嘧菌酯对典型农田周边水生生态风险评估

郑豪杰，孙健，张鲲，程涵智，刘沁雨，曹玲，尹晓辉,*

1. 浙江农林大学现代农学院，浙江省农产品品质改良技术研究重点实验室，杭州 311300 2. 无规定马属动物疫病区管理中心，杭州 311500 3. 丽水职业技术学院，丽水 323000

嘧菌酯（azoxystrobin）最早由先正达公司1996年登记注册，通过阻断细胞色素b和c1之间的电子传递抑制病原菌能量合成，对多种致病真菌均有很高的杀菌活性，广泛用于蔬菜、谷物和果树等真菌病害防治[1-3]。上市以来发展迅猛，2014年嘧菌酯销售额居杀菌剂榜首，并且还是水稻田使用量最大的杀菌剂[4-5]。目前，国内多家农药公司生产和推广其单剂和复配产品[6-7]。目前中国市场上嘧菌酯单剂共208种，包括悬浮剂、水分散粒剂、悬浮种衣剂、颗粒剂、可湿性粉剂、微囊悬浮剂和超低容量液剂7种剂型，其中悬浮剂和水分散粒剂占比最大，分别为70.67%和24.04%。

随着嘧菌酯的广泛使用和推广，其在多个国家的地下或地表水中被频繁检出[8-12]。研究发现，在澳大利亚东南部Yarra园艺集水区水样中检出嘧菌酯频率为4%，最大检出量为0.03 μg·L-1[13]；在美国内布拉斯加州中南部雨水盆地水样中嘧菌酯的最大检出量为2.47 μg·L-1，检出频率为38.0%[14]。除此之外，在生物体内嘧菌酯也被频繁检出，如在美国加利福尼亚圣玛丽亚河流鱼类和沙蟹中嘧菌酯的检出率均为100%[15]。由此可见，嘧菌酯在水环境中的残留量较高。现有报道显示，甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂对蜜蜂、鸟类和哺乳动物等相对安全[16]，对水生生物如藻类、无脊椎动物和水生脊椎动物等均表现出不同程度的毒性作用[17-18]。有研究表明，嘧菌酯可抑制绿狐尾藻的抗氧化酶活性，造成脂质过氧化损伤和DNA损伤；对三角褐指藻毒性较高，并破坏该藻的细胞结构，随着暴露时间的延长，由氧化应激转变为作用于光系统[19-22]。有研究表明，80%嘧菌酯水分散粒剂对大型溞高毒，对斑马鱼中毒，有一定的致畸作用，并且随着嘧菌酯剂量的增加影响斑马鱼幼鱼的抗氧化酶酶活性等[23-25]。

中国的农药生态环境风险评估起步较晚，但随着2017年新的《农药管理条例》出台，中国农药环境风险评估已经进入新的发展阶段[26]。目前已制定环境风险评估试验方法标准37项、风险评估程序标准8项，初步建立了Top-Rice和China-Psem等农药暴露量预测模型，基本满足了农药登记环境风险评估工作需要，并自2013年起在农药登记环境资料评审过程中，针对“三新一增”情况已全面实施了环境风险评估[26]。目前，风险评估已写入新的《农药登记资料要求》。鉴于目前杀菌剂嘧菌酯使用量大、残留量高且对水生生物毒性高，开展嘧菌酯对中国农田周边水生生态风险评估具有重要意义。本研究利用Top-Rice和China-Psem模型进行暴露分析，对中国4种主要农作物上登记使用的嘧菌酯单剂进行水生生态风险评估。以期明确目前存在潜在水生生态风险的嘧菌酯产品，并为其安全和合理应用提供科学的风险管理依据。

1 研究方法（Research methods）

1.1 生物富集风险

根据准则[27]，生物富集因子（bioconcentration factors, BCF）>1 000，且14 d清除阶段清除率<95%时，生物富集风险不可接受；反之生物富集风险可接受。logBCF=0.761×logKow-0.23（Kow为辛醇/水分配系数）[28]。

1.2 暴露分析

1.2.1 中国4种农作物上登记的嘧菌酯单剂品种

通过查询和整理出截至2021年5月中国在4种农作物上登记的嘧菌酯单剂[29]，根据各产品推荐使用方法，得出不同剂型使用量范围，然后带入模型进行暴露分析，具体分组如表1～表4所示。

表1 不同剂型嘧菌酯在水稻田模拟施用量及分组Table 1 Simulation dosage and grouping of different formulations of azoxystrobin used on rice （kg·hm-2）

表2 不同剂型嘧菌酯在小麦模拟施用量及分组Table 2 Simulation dosage and grouping of different formulations of azoxystrobin used on wheat （kg·hm-2）

表3 不同剂型嘧菌酯在柑橘模拟施用量及分组Table 3 Simulation dosage and grouping of different formulations of azoxystrobin used on citrus （kg·hm-2）

表4 不同剂型嘧菌酯在马铃薯模拟施用量及分组Table 4 Simulation dosage and grouping of different formulations of azoxystrobin used on potato （kg·hm-2）

1.2.2 暴露模型

目前中国已初步建立起水生生态农药预测的3个暴露模型，其中Top-Rice模型应用较为成熟，可用于中国南方地下水和地表水中国场景中，预测农药通过地表漫溢径流进入天然池塘及淋溶至地下水后水体中农药暴露的浓度[30]。模型构建了代表中国南方水稻生产现状的连平和南昌2个标准暴露场景，现已广泛应用于中国农药登记前的生态风险评估[31]。

2019年，农业农村部农药检定所发布试用农药旱田地表水环境暴露模型（China-Psem模型），来预测农药应用到旱田后在地表水体中的浓度。模型共构建了10个场景点[32]。目前China-Psem模型处于公开征求意见阶段，该模型的发布是中国农药风险评估体系的又一重要进展。

1.2.3 模型输入参数及取值

依据“中国农药信息网”[29]中各产品推荐使用方法确定模型模拟施用时间及施用量。农药环境风险评估涉及的数据主要有农药理化性质、环境行为及生态毒性数据等，相关数据主要来源北美农药行动网数据库（Pesticide Action Network, PAN）[33]、农药属性数据库（Pesticide Properties Database, PPDB）[34]、美国环境保护局生态毒性数据库（Ecotox Knowledgebase）[35]、欧盟食品安全局（European Food Safety Authority, EFSA）报告[36]等数据库，对于上述数据库中缺失的数据可通过相关文献的检索进行数据的补充。

1.3 效应分析

通过分析各种生物的生态毒理学毒性终点值及相对应的不确定性因子，计算预测无效应浓度（predicted no effect concentration, PNEC）[27]。PNEC值计算公式如下：PNEC=EnP/UF

式中：PNEC为预测无效应浓度（μg·L-1）；EnP（endpoint）为试验终点（μg·L-1）；UF（uncertainty factor）为不确定因子。

1.4 风险表征

RQ值按下式计算[27]：RQ=PEC/PNEC

式中：RQ（risk quotient）为风险商值；PEC（predicted environmental concentration）为预测环境浓度（μg·L-1）；如果RQ>1，风险不可接受；RQ<1，风险可接受。

2 结果与分析（Results and analysis）

2.1 4种农作物上嘧菌酯的登记概况

截止2021年5月，中国在水稻上登记的嘧菌酯单剂共43种，分为4种剂型，其中悬浮剂、可湿性粉剂、水分散粒剂和超低容量液剂分别占74.42%、18.6%、4.65%和2.33%。在小麦上所登记的嘧菌酯单剂共5种，分为4种剂型，其中悬浮剂占比最大，为40%；水分散粒剂、可湿性粉剂和悬浮种衣剂均占20%。在马铃薯上所登记的嘧菌酯单剂共22种，分为3种剂型，其中悬浮剂、水分散粒剂和颗粒剂分别占77.27%、18.18%和4.55%。在柑橘上所登记的嘧菌酯单剂共10种，分为2种剂型，其中悬浮剂、水分散粒剂分别占80%、20%。

2.2 生物富集风险

经查询，嘧菌酯辛醇/水分配系数logKow=2.5[36]，根据1.1，得出其BCF=47.04，所以嘧菌酯生物富集风险可接受。

2.3 暴露分析

暴露分析结果如图1～图4所示。在水稻上不同剂型嘧菌酯的预测环境浓度分别为悬浮剂（12.03～198.42 μg·L-1）、水分散粒剂（24.36～300.04 μg·L-1）、可湿性粉剂（18.28～154.38 μg·L-1）和超低容量液剂（12.95～96.50 μg·L-1）。在小麦上不同剂型嘧菌酯的预测环境浓度分别为悬浮剂（0.03～31.33 μg·L-1）、水分散粒剂（0.03～21.29 μg·L-1）、可湿性粉剂（0.03～14.77 μg·L-1）和悬浮种衣剂（0.29～16.98 μg·L-1）。在柑橘上不同剂型嘧菌酯的预测环境浓度分别为悬浮剂（4.40～50.51 μg·L-1）、水分散粒剂（4.71～44.90 μg·L-1）。在马铃薯上不同剂型嘧菌酯的预测环境浓度分别为悬浮剂（0.44～1.52 μg·L-1）、水分散粒剂（0.46～14.64 μg·L-1）和颗粒剂（5.91～27.07 μg·L-1）。

2.4 效应分析

查询生态毒理学的标准化生物测定试验得出的有效毒性终点值（EnP），根据相对应不确定性因子（UF），计算PNEC值[27]。

2.5 风险表征

风险表征结果如图5～图8所示。基于Top-Rice模型和China-Psem模型对各模拟场景点不同施用量的4种作物进行风险评估，比较不同分组嘧菌酯风险商值。最高施用量（分组Ⅰ）和最低施用量（分组Ⅳ）分别为4个分组的极大值和极小值，通过评估这2组的急性（初级）、慢性（初级）和高级暴露风险，结果如图5～图8所示。

针对于不同分组，结果分析表明，嘧菌酯在不同时间场景的水稻上使用后，RQ>1的分组占总模拟组的82.81%；在小麦上使用后，RQ>1的分组占总模拟组的20.24%；在柑橘上使用后，RQ>1的分组占总模拟组的55.56%；在马铃薯上使用后，RQ>1的分组占总模拟组的28.47%。根据准则[27]及实践得出，当60%时间-场景点的RQ<1，同时其余40%时间-场景点的RQ<10时，认为可接受其对水生生态系统的风险。本研究显示，在水稻、小麦、柑橘和马铃薯上分别有17.19%、79.76%、44.44%和71.53%风险可接受，因此嘧菌酯在水稻和柑橘上使用后，RQ>1超过60%，对水生生态系统存在较大风险。

图1 嘧菌酯在水稻上使用输出结果注：PEC表示预测环境浓度；SC表示悬浮剂；WDG表示水分散粒剂；WP表示可湿性粉剂；UL表示超低容量液剂。Fig. 1 The output results of azoxystrobin used on riceNote: PEC means predicted environmental concentration; SC means suspension agent; WDG means water dispersible granule; WP means wettable powder; UL means ultra-low volume liquid.

图2 嘧菌酯在小麦上使用输出结果注：FS表示悬浮种衣剂。Fig. 2 The output results of azoxystrobin used on wheatNote: FS means flowable concentrate for seed coating.

图3 嘧菌酯在柑橘上使用输出结果Fig. 3 The output results of azoxystrobin used on citrus

图4 嘧菌酯在马铃薯上使用输出结果注：GR表示颗粒剂。Fig. 4 The output results of azoxystrobin used on potatoNote: GR means granules.

3 讨论（Discussion）

利用Top-Rice模型和China-Psem模型对中国已有登记的嘧菌酯单剂进行暴露分析，风险表征结果显示嘧菌酯在2个场景的不同季节栽培的水稻上施用后，无脊椎动物和脊椎动物（急性风险）风险组数分别占总模拟组的93.75%和100%；初级生产者（慢性风险）风险组数占总模拟组的93.75%；高级风险评估结果显示不同剂型嘧菌酯对水生微宇宙风险组数占总模拟组的81.25%。针对不同分组，高级风险评估显示风险组数占总模拟组数的82.81%。其中水分散粒剂、可湿性粉剂、超低容量液剂和悬浮剂风险组数分别占总风险组数的27.67%、25.79%、23.9%和22.64%。经高级风险评估，在分组Ⅳ下，悬浮剂、超低容量液剂（早稻南昌场景）以及悬浮剂、可湿性粉剂、超低容量液剂（分组Ⅳ晚稻-连平场景）风险均可接受。张国祥等[37-38]运用Med-Rice Spreadsheet模型模拟发现施用在稻田上的嘧菌酯对鲫鱼、日本沼虾和中华绒螯蟹均为低风险，同时通过“稻田-鱼塘”模拟系统也得出嘧菌酯对3种水生生物均为低风险。毛连纲等[39]基于Top-Rice模型对4%嘧菌酯·噻呋酰胺展膜油剂中的嘧菌酯进行风险评估，初级风险评估表明对无脊椎动物急性和慢性风险均不可接受；高级风险评估表明分蘖期施药对无脊椎动物的风险也不可接受，这与本研究结果相类似。

图5 嘧菌酯在水稻上使用风险商值Fig. 5 The risk quotient of azoxystrobin uesd on rice

图6 嘧菌酯在小麦上使用风险商值Fig. 6 The risk quotient of azoxystrobin uesd on wheat

图7 嘧菌酯在柑橘上使用风险商值Fig. 7 The risk quotient of azoxystrobin uesd on citrus

图8 嘧菌酯在马铃薯上使用风险商值Fig. 8 The risk quotient of azoxystrobin uesd on potato

当嘧菌酯施用在小麦上，其对脊椎动物和无脊椎动物的初级急性风险评估显示，风险组数分别占总模拟组的12.5%、51.79%；初级慢性风险评估显示，对初级生产者风险组数占总模拟组的16.07%；高级风险评估结果表明不同剂型嘧菌酯对水生微宇宙风险组数占总模拟组的21.43%，风险不可接受，这与欧盟对嘧菌酯的水生生态风险评估报告中的一致[36]。针对于不同分组，风险表征结果显示，风险组数占总模拟组的20.24%。其中悬浮种衣剂风险相对较高，其风险组数总风险组数的41.8%，经高级风险评估，除在南昌、商丘和乌鲁木齐3种场景外，其余所有模拟场景风险均可接受。而悬浮剂风险组数占总风险组数的30.88%，除分组I南昌、商丘、潍坊和乌鲁木齐4种场景外，经高级风险评估其余所有模拟场景均可接受。可湿性粉剂、水分散粒剂风险相对较低，除分组Ⅰ商丘模拟组外，经高级风险评估，2种剂型在小麦上使用后对水生生态系统风险均可接受。而悬浮剂在分组Ⅳ（使用1次）下，经高级风险评估，风险可以接受。根据模拟结果，嘧菌酯对无脊椎动物风险较高，经慢性风险评估，无脊椎动物风险组占总风险组的19.64%。在欧盟报告中也指出嘧菌酯在小麦上使用后对水生生物存在一定风险，特别是对无脊椎动物的风险[40]。

通过分析嘧菌酯在柑橘上的使用，其对脊椎动物和无脊椎动物的初级急性风险表明，风险组数分别占总模拟组的50%、100%；相对初级慢性风险，初级生产者风险组数占总模拟组的50%；而高级风险评估结果表明不同剂型嘧菌酯对水生微宇宙风险组数占总模拟组的50%。风险表征结果显示，对于不同分组，风险组数占总模拟组的55.56%。悬浮剂、水分散粒剂风险组数均占总风险组数的50%。在分组Ⅳ（使用1次）下，2种剂型在所有模拟场景中，RQ值>1的分组只有无脊椎动物风险组（急性风险），而初级慢性风险及高级风险评估结果显示2种剂型在柑橘上使用后对水生生态系统风险可以接受。

如果按照登记使用在马铃薯上，相对于初级急性风险，脊椎动物和无脊椎动物风险组数分别占总模拟组的37.5%、75%；相对于初级慢性风险，对初级生产者风险组数占总模拟组的37.5%；高级风险评估结果表明不同剂型嘧菌酯对水生微宇宙风险组数占总模拟组的56.25%。风险表征结果显示，对于不同分组，风险组数占总模拟组的28.47%。颗粒剂风险相对较高，风险组数占总风险组数的80%，经高级风险评估，只有在分组Ⅳ（使用1次）连平场景可接受，这可能与颗粒剂使用量较高有关。水分散粒剂，占20%，其中除分组Ⅰ（使用3次）连平和乌鲁木齐场景外，经高级风险评估，水分散粒剂在其余所有场景风险均可接受。悬浮剂模拟组数RQ值均<1，表明对农田周边水生生态系统的风险可以接受。

模型模拟结果显示，嘧菌酯在4种作物上使用后可能对水生生态存在风险，但在评估时也存在以下几点不确定因素：（1） Top-Rice模型本身忽略了农药在土壤表面的光解作用；（2） 嘧菌酯理化性质参数取值较保守；（3） 各剂型施药量、施药时间、次数与具体某个剂型产品的实际施用量存在一定差异，故模型输出结果可能与实际有所差异。但目前嘧菌酯在多种作物上的实际使用为1次或超过1次，这势必会对水生生物群落造成威胁，建议管理部门加强对嘧菌酯登记使用后的监测和农田生态系统的评估，以保护南方农田水生生态系统的健康和安全。

截至2021年5月，中国在水稻上所登记的嘧菌酯单剂产品达43种，共4种剂型。其中悬浮剂、可湿性粉剂、水分散粒剂和超低容量液剂分别占74.42%、18.6%、4.65%和2.33%。在小麦上所登记的嘧菌酯单剂共5种，共4种剂型。其中悬浮剂占40%，水分散粒剂、可湿性粉剂和悬浮种衣剂均占20%。在马铃薯上所登记的嘧菌酯单剂共计22种，共3种剂型。其中悬浮剂、水分散粒剂和颗粒剂分别占77.27%、18.18%和4.55%。在柑橘上所登记的嘧菌酯单剂共10种，共2种剂型，其中悬浮剂、水分散粒剂占80%、20%。嘧菌酯BCF=47.04（<1 000），其生物富集风险可接受。

模型预测结果显示嘧菌酯在水稻、小麦、柑橘和马铃薯上施用后，其预测环境浓度范围分别为12.03～300.04、0.03～31.33、4.40～50.51和0.44～27.07 μg·L-1。

经高级风险评估，嘧菌酯悬浮剂在小麦、柑橘和马铃薯上分别使用1次、1次和3次后，对水生生物的风险可接受；嘧菌酯水分散粒剂在小麦、柑橘和马铃薯上均使用1次后，对水生生物风险可接受；嘧菌酯可湿性粉剂在水稻（晚稻连平场景）和小麦上使用1次后，对水生生物风险可接受；其余剂型（包括悬浮剂、可湿性粉剂和颗粒剂等）使用在4种作物上，尤其是水稻上，即使在使用1次的情况下，风险也不可完全接受。由此可见，一些嘧菌酯产品对水生生态系统存在不同程度的风险，尤其是对农田水生生态系统中的水生生物群落存在较大威胁，在未来农药的登记和再评价中应予以特别关注。