10%噁唑酰草胺乳油对3种水生生物的急性毒性和风险评价

林 涛, 曾兆华, 朱珍珍, 林 莹, 徐燕萍, 夏金梅, 魏 辉, 游 泳

(福建省农业科学院植物保护研究所，福建 福州 350013)

噁唑酰草胺(metamifop)是由韩国Dongbu Han-nong化学公司开发的一种芳氧苯氧丙酸酯类除草剂，主要喷施于苗后移栽和直播的水稻田，可有效抑制多数一年生禾本科杂草生长，且对水稻安全[1].噁唑酰草胺主要通过抑制杂草乙酰辅酶A羧化酶的活性，阻断脂肪酸合成，破坏细胞膜结构，增强渗透性，最终导致杂草死亡[2].有报道表明，噁唑酰草胺在稻田水中的残留期为11.4～53.3 d，土壤中为10.0～33.5 d，且在土壤中会残留其代谢产物HPFMPA和6-CBO[3-4].农药在环境中的残留量和环境生物对农药的敏感性决定农药的环境风险性.残留在土壤中的农药还可能通过降雨、径流和灌溉水等途径进入水体环境，从而威胁水生生物的安全.目前，有关噁唑酰草胺对环境风险评估方面的报道较少，已有的研究主要集中在残留、药效等方面[3-5]；噁唑酰草胺对水体生态环境的风险性尚不明确.

藻类、溞类和鱼类分属于3个不同的营养层级，是水生生态系统的重要组成部分；同时，它们是目前水生态毒理学研究的主要试验生物类群，被广泛用于水生生物安全的评价[6].生态风险评估是采用相关技术评估化学农药对生态环境的风险性，是在效应分析的基础上全面考虑现实生态系统的相关因素，包括气候和土壤条件、食物链关系、群落代谢、结构的替换和移位等.风险商值(risk quotient, RQ)法是比较常用的一种生态风险评估方法，是将化学农药在环境中的残留量与毒理学终点(endpoint)指标相关联，并加入保险系数，体现化学农药在生态环境中的危害效应[7].本研究在测试噁唑酰草胺对藻类、溞类和鱼类急性毒性的基础上，利用一般估计暴露浓度(generic estimated exposure concentration, GENEEC)模型预测噁唑酰草胺在环境中的暴露浓度，再运用RQ法评估其对藻类、溞类和鱼类的风险性，以期为噁唑酰草胺的环境安全性评价及合理使用提供依据.

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试农药 10%噁唑酰草胺乳油,购自江苏省苏州福美实植物保护剂有限公司.

1.1.2 供试生物 大型溞(Daphniamagna)由中国科学院水生生物研究所提供，在本实验室内采用ISO标准稀释水[8]培养，孤雌繁殖3代以上.ISO标准稀释水pH值为7.0～9.0，溶解氧浓度在6.0 mg·L-1以上，水质硬度(以CaCO3含量计)为180～220 mg·L-1.培养水温控制在(20±2) ℃，自然光照，每7 d换水3次，每24 h喂食斜生栅藻液(Desmodesmussubspicatus)5～10 mL.试验用溞为同一母体孤雌繁殖3代以上、出生24 h内的非头胎健康溞.

斜生栅藻由中国科学院水生生物研究所淡水藻种库提供，藻种品系为FHBAC-417.斜生栅藻在无菌条件下被接种到装有水生4号培养基的锥形瓶中，每96 h接种一次，反复接种2～3次,使斜生栅藻处于同步生长阶段，以此作为试验用藻.试验温度为(22±2) ℃，光暗比为24 h∶0 h，光照度为4 440～8 880 lx.

斑马鱼(Brachydoniorerio)购自福州海洋之星水族馆，单头体长(2.0±1.0) cm，体重0.20～0.40 g.试验前在实验室驯养7 d以上，饲养用水为经存放并曝气去氯处理24 h以上的自来水，水硬度(以CaCO3含量计)为10～250 mg·L-1，pH值为6.0～8.5，溶解氧浓度不低于空气饱和值的60%，水温21～25 ℃，预养期间死亡率不超过5%.试验用鱼健康无病、大小一致，预养期间每24 h喂食人工饲料1～2次，每日光照12～16 h，试验前24 h停止喂食，试验期间不喂食.

1.2 方法

1.2.1 10%噁唑酰草胺乳油对大型溞的急性毒性试验 依据文献[8]，用ISO标准稀释水配制5个不同浓度的药液，分别量取50 mL药液到100 mL烧杯内，每个烧杯中投入5头幼溞，并设空白对照，重复4次.在24和48 h观察并记录大型溞的中毒症状及其活动受抑制数，轻晃试验烧杯，溞在15 s内不能游动视为活动受抑制.

1.2.2 10%噁唑酰草胺乳油对斜生栅藻的急性毒性试验 参照文献[9]，用水生4号培养基稀释液配制5个不同浓度的药液，分别量取50 mL药液于250 mL的三角锥形瓶中，再加入50 mL浓度为1.000×105个·mL-1的藻液，振荡混匀后放入人工气候培养箱中培养，每天定时人工摇动3次.每组浓度设3次重复，并设空白对照.在生物显微镜下用血球计数板准确计数0、24、48和72 h的藻细胞数，并观察其中毒症状.计数时，同一样品至少计数2次，如计数结果相差大于15%，应予以重复计数.采用生物量比较法分析和计算抑制率.

式中:Iy——处理组生物量增长的抑制率；Ye——空白对照组测定的藻细胞数/(个·mL-1)；Yt——处理组测定的藻细胞数/(个·mL-1).

1.2.3 10%噁唑酰草胺乳油对斑马鱼的急性毒性试验 采用“静态试验法”[10]进行试验.试验用水选用与饲养用水水质完全相同的曝气水，试验期间试验水温应控制在设定温度的±2 ℃以内.设置5个不同浓度的药液，每个鱼缸中含5 L药液.每组浓度均测试斑马鱼10头，重复3次，并设空白对照.在24、48、72和96 h观察并记录斑马鱼的中毒症状和死亡数，用玻璃棒轻触鱼尾部，不能运动即为死亡，并及时清除死鱼.

1.2.4 数据处理 采用SPSS 19.0软件中的Probit(概率单位法)对数据进行回归分析，然后分别计算噁唑酰草胺对大型溞、斜生栅藻、斑马鱼的半最大效应浓度(EC50)或致死中浓度(LC50)及其95%置信限.农药对鱼类、溞类和藻类的毒性等级划分见表1[8-10].

表1 农药对鱼类、溞类和藻类的毒性等级划分Table 1 Toxicity grade of pesticide to fish, water flea and algae

1.2.5 噁唑酰草胺对水生生物的风险评价 采用美国环境保护署(United States Environmental Protection Agency， USEPA)建立的RQ法[11]进行风险评价.通过低层次风险评价中较为简单且保守的GENEEC模型[12]预测，得到噁唑酰草胺施用后在稻田水中的环境暴露浓度(environmental exposure concentration, EEC).该模型的场景设定为10 hm2农田经历一场较大降雨后，农药流失至一个“标准农田池塘”中，该“池塘”面积为1 hm2，水深为2 m[13].运行时的参数见表2.其中，吸附系数(Koc)值由公式logKoc=0.623logKow+0.873[14]估算，参数值由农药厂家提供或通过文献[14-18]获取.

表2 GENEEC模型参数值Table 2 Parameter values for GENEEC

表3 水生生物LOCs与其对应风险等级及管理措施Table 3 LOCs and corresponding risk ranking and management options for aquatic organism

2 结果与分析

2.1 噁唑酰草胺对水生生物的急性毒性

10%噁唑酰草胺乳油对3种水生生物的急性毒性见表4.其对大型溞的EC50(48 h)为0.112 mg·L-1，对斜生栅藻的EC50(72 h)为1.698 mg·L-1，对斑马鱼的LC50(96 h)为0.432 mg·L-1.其中，斑马鱼72和96 h的LC50值高于24和48 h的LC50值，这是因为该农药对斑马鱼毒性大，致毒较快，在24和48 h时低浓度处理就已经出现大量的死亡，而在72和96 h时低浓度处理死亡数不变，高浓度处理后死亡数才增大.对照毒性等级划分标准(表1)，10%噁唑酰草胺乳油对斜生栅藻的毒性等级为中毒，对大型溞和斑马鱼的毒性等级都为高毒.染毒后3种生物均表现不同程度的中毒症状：大型溞表现为游动不积极、反应迟钝、附肢和触角摆动微弱等，斑马鱼表现为游动缓慢、侧游、侧卧缸底等，斜生栅藻出现细胞破碎现象.

2.2 噁唑酰草胺对水生生物的风险评价

由表5可以看出，噁唑酰草胺在池塘水体中有一定的残留量，且持续时间比较长；刚开始的残留值较大，随着时间的推移残留值逐步减小，噁唑酰草胺在水中的EEC峰值为0.867 93 mg·L-1，最小值为0.043 16 mg·L-1.在90 d的时间里噁唑酰草胺降解了95.03%，降解速度较快.以0 d的EEC值计算噁唑酰草胺对大型溞、斜生栅藻和斑马鱼的RQ，分别为7.749、0.511和2.009，三者均大于0.5，故噁唑酰草胺对大型溞、斜生栅藻、斑马鱼均存在急性高风险，且急性风险发生概率很高.

表4 10%噁唑酰草胺乳油对3种水生生物的急性毒性Table 4 Acute toxicity of 10% metamifop EC to 3 aquatic organisms

3 讨论

表5 运用GENEEC模型对噁唑酰草胺EEC的预测结果Table 5 Prediction on EEC of metamifop using GENEEC model

本研究结果表明，10%噁唑酰草胺乳油对大型溞、斜生栅藻和斑马鱼的毒性等级较高，尤其对大型溞和斑马鱼均为高毒,与IUPAC[18]的报道相符.已有研究表明，该类除草剂对水生生物都显示出较高的急性毒性[19-20].这可能是由于该类除草剂的作用靶标是普遍存在于植物叶绿体和动物肝脏中的乙酰辅酶A羧化酶.噁唑酰草胺可能是通过干扰藻类叶绿素的合成继而影响其光合作用，从而抑制藻类的生长[21-22]；而对于大型溞和斑马鱼，可能是通过抑制乙酰辅酶A羧化酶的合成进而干扰其内分泌作用，导致系统平衡失调，引起中毒甚至死亡，但具体的致毒机理还有待更深层次的研究[23].此外，较高的助剂含量也可能是引起该药剂对水生生物毒性较高的一个原因.乳油制剂一般是以有机溶剂作为分散介质，并添加相应的乳化剂等助剂，使原药溶解分散而制成[24].本研究中噁唑酰草胺乳油的有效成分只有10%，在其制作上可能加入了较大比例的有机溶剂作为助剂，该类有机溶剂本身具有毒性[25]，故加大了该药剂的毒性.

风险评估结果表明，10%噁唑酰草胺乳油对斜生栅藻、大型溞和斑马鱼都表现为急性高风险.噁唑酰草胺的正辛醇/水分配系数(Kow)较大，是一种疏水性有机物，其水溶性很低，疏水性很强，又有高亲脂性，所以极易吸附在环境中的土壤沉积物和水体悬浮颗粒中[26]，这可能导致噁唑酰草胺在环境中的较大残留量.通过GENEEC模型预测可知，其在池塘中暴露浓度的峰值较高，致使风险商值过大，风险性增加；同时，噁唑酰草胺的需氧代谢半衰期较长，有效成分在土壤中不能被快速降解，致使风险更大.因此，管理方面除限制噁唑酰草胺使用外还需采取进一步措施加大对施用该农药的监控.

噁唑酰草胺在环境中的暴露浓度仅通过GENEEC模型预测而来，且GENEEC模型是一种低层次较简单的风险评价模型，并不完全符合其实际暴露浓度.因此，有关噁唑酰草胺在自然环境中的实际浓度以及更高层次的风险评估还需深入研究.