蔬菜中农药残留的变异性

王峰恩 王文博 李慧冬 邬元娟

摘要：为给我国膳食攝入量评估提供技术支持，完善符合我国国情的评估体系，有必要研究蔬菜田间样本中农药残留的变异性。田间试验在蔬菜基地大棚中展开，调查番茄、黄瓜、辣椒和芹菜独立个体上的农药残留情况，用统计学方法评价各种蔬菜中的农药残留水平，按照JMPR推荐的原则，用Harrell-Davis方法计算变异因子，并对评估计算过程进行验证与讨论。通过计算，得到公式v=3.2×C0.0628mean，可以表述变异因子与农药残留平均值的关系，并由此得到变异因子的计算值为3.11。该值反映了蔬菜中农药残留的实际风险，与国际默认值3基本一致，证明中国蔬菜中农药残留的变异性和国际上没有太大区别。

关键词：蔬菜;农药残留;风险评估;变异性

中图分类号：S481+.8文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）07-0130-06

农药在蔬菜生产过程中的过度使用，使得农药残留成为威胁人类健康、导致环境污染的重要因素。如今，很多国家严格监管农药的使用，设立残留监控项目以确保其残留不超过允许水平。然而农药使用准则的建立、最大残留限量（MRL）的设定以及国际贸易争端的处理仍然要依赖膳食摄入量评估[1]。农药残留的膳食摄入量评估分为慢性评估和急性评估[2]。过去的研究以慢性评估为主，评估的风险多在人类健康的可承受范围内。如今，有必要对一些化学合成农药进行急性评估[3，4]。美国是较早开展急性评估的国家[5，6]，并在1996年开发出膳食残留评估系统（DRES）。急性评估在国际层面的研究始于1997年变异因子概念的引入[7]。之所以在急性评估中引入变异因子，是因为样本个体间存在差异，某一单位个体的农药残留量可能远高于整株或整批次样本的平均值。变异因子的取值直接反映着急性评估风险的大小[8]，根据世界卫生组织（WHO）的规则[7]以及后来世界粮农组织（FAO）和WHO的修订[3]，定义其为第97.5百分位单位个体的农药残留值与平均值的比值。基于大量的实验数据，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）农作物保护咨询委员会推荐变异因子的参考值为3，并被FAO农药残留专家联席会议（JMPR）所采用[9]。近几年，关于蔬菜农药残留变异性研究的报道增多，如Prodhan等[10]得出希腊田间茄子上氯氰菊酯和溴氰菊酯的变异因子分别为2.54和2.51，而市场样本的变异因子为3.89;Masahiro等[11]得出日本卷心菜上啶虫脒与氯氰菊酯的变异因子分别为2.00和2.39，而葡萄上则分别为1.82和1.63。说明农药残留的变异性可能受作物种类、农药理化性质、种植方式[12，13]以及种植季节[14，15]等多种因素的影响。

中国要用仅占世界7%的耕地养活世界22%的人口，必须确保农产品的稳产、高产。如果减少使用30%农药，将会导致至少3.5亿中国人挨饿[16]。既然农药的使用在中国必不可少，那么研究其在蔬菜上的变异性，以降低人们的膳食摄入风险就变得十分必要。迄今为止，只有少量基于市场样本的变异性研究[17，18]，而对于田间样本的变异性研究与讨论尚未见报道。

本研究在济南市的蔬菜基地大棚中开展田间试验，对4种常见蔬菜（黄瓜、辣椒、番茄、芹菜）农药残留的变异性进行研究。参照Hamilton等[4]的方法，用统计学方法评价蔬菜中的农药残留水平，按照欧洲食品安全局（EFSA）[19]和JMPR[8]推荐的原则，用Harrell-Davis方法计算变异因子，并对评估计算过程进行验证与讨论。本研究所得变异因子更符合中国蔬菜的生产实际，可为中国膳食摄入量评估的进一步研究提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 田间试验

为了获得不同蔬菜单位个体上农药残留的数据信息，于2018年4—5月在济南遥墙蔬菜基地开展田间试验。试验在温室大棚中进行，30～35℃，无风，是中国典型的蔬菜生产模式。选用的4种蔬菜（芹菜、黄瓜、辣椒和番茄）均为在中国消费量大且农药残留检出率较高的品种[17]。不同蔬菜选自不同的采样点，每个点都有多于200单位的正常成熟个体。在喷施农药前，每个点提前采摘10～20单位个体作为空白对照。

根据蔬菜生产的实际需求，试验中使用了3种杀菌剂：75%百菌清可湿性粉剂（江苏龙灯化学有限公司生产），50%多菌灵可湿性粉剂（江苏蓝丰生物化工股份有限公司生产），50%腐霉利可湿性粉剂（日本住友化学株式会社生产，河北沧州中天化工有限责任公司分装），推荐剂量（有效成分）分别为1 350、750、375 g/hm2。3种农药按推荐剂量对水混匀后施药，施药过程使用相同型号喷雾器，约0.1 L/min匀速喷雾。

施药3天后，在不同采样区域的植株顶端、中部和底部随机均匀采摘样品，共采芹菜144株（60+60+24）、黄瓜155根（55+50+50）、辣椒174个（55+60+59）、番茄164个（50+59+55），称量芹菜单株重及黄瓜、辣椒、番茄单个重后，置于塑料密封袋中。将所有单株田间样品分别制备成实验室样品，每种蔬菜按单株重的1%混合作为混合样，于-24～-26℃冰柜中保存待测。

1.2 仪器和化学标准品

使用的主要仪器为：Heidolph Laborita 4000旋转蒸发仪;IKA T18 basic rapid匀浆机;Agilent 7890A气相色谱仪（GC），自带电子捕获检测器 （ECD）;DB-1701色谱柱 （30 m×0.25 mm×0.25μm）;Agilent 6890/HP 5973气质联用仪（GC/MSD）;DB-5MS色谱柱 （30 m×0.25 mm×0.25μm）;Waters 2996高效液相色谱仪（HPLC）;C18色谱柱 （4.6 mm×250 mm×5μm）。

使用的化学标准品为：1 000μg/mL的百菌清、腐霉利、多菌灵标准品（农业部环境质量检验测试中心提供）。

1.3 分析方法

百菌清的检测依据中国农业行业标准NY/T 761—2008进行，用乙腈提取，提取液经过滤、浓缩后，采用固相萃取柱分离、净化，淋洗液经浓缩后，进气相色谱仪GC/ECD检测，外标法定量。

腐霉利的检测依据中国出入境检验检疫行业标准SN/T 2230—2008进行，用丙酮/正己烷振荡提取，采用固相萃取柱净化，进气质联用仪GC/MSD检测，外标法定量。

多菌灵的检测依据中国国家标准GB/T 23380—2009进行，用甲醇提取，萃取液经固相萃取柱分离、净化，浓缩、定容后进高效液相色谱仪HPLC检测，外标法定量。

三种农药的定量限（LOQ）分别为0.01、0.03、0.07 mg/kg，添加回收率均在70%～110%，相对标准偏差（RSD）低于15%。

1.4 统计方法

使用Microsoft Excel进行数据统计和图表呈现，使用MATLAB进行数学计算，第97.5百分位的样品个体农药残留由二次插值法和WHO推荐的Harrell-Davis（H-D）方法分别集中，该方法包括玻耳兹曼分布定律和排列組合。

2 结果与分析

2.1 样品中的农药残留

共检测蔬菜样品个体637个，农药残留量小于LOQ的样品个数均不超过所检蔬菜总数的3%（表1），参照H-D方法一律按0参与统计计算[4]。

2.2 农药残留量超过第95、97.5、99百分位值的概率

为研究农药残留量的概率分布，本研究参照了H-D方法的计算模型和算法。以番茄中的百菌清为例，在164个样品个体中，至少有一个残留量超过第95、97.5和99百分位值的概率分别为0.93、0.96和0.81（表2）。

图1显示了164个番茄个体中百菌清残留极大值对超过第95、97.5、99百分位值概率的贡献度（贡献度=残留量×概率），显然，3种方法在极大值的贡献度上有相当大的重叠，同时又具有充分的分辨度。

2.3 变异因子的计算

使用第97.5百分位值进行计算分析。样品中农药残留量的第97.5百分位值与平均值均在表1中显示，其对数关系对应点见图2。所有对应点集中于方程y=1.0628x+1.1611（y为第97.5百分位值的对数，x为平均值的对数）。

该直线是12组数据的集合（R2=0.918），变换方程：

可得变异因子的计算公式为：

用公式（1）和变异因子定义法（第97.5百分位值与平均值的比值）[7]分别计算田间试验样品农药残留的变异因子，见表3。由公式和定义得出的变异因子平均值分别为3.11和3.29。

利用Hamilton等[4]的数据对该方法进行验证，结果见表4。由公式和定义得出的变异因子平均值分别为2.95和3.35。

3 讨论

低毒、高效、低残留的非禁用农药在中国被允许使用，对人类的膳食健康构成潜在风险。百菌清是一种常用的杀菌剂，用来控制白粉病、霜霉病、疫病等，根据最近的研究，济南市场抽样的检出率为19%（1 500个样品）[17]。多菌灵是一种高效内吸性杀菌剂，常用于芹菜、黄瓜、番茄、辣椒、韭菜、生菜、茄子、油菜等，虽毒性不强，但降解较慢，据报道，152个蔬菜样品中检出多菌灵（65.1%）[17]。腐霉利可有效防治蔬菜作物的灰霉病、菌核病，被广泛使用。为了降低膳食摄入风险，国家卫生和计划生育委员会和农业农村部于2014年颁布了最新的食品安全标准GB 2763—2014，完善了农药在食品中的最大残留限量。研究农药残留在蔬菜上的变异性则变得更加迫切。

根据mbrus[20]的研究，当数据中有超过20%未检出，则不能真实反映农药残留的变异性。处理过和未处理过的样品混在一起，也大大增加了变异性。因此，只有那些能良好溯源并准确定量的数据才能应用在变异因子的评估计算中。本研究的蔬菜样品均符合上述要求。

变异因子的取值影响着国家短期膳食参考摄入量的评估（NESTI），因此其准确性至关重要。变异因子的概念是用来描述同批次样品中高残留个体与局部残留、平均残留的关系[4]。评估计算时参照的百分位越高，评价所得的风险就越高，监管也越严格，人们的膳食也就越安全。然而，参照第99百分位值是极端评估方式，其结果远远高于实际风险。本试验中，我们以番茄为例，分析了164个番茄样品中至少有1个个体的农药残留值超过第95、97.5、99百分位值的概率，分别为0.93、0.96、0.81;超过第95、97.5百分位值的概率更稳定，同时参照第97.5百分位值的覆盖率最好。所以第97.5百分位值最适合用来计算变异因子，另外几组蔬菜与农药的数据也得到相同的结果，这也验证了FAO/WHO的方法推荐。

较早的研究认为农药性质、样品种类和施药方式不会影响变异因子的计算。但是也有人认为施药条件对农药的分布会产生重要影响，从而影响变异因子的计算，例如样品的个体差异、喷雾质量等[21]。本研究按照JMPR推荐的原则用H-D方法计算变异因子，得到不同蔬菜不同农药的对数关系对应点，未发现蔬菜或农药品种的差异对变异因子有重大影响。所有对应点的线性方程为y=1.0628x+1.1611 （R2=0.918），表明每个点对线性方程的影响有限，所以上述参数的不同对变异因子的影响十分有限。

通过计算，我们得到公式v=3.2×C0.0628mean，可以表征变异因子与农药残留平均值的关系，进行实际变异因子的计算。经计算，不同蔬菜上不同农药残留的变异因子平均值为3.11，明显小于中国市售蔬菜上的变异因子[17]，同时也小于定义法计算值的平均值3.29;用Hamilton等[4]的数据进行验证，由公式和定义得出的变异因子平均值分别为2.95和3.35，与本试验结果相似。相比较国际参考值3[22]，本研究所得计算值更符合中国蔬菜的生产实际。