al. Simultaneous determination of imidacloprid, carbendazim, methiocarb and hexythiazox in peaches and nectarines by liquid chromatography-mass spectrometry [J]. Analytica Chimica Acta, 2002, 461(1): 109-116

[27] Farag M, Malhat H W N M. Hazard assessment of the neonicotinoid insecticide thiamethoxam residues in tomato: A prelude to risk assessment profile [J]. Toxicological and Environmental Chemistry, 2014, 96(2): 318-327

[28] Huang J X, Liu C Y, Lu D H. Residue behavior and risk assessment of mixed formulation of imidacloprid and chlorfenapyr in chieh-qua under field conditions [J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2015, 187: 650-656

[29] Utture S C, Banerjee K, Kolekar S S, et al. Food safety evaluation of buprofezin, dimethoate and imidacloprid residues in pomegranate [J]. Food Chemistry, 2012, 131(3): 787-795

[30] Randhawa M A, Anjum M N, Butt M S, et al. Minimization of imidacloprid residues in cucumber and bell pepper through washing with citric acid and acetic acid solutions and their dietary intake assessment [J]. International Journal of Food Properties, 2014, 17(5): 978-986

[31] Casida J E, Durkin K A. Neuroactive insecticides:Targets, selectivity, resistance, and secondary effects [J]. Annual Review of Entomology, 2013, 58: 99-117

[32] 胡建英, 安伟, 曹红斌, 等. 化学物质的风险评价[M]. 北京: 科学出版社, 2010: 68

Hu J Y, An W, Cao H B, et al. Risk Assessment of Chemicals [M]. Beijing: Science Press, 2010: 68 (in Chinese)

[33] Bal R, Erdogan S, Theophilidis G, et al. Assessing the effects of the neonicotinoid insecticide imidacloprid in the cholinergic synapses of the stellate cells of the mouse cochlear nucleus using whole-cell patch-clamp recording [J]. Neurotoxicology, 2010, 31(1): 113-120

[34] Charpentier G, Louat F, Bonmatin J, et al. Lethal and sublethal effects of imidacloprid, after chronic exposure, on the insect model Drosophila melanogaster [J]. Environmental Science & Technology, 2014, 48(7): 4096-4102

[35] Wright G A, Softley S, Earnshaw H. Low doses of neonicotinoid pesticides in food rewards impair short-term olfactory memory in foraging-age honeybees [J]. Scientific Reports, 2015, 5: Article number 15322 (pages 1-7)

[36] 林虬, 张居德, 苏德森, 等. 福建省乌龙茶、红茶中部分农药残留及日摄入量评估[J]. 福建农业学报, 2013, 28(7): 718-721

Lin Q, Zhang J D, Su D S, et al. Pesticide residue and safety of teas from Fujian [J]. Fujian Journal of Agriculture Science, 2013, 28(7): 718-721 (in Chinese)

[37] 唐小琴, 陈喻虹, 马燕, 等. 普洱茶中吡虫啉的残留状况及浸出率[J]. 西南农业学报, 2015, 28(3): 1283-1287

Tang X Q, Chen Y H, Ma Y, et al. Imidacloprid residue and leaching rate in Pu'er tea [J]. Southwest China Journal of Agriculture Sciences, 2015, 28(3): 1283-1287 (in Chinese)

[38] 张永忠, 刘檀, 任红波, 等. 16%吡虫啉·噻嗪酮可湿性粉剂在水稻田中的残留动态研究[J]. 东北农业大学学报, 2013, 44(4): 88-93

Zhang Y Z, Liu T, Ren H B, et al. Residue and degradation dynamics of imidacloprid·buprofezin 16% WP in rice field [J]. Journal of Northeast Agriculture University, 2013, 44(4): 88-93 (in Chinese)

[39] 吴声敢, 吴俐勤, 徐浩, 等. 吡虫啉在水稻及稻田环境中的残留动态研究[J]. 浙江农业学报, 2004, 16(5): 274-278

Wu S G, Wu L Q, Xu H, et al. Study on residue of imidacloprid in rice and field environment [J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 2004, 16(5): 274-278 (in Chinese)

[40] 贺涛, 高胜科, 张欣. 茶叶农残溯源[J]. 财经, 2012, 14: 1

He T, Gao S K, Zhang X. Trace of pesticide residue in tea [J]. Finance and Economics, 2012, 14: 1 (in Chinese)

[41] 庄义庆, 神志伟, 何有龙, 等. 比虫琳拌稻种防治稻蓟马[J]. 农药, 1995, 34(11): 43-44

Zhuang Y Q, Shen Z W, He Y L, et al. Control effect of imidacloprid on Thrips oryzae [J]. Pesticide, 34(11): 43-44 (in Chinese)

[42] 张国华. 吡虫啉防治稻飞虱效果佳[J]. 福建农业, 1997, 5: 14-15

Zhang G H. Nice effect of imidacloprid on rice planthopper [J]. Fujian Agriculture, 1997, 5: 14-15 (in Chinese)

[43] 毛江胜, 张红, 孟静静. 吡虫啉在水稻中的残留动态研究[J]. 现代农药, 2006, 5(2): 27-29

Mao J S, Zhang H, Meng J J. Study on residues of imidacloprid in rice [J]. Modern Agrichemicals, 2006, 5(2): 27-29 (in Chinese)

[44] Kurwadkar S, Wheat R, Mcgahan D G, et al. Evaluation of leaching potential of three systemic neonicotinoid insecticides in vineyard soil [J]. Journal of Contaminant Hydrology, 2014, 170: 86-94

[45] Hao C, Morse D, Zhao X, et al. Liquid chromatography/tandem mass spectrometry analysis of neonicotinoids in environmental water [J]. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2015, 29(23): 2225-2232

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Residues of Neonicotinoid Pesticides in Vegetables and Fruit and Health Risk Assessment of Human Exposure via Food Intake

Tan Ying, Zhang Qi, Zhao Cheng, Wang Xinyi, Li Jingyao, Wang Dan, Zhou Ying, Lu Xiaoxia*

MOE Laboratory for Earth Surface Processes, College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing 100871, China

Received 20 April 2016 accepted 16 May 2016

Neonicotinoid pesticides are currently widely used in agriculture as a class of systemic insecticides with unique function, high efficiency and broad spectrum. Their residues in vegetables and fruit pose a threat to human health. The purposes of this study are to investigate the concentrations of neonicotinoid pesticides in vegetables and fruit in Beijing market and to assess the health risk of neonicotinoid pesticides via dietary intake. From the Beijing market, 49 kinds of vegetables and 24 kinds of fruit were collected. QuEChERS and HPLC-MS/MS were adopted to analyze the concentrations of nine neonicotinoid pesticides in the collected samples. Using the measured data and the dietary structure of Chinese population, the probability distribution of daily oral intake exposure in different age groups was calculated by the Monte Carlo simulation method, and the non-carcinogenic risk of neonicotinoid pesticides was calculated by the hazard quotient method. The results showed that neonicotinoid pesticides were ubiquitously present in vegetables and fruit in Beijing market. Seven kinds of neonicotinoid pesticides were detected in the 49 vegetable samples; among them the detection rates of imidacloprid, acetamiprid and thiamethoxam were all 100%, and the detection rates of clothianidin, nitenpyram, thiacloprid and dinotefuran were 47%, 14%, 10% and 4%, respectively. Five kinds of neonicotinoid pesticides were detected in the 24 fruit samples; among them the detection rates of imidacloprid and acetamiprid were all 100%, and the detection limits of thiamethoxam, clothianidin and thiacloprid were 54%, 13% and 4%. The concentrations of various neonicotinoid pesticides in vegetables and fruit ranged from 0.01 ng·g-1to 126 ng·g-1, not exceeding the national standards in China's food safety or the tolerances for residues in food in the United States federal regulations. For a small portion (about 3%) of the population, the calculated non-carcinogenic risk of neonicotinoid pesticides due to food intake of vegetables and fruits was greater than 0.1. The ubiquitous presence of neonicotinoid pesticides in vegetables and fruit has potential risk to human health. Keywords: neonicotinoid pesticides; vegetables and fruit; population; dietary exposure; health risk; residue

国家自然科学基金项目(41471391，41030529)；教育部新世纪优秀人才项目(NCET-10-0200)

谭颖(1991-)，女，硕士研究生，研究方向为环境污染化学，E-mail: t.ying@pku.edu.cn；

*通讯作者(Corresponding author)， E-mail: luxx@urban.pku.edu.cn

10.7524/AJE.1673-5897.20160421001

2016-04-20 录用日期：2016-05-16

1673-5897(2016)6-067-15

X171.5

A

卢晓霞(1972—)，女，环境科学博士，副教授，主要研究方向为环境污染物的微生物降解与转化、环境污染物的毒性与风险、污染土壤与地下水的修复。

谭颖, 张琪, 赵成, 等. 蔬菜水果中的新烟碱类农药残留量与人群摄食暴露健康风险评价[J]. 生态毒理学报，2016, 11(6): 67-81

Tan Y, Zhang Q, Zhao C, et al. Residues of neonicotinoid pesticides in vegetables and fruit and health risk assessment of human exposure via food intake [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(6): 67-81 (in Chinese)