16种农药对东亚小花蝽的生态风险评估

何丹，林荣华，门兴元，孙猛，程沈航，姜辉，于彩虹,*，郑礼

1. 中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院，北京100083 2. 山东省农业科学院植物保护研究所，济南 250100 3. 农业部农药检定所，北京100125

东亚小花蝽(Oriussauteri)属半翅目(Hemiptera)、花蝽科(Anthocoridae)，是一类重要的农田捕食性天敌，能够捕食多种小型节肢动物以及鳞翅目害虫的卵及初孵若虫[1]，主要分布于中国、日本、韩国和俄罗斯东部等地[2]。其对蓟马类害虫有非常高的控制效率，例如单头东亚小花蝽成虫对西花蓟马成虫(Frankliniellaoccidentalis)的捕食上限为51.3头，对其若虫的捕食上限为163.9头，按照1头·m-2释放量能够有效控制蔬菜和果园中的西花蓟马[3]。然而，长期使用化学农药破坏了天敌和害虫间的自然平衡，降低了天敌昆虫对害虫的控制作用[4]。近年来许多研究表明化学农药对小花蝽具有一定的毒害作用。韦新葵等[5]研究发现阿维菌素不但对南方小花蝽(O.similis)具有直接毒性，对其捕食能力也存在一定的影响。Veire等[6]通过玻璃板药膜法在田间最高推荐剂量下评估了31种植物保护产品对美洲小花蝽(O.laevigatus)死亡率和成虫产卵量的影响，结果表明大多数杀菌剂对美洲小花蝽的毒性作用可以忽略，而不同杀螨剂的毒性差异较大，例如苯甲酰基脲的毒性较高，虫酰肼和印楝素对若虫的生长发育和成虫的产卵没有显著影响。Sterk等[7]在甜椒植株上测试氟虫腈对美洲小花蝽的影响，发现其对美洲小花蝽具有高毒作用。

鉴于天敌昆虫在农业生产中的重要作用，欧盟、日本和美国都建立了完整的农药风险评估体系[8-12]。2016年我国农业部农药检定所也颁布了农药环境风险评估指南，通过计算危害商值来评估农药对非靶标节肢动物的风险[13]。目前，关于农药对东亚小花蝽毒性效应及风险评估的文章尚未见报导，为此本文测定了16种常用化学农药对东亚小花蝽的24 h急性毒性，并根据我国的非靶标节肢动物风险评估程序对这16种农药进行暴露评估、效应评估和风险表征，旨在为田间的合理施药提供指导，充分发挥东亚小花蝽对害虫的生物控制作用，推进害虫综合治理进程。

1 材料与方法(Materials and methods)

1.1 供试虫源

东亚小花蝽种群来源于山东省农科院植物保护研究所天敌与授粉昆虫研究中心。本实验中东亚小花蝽用麦蛾卵为饲料、芸豆作为产卵基质，室内继代饲养。饲养条件为温度(25±1) ℃，光周期16 h L∶8 h D，相对湿度60%～70%。

1.2 供试药剂

本文所用16种药剂的名称、有效成分含量及生产厂家等信息见表1。

1.3 试验方法

通过预实验，确定出每种供试农药的最高全存活剂量和最低全致死剂量。每个农药在最高全存活剂量和最低全致死剂量间设置5～7个浓度梯度，以丙酮作为对照，对照组和处理组均设置3个重复，每个重复对15头4～7日龄的东亚小花蝽雌成虫用玻璃管药膜法测定毒力。在指形管中加入1 mL配制好的农药，而后将其放在滚管机上使药液在管内分布均匀，待药膜晾干后将东亚小花蝽成虫转入指形管，白布封口。充分染毒2 h后，向指形管中投入麦蛾卵作为食物，并投入一小块芸豆(大约1 cm×5 mm×4 mm)，芸豆的作用是为东亚小花蝽提供水分。24 h后观察记录试虫的死亡情况，用毛笔轻触小花蝽身体，以虫体不动为死亡标准，记录死亡率并且应用abbott方程进行校正[14]。

当农药田间最高推荐剂量的毒性非常低，或者没法得到可靠的半数致死剂量LR50值时需要进行限量实验，即在3倍田间最高推荐剂量下处理试虫，24 h后观察记录试虫的死亡情况。

1.4 数据处理

应用SPSS21.0统计软件进行数据分析，计算24 h药剂对东亚小花蝽的毒力回归方程，半数致死浓度LC50、95%置信区间和半数致死剂量LR50。

2 风险评估程序(Risk assessment procedures)

该评估程序参照NY/T2882.7—2016《农药登记 环境风险评估指南 第7部分：非靶标节肢动物》[13]。

2.1 暴露评估

将化学农药的暴露途径分为农田内和农田外2个场景，对这2个场景进行风险评估以便根据需要采取不同的风险管理措施。

(1)农田内的化学农药预测暴露量(Predicted Exposure Rate, PER)主要通过田间最高推荐施用量与多次施药因子(Multiple Application Factor, MAF)的乘积来计算。公式如下：

PER农田内=田间最高推荐施用量×MAF

(1)

MAF量化了化学农药的残留积累，其取决于产品的半衰期、施药间隔和施药次数。计算公式为：

(2)

式中k为农药在植株表面降解的速率常数，其计算方法为k=ln(2)/DT50，DT50为该农药降解的半衰期，通常默认值为10 d，n为施用次数，t为施药间隔。如果缺乏相关的计算数据时，那么MAF将使用一个默认值3。

表1 供试农药信息Table 1 The information of tested pesticides

(2)农田外的风险评估与非靶标节肢动物生存的自然和半自然的栖息地有关。农田外的PER计算公式为：

PER农田外=田间最高推荐施用量×MAF×飘移因子/植被分布因子

(3)

漂移因子是指农药漂移百分比，通常采用整体的90th百分位飘移量来计算农田外环境中农药的飘移沉积值(飘移百分率)，默认的飘移因子是距离耕地作物边界1 m或果园边界3 m距离的飘移百分率来估算农田外的PER。植被分布因子代表植株高度、密度、叶片面积等因素对于喷雾漂移的影响，缺乏相关数据时其默认值为5。

2.2 效应评估

效应评估是在最恶劣的实验室条件下进行实验，继而进行剂量-效应分析评估制剂/原药的致死效应，得到LR50。限量实验以死亡率为毒性终点，如果毒性效应≤50%，则认为该植物保护产品对东亚小花蝽的风险较低，若>50%，则需要进行剂量效应测试。

2.3 风险表征

风险表征以危害商值HQ(Hazard Quotient)来评估化学农药的影响。

(1)农田内场景下HQ按照公式4进行计算。

HQ农田内=PER农田内/LR50

(4)

若HQ农田内≤5，风险可接受，HQ农田内>5，则风险不可接受。

(2)农田外场景下HQ按照公式5进行计算。

HQ农田外=PER农田外×不确定性因子/LR50

(5)

农田外的天敌物种丰富度远高于农田内，为了降低农田外风险评估的不确定性，随即引入了不确定因子，结合欧洲有益生物测试标准化工作组(ESCORT)的建议和我国的实际情况，《农药登记 环境风险评估指南 第7部分：非靶标节肢动物》规定不确定因子默认值为5。若HQ农田外≤5，风险可接受，HQ农田外>5，则风险不可接受。

3 结果(Results)

3.1 急性毒性实验结果

通过玻璃管药膜法测试了16种常用农药的急性毒性，研究结果如表2和表3所示。本文所选用的8种杀虫剂中噻虫嗪和联苯菊酯对东亚小花蝽的毒性较高，LC50分别为0.002 mg a.i.·L-1和0.08 mg a.i.·L-1，吡蚜酮在田间最高推荐剂量下对东亚小花蝽的毒性较低，24 h的死亡率为6.67%，因此本文对吡蚜酮采取限量实验。本研究所选用的4种除草剂(敌草胺、丙炔氟草胺、禾草灵和乙氧氟草醚)和4种杀菌剂(腈菌唑、异菌脲、戊唑醇和苯醚甲环唑)对东亚小花蝽的影响均较低，其中禾草灵的影响基本可以忽略，异菌脲相比于其他的除草剂和杀菌剂毒性较高，其3倍田间最高推荐剂量下的死亡率为33.33%。

表2 7种杀虫剂对东亚小花蝽的急性毒性实验结果Table 2 The results of acute toxicity test of seven pesticides to Orius sauteri

表3 9种农药对东亚小花蝽的限量实验研究结果Table 3 The results of limit test of nine farm chemicals to Orius sauteri

表4 农田内7种杀虫剂对东亚小花蝽的暴露评估Table 4 Exposure assessment of seven pesticides to Orius sauteri in field

表5 农田外7种杀虫剂对东亚小花蝽的暴露评估Table 5 Exposure assessment of seven pesticides to Orius sauteri off field

3.2 暴露评估

7种杀虫剂对东亚小花蝽的暴露分析结果如表4和表5所示。本研究中农药的半衰期采用默认值10 d。田间最高推荐剂量、施用次数和施用间隔数据来源于中国农药信息网[15]，但是由于不同厂家登记数据不同，本文根据东亚小花蝽种群分布和食物选择等因素合理选择数据。本文中植被分布因子采用默认值5，漂移因子根据ESCORT2指导文件的要求进行选取[16]。由于农作物和果园的农药漂移因子不同，所以将农田外的暴露评估分为果园外的暴露评估和农作物外的暴露评估。农田内所试药剂的预测暴露剂量PER范围为7.29～180.00 g a.i.·ha-1，果园外PER为0.37～9.19 g a.i.·ha-1，农作物外PER为0.03～0.86 g a.i.·ha-1。

3.3 风险表征

分别根据公式4和公式5计算农田内外的危害商值，研究结果如表6和表7所示。农田内的风险评估中，噻虫嗪对东亚小花蝽的危害最大，其危害商值为3 976.36，远远超出了触发值5。呋虫胺和联苯菊酯的农田内危害商值分别为16.93和69.03，这3种杀虫剂对东亚小花蝽造成的风险不可接受。吡虫啉、阿维菌素、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐和啶虫脒的农田内危害商值均小于5，风险可以接受。

在果园和农作物外的风险评估中，噻虫嗪的危害商值分别为1 015.91和95.45，所造成的风险均不可接受。联苯菊酯对果园外的风险不可接受，但是

表6 7种杀虫剂对东亚小花蝽农田内风险评估Table 6 Risk assessment of seven pesticides to Orius sauteri in field

表7 7种杀虫剂对东亚小花蝽农田外风险评估Table 7 Risk assessment of seven pesticides to Orius sauteri off field

针对农作物施用时其农田外的危害商值为1.65，风险可以接受。其余5种农药在农田外的危害商值均小于5，风险均可以接受。

根据限量实验的实验结果，杀菌剂腈菌唑、异菌脲、戊唑醇、苯醚甲环唑和除草剂敌草胺、丙炔氟草胺、禾草灵、乙氧氟草醚以及杀虫剂吡蚜酮24 h毒性效应均低于50%，因此它们对东亚小花蝽成虫的风险较低。

4 讨论(Discussion)

该风险评估程序的优势在于结合了农田内和农田外2种暴露场景，其中农田内主要保护非靶标节肢动物种群的功能(如，授粉、捕食和寄生等)，农田外主要保护非靶标节肢动物的群落多样性。农田内的暴露主要是由于喷雾残留积累，农田外的暴露来源于农药的漂移沉积。东亚小花蝽活动能力较强，在我国北方农田、果园和林木中均有分布[17-19]，果园和农作物外环境都可能是东亚小花蝽的暴露场景。根据ESCORT2规定施药2次果园外的漂移百分比大致为25.53%，农作物外的漂移百分比为2.38%，这2个场景的农药漂移量相差较大可能致使某些农药在果园外和农作物外的风险评估结果存在差异，例如联苯菊酯对果园外的风险不可接受，而对农田外的风险可以接受。该评估程序同时也存在一定的局限性，其适用于以喷雾方式施用的化学药剂，尤其适用于直接喷洒到植物表面的产品，不适用于评估种子处理剂、颗粒和球状的化学农药的风险。

总体上，杀菌剂和除草剂对东亚小花蝽的风险较小。林文彩等[20]测定了6种杀菌剂对南方小花蝽的安全性，结果表明杀菌剂对南方小花蝽毒性较低，这与本文的研究结果相一致。杀菌剂和除草剂对天敌昆虫较为安全，这可能与它们独特的作用模式有关。杀菌剂的作用机理主要分为4个方面，影响菌体细胞结构和功能、菌体能量生成、物质合成以及诱导植物自身调节[21]。除草剂的作用靶标多是植物的酶系统，通过对靶标酶的抑制，最终干扰植物正常的代谢作用[22]。

本研究结果表明，噻虫嗪、联苯菊酯和呋虫胺在农田内对东亚小花蝽造成的风险不可接受，因此需要进一步评估这些农药对东亚小花蝽的生态风险，尤其在应用东亚小花蝽防治害虫时，尽量避免这3种农药的使用。噻虫嗪为硫代型烟碱类杀虫剂，而呋虫胺为呋喃型烟碱类杀虫剂，它们的作用机理是作为昆虫烟碱乙酰胆碱受体的激动剂，特异性阻断昆虫中枢神经系统的传导，进而使昆虫麻痹死亡[23]。于彩虹等[24]测试了20种农药对烟蚜茧蜂的急性毒性并开展了初级风险评估，结果表明噻虫嗪和呋虫胺对烟蚜茧蜂也具有高毒作用，在农田内外造成的风险均不可接受。联苯菊酯是一类拟除虫菊酯类杀虫剂，主要通过作用于钠离子通道来干扰昆虫的神经系统，对刺吸式和咀嚼式口器害虫有效[25]。吡蚜酮对东亚小花蝽相对安全，Veire等[6]的研究结果表明其对美洲小花蝽无害。吡蚜酮是一种具有独特作用方式的杀虫剂，对白粉虱、蚜虫和蓟马等害虫具有显著的防治效果，具有高度的选择性、对哺乳动物低毒、对非靶标节肢动物相对安全，因而在害虫综合防治中具有较好的应用前景[26-27]。也有研究表明吡蚜酮对另外一种刺吸性天敌有一定的风险，例如徐德进等[28]研究发现田间使用吡蚜酮后黑肩绿盲蝽数量减少，对黑肩绿盲蝽的安全级别为较不安全。张安盛等[29]测定了阿维菌素和甲氨基阿维菌素苯甲酸盐对西花蓟马成虫的LC50分别为2.887和0.323 mg a.i.·L-1，本研究中对东亚小花蝽成虫的LC50分别为36.567和15.798 mg a.i.·L-1，可看出这2种农药具有一定的选择性。阿维菌素和甲氨基阿维菌素苯甲酸盐均属于抗生素类杀虫剂，它们的致毒机理相似，主要通过干扰昆虫体内神经末梢的信息传递，从而阻断神经末梢与肌肉的联系，使昆虫麻痹、饥饿和死亡[30]。吡虫啉和啶虫脒属于氯代型烟碱类杀虫剂，作用机制与噻虫嗪和呋虫胺相似，但这4种新烟碱类杀虫剂对东亚小花蝽的毒性差异较大，产生这种现象的原因可能与它们在乙酰胆碱受体上的结合模式有关。程沈航等[31]的研究表明吡虫啉在农田内和果园外对管氏肿腿蜂的风险不可接受，本研究中吡虫啉和啶虫脒在农田内外对东亚小花蝽的风险可以接受。阿维菌素、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、吡虫啉和啶虫脒都是田间防治西花蓟马的常用药剂，风险评估结果表明这4种药剂对东亚小花蝽的风险均可接受，因此它们都可和东亚小花蝽共同作用防治蔬菜和果园中的西花蓟马。害虫极易对频繁使用的杀虫剂产生抗药性，中国、美国、澳大利亚和西班牙等地都已发现西花蓟马对多种药剂产生抗药性[32-35]。采用阿维菌素、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、吡虫啉和啶虫脒轮换使用的方法，不但可以保护东亚小花蝽田间种群，而且可以降低西花蓟马产生抗性的风险。

目前国内外对东亚小花蝽的研究主要集中于其形态鉴别、生物学习性等方面[36-38]，尚没有评估农药对东亚小花蝽的生态风险，这严重威胁着农田生态系统中东亚小花蝽的种群，也不利于发挥其控害生态服务功能。开展农药的风险评估工作可以为我国的农药登记工作提供理论依据，并且农业上可以根据风险评估结果制定合理的风险减缓和管理措施。本研究后期有必要对高风险农药进行高级阶段的测试，以便进一步明确化学药剂对东亚小花蝽的影响。