稻田改桑园中氯虫苯甲酰胺农药土壤残留情况调查及对策

王军文 张建华 胡丽春 王 谢 杜贤明 胡桂萍 姜桂华 李丽梅

(1江西省蚕桑茶叶研究所，江西省经济作物研究所，江西南昌 330202； 2四川省农业科学院土壤肥料研究所，四川成都 610066)

农业生产用药引起的家蚕中毒风险一直是蚕桑产业面临的巨大挑战。对于家蚕中毒诱因的研究报道，过去主要集中在桑树病虫防治直接用药、非桑园治虫农药漂移及家蚕饲养小环境染毒等方面[1-2]，而对于土壤中残留农药造成的家蚕中毒研究鲜有报道，这可能是因为长久以来在生产实践中尚未遇到通过土壤残留而持续导致家蚕中毒的典型农药。近几年来，随着农药创制科技的创新与发展，一些作用机理新颖、对哺乳动物毒性低、生态环保型的杀虫剂不断研发成功并推出使用，虽然粮食等农作物有了安全保障，但是蚕桑产业却增加了新的风险，如江西省永新县、修水县、德安县、东乡区等蚕区在蚕桑恢复性发展的过程中于2015年、2017年、2018年先后发生了稻田改桑园因前茬防虫所用农药——氯虫苯甲酰胺(商品名为康宽)在土壤中残留而多年持续引起家蚕大面积中毒导致蚕茧颗粒无收的惨痛事件。目前桑园土壤带毒(氯虫苯甲酰胺等双酰胺类杀虫剂)与否，已成为江西省发展蚕桑产业尤其是涉及稻田改桑园时最纠心且必须关注的问题。

2019年，江西省永新县县委县政府把蚕桑产业列为永新县巩固脱贫成果和乡村振兴的产业，并将按现代蚕业发展模式予以培植发展，首批启动了400 hm2蚕桑产业恢复性发展规划，其中涉及流转一些稻田改桑园的情况。鉴于前期永新县内已发生过稻田改桑园导致多年持续家蚕中毒的事件，为防范类似事件重演，永新县各级政府及相关职能部门高度重视，严谨规范施策，向国家蚕桑产业技术体系首席科学家办公室请求稻田改桑园的风险评估支持。2019年8—9月，国家蚕桑产业技术体系启动应急任务，委派土肥水管理岗位科学家、四川省农业科学院土壤肥料研究所张建华研究员及其团队和九江综合试验站相关人员，深入永新县对稻田发展蚕桑产业的风险开展调查与评估工作。现将风险调查和评估情况整理如下，以期为防范氯虫苯甲酰胺等新型双酰胺类农药土壤残留而引起的家蚕中毒事件在国内其它省市地区重演，减少蚕农损失，维护地区社会、经济和生态的稳定提供借鉴。

1 永新县稻田改桑园导致家蚕氯虫苯甲酰胺中毒的情况

据我们调查，江西省出现最早的因稻田改桑园导致持续家蚕中毒的案例是永新县蚕桑种养大户返乡创业青年夏海，该青年于2014年秋冬季在沙市镇塘边村流转80.00 hm2土地建立蚕桑生产园，其中53.34 hm2桑园为水稻田改建，自2015年秋开始采叶养蚕，直至2017年底，陆续养蚕22批次，发现只要是采用稻田改桑园桑叶的批次，家蚕就发生程度(或症状)不同的中毒情况，重的在生长过程中吐胃液而死，轻的在老熟后大面积不结茧而致颗粒无收，而同样的蚕品种、同样的饲养环境与条件，采用非稻田改桑园桑叶的批次，家蚕生长发育正常，蚕茧产质量与永新县内老养蚕户相比无明显差异。这一选择性的中毒现象，引起了江西省蚕桑茶叶研究所科技人员对桑园前茬所用农药残留的高度关注，通过对致毒桑园土壤和对应田块上的桑叶取样检测农药残留(对近几年农业常用药进行海检)，并对检出的数据进行排查分析发现，在土壤和桑叶中均检出新型农药氯虫苯甲酰胺，为进一步证实家蚕中毒是否确由氯虫苯甲酰胺引起，胡丽春等[3]在实验室进行了用氯虫苯甲酰胺(康宽)农药添食家蚕的试验，结合家蚕中毒症状比较，最终确认家蚕中毒是氯虫苯甲酰胺所致，而桑园土壤残留的氯虫苯甲酰胺恰是来自桑园前茬水稻防治虫害时施用的农药。

另外，本次调查我们还发现，在2017—2018年，九江市修水县、九江市德安县、抚州市东乡区等多个蚕区新近建立的桑园(主要是稻田改建而来)也相继发生了大面积老熟蚕不结茧事件，经过对其桑园土壤与桑叶取样进行的农药残留检测，均发现了氯虫苯甲酰胺。因此，当前和今后发展蚕桑产业尤其是稻田改桑园，必须警惕土壤农药残留风险，需预先做好桑园土壤安全的应用基础调研。

2 氯虫苯甲酰胺的杀虫机制和理化性能

2.1 杀虫机制

氯虫苯甲酰胺(chlorantraniliprole)是美国杜邦公司于2000年开发、2007年正式投放市场的一种新型邻甲酰胺基苯甲酰胺类(anthranic diamidcs ADAs)低毒、高抗杀虫剂[4]，20%氯虫苯甲酰胺悬浮剂的中国商品名为“康宽”。氯虫苯甲酰胺具有强胃毒和触杀作用，兼有一定的拒食作用[4]，杀虫机制主要是作用于昆虫的鱼尼丁受体(yanodinc receptor，RyR)，使其过度释放平滑肌和横纹肌细胞内储存的钙离子，引起昆虫肌肉调节功能衰弱、麻痹、无法正常进食而最终导致死亡[4]。由于氯虫苯甲酰胺只选择性地作用于昆虫的RyR，对于哺乳动物的RyR适配性不高；因此，氯虫苯甲酰胺作为以鱼尼丁受体为靶标的杀虫剂，对害虫尤其是对各种鳞翅目害虫高效而对哺乳动物安全[4]。家蚕是人类的益虫，也是鳞翅目昆虫中的一种，氯虫苯甲酰胺对家蚕具有极大的危害性。

氯虫苯甲酰胺属双酰胺类杀虫剂，必须警惕的是，双酰胺类农药目前已上市的除了氯虫苯甲酰胺外，主要还有氟苯虫酰胺(2007年)、溴氰虫酰胺(2012年)、四氯虫酰胺(2014年)、环溴虫酰胺(2017年)等；正在研发的产品有拜耳公司的tetraniliprole以及巴斯夫公司和三井化学公司共同开发的broflanilide等[5]。这些“双酰胺类”化合物的主要作用机理都是作用于鱼尼丁受体，然而由于化学结构上的变化，这类产品并不完全拘囿于鱼尼丁受体作用剂，如氟苯虫酰胺、氯虫苯甲酰胺、溴氰虫酰胺、四氯虫酰胺均为鱼尼丁受体作用剂，而环溴虫酰胺就作用于鱼尼丁受体变构体，broflanilide的作用机理更是明显不同，它是γ-氨基丁酸(GABA)门控氯离子通道别构调节剂；因此，双酰胺类杀虫剂多样性地构建了不同的防治谱和抗性治理领域，丰富了它们的靶标市场[5]。之后，中国市场上又陆续推出了氟苯虫酰胺和氯虫苯甲酰胺与阿维菌素类、菊酯类、沙蚕毒素类、新烟碱类杀虫剂的复配衍生产品，使双酰胺类杀虫剂系列产品更加丰富[6]，对于蚕桑产业，它们同样具有极大的危害性，但其对蚕桑产业的危害表现到底有哪些个性化差异，还有待研究揭示。

2.2 理化特性

氯虫苯甲酰胺在中性或弱酸性缓冲介质中稳定，对光和碱敏感，在紫外灯照射或碱性条件下易发生降解[7-8]，水溶性很低，不易挥发，在土壤中移动性较弱[9]，施入田地后会迅速从水中析出并富集于土壤中，且在土壤中持久性较强，降解速度缓慢[4]。隋晓斐等[10]通过测定初始质量分数为30 mg/kg的氯虫苯甲酰胺在土壤中的降解趋势时发现，氯虫苯甲酰胺在室内土壤中的半衰期为578.0 d。王廷廷等[11]研究表明，氯虫苯甲酰胺在不同类型的土壤中降解速率不同，黑土、黄土、紫色土、红壤、潮土的半衰期分别为115.5 d、133.3 d、144.4 d、154.0 d、169.1 d。氯虫苯甲酰胺在植株上具有良好的渗透性、吸收传导性，施用到作物上后，可以很快地被植株吸收，在植株内可以自下向上传导至作物各个部位，达到全面防治害虫的目的[4]。桑树是多年生植物，具有强大的根系及吸收传导力，而家蚕恰是以桑叶为唯一优质饲料的经济昆虫；因此，小心氯虫苯甲酰胺通过潜藏在桑叶的天然“制造厂”——桑树体内而危害家蚕显得非常重要。

3 氯虫苯甲酰胺的田间使用及对家蚕的毒性

3.1 在田间的应用广泛

氯虫苯甲酰胺于2007年在中国获临时登记，用于防治稻纵卷叶螟、二化螟、三化螟等水稻害虫，2008年在蔬菜上登记使用[4]。作为一种对各种鳞翅目害虫特效的杀虫剂，适当长的持效期(15 d左右)不但使药剂施用次数减少、节约人工成本，与传统杀虫剂相比，使用量也大大减少(通常有效成份用量是25.0～75.0 g/hm2)[12-13]；同时，氯虫苯甲酰胺还无交互抗性，对鱼、虾、蟹、蜜蜂等非靶标生物安全[4]，在市场上推出以来，获得了广泛的认可与赞誉，曾作为甲胺磷等高毒农药的替代品而被广泛应用于农业生产[14]。

经走访江西省植保植检局相关人员后知悉，江西省2007年开始推广使用氯虫苯甲酰胺农药，至2012年达到使用高峰，全省所有的市县都有使用，主要用于水稻防虫，2017年后因专利保护和价格上涨等原因，在江西省的销量有所减少。田间用药量与当地水稻种植方式、虫害发生量和发生时期有关，植保部门的指导用药量通常是每667 m2土地2.0～4.0 g有效成份，即浓度为20%的商品药每667 m2的初期用量为10 mL，后因抗性原因增加到20 mL。另据永新县相关农技管理人员、农资经销商与种粮户反应，永新县100%的种粮大户和95%以上的小散种粮户都用过该农药，其中，种粮大户以药拌种为主，有的单位面积用药量大大高于指导用药量，而小散种粮户以喷施为主，用药量相对较小，但还是高于指导用药量。

3.2 施药后的土壤残留明显

据江西省植保植检局相关人员介绍，鉴于氯虫苯甲酰胺在土壤中的富集性和降解缓慢等特性，2016年和2018年农业农村部等国家相关部委组织产粮大省对该药剂土壤残留问题进行过2次抽样检测。江西省第1次抽样49个，检出14个，其中检出数值最高的为120.0 μg/L；第2次抽样30个，检出16个，其中检出数值最高的为240.0 μg/L(检测方法的检测限值为0.9 μg/L)。比较2次抽样检测结果不难发现，随着稻田生产用药的不断进行，土壤药量在不断累积，土壤残留明显。

3.3 土壤氯虫苯甲酰胺残留在桑树上的吸收传导性强

氯虫苯甲酰胺在土壤中的持效性特别长，在桑树上的吸收传导性也特别强。陈伟国等[15]于2008年用氯虫苯甲酰胺药液根灌盆栽桑和田间喷叶处理，观察内吸传导对家蚕的食下毒性，得出1.25×10-4mg/L稀释药液表现极强的根部、叶部和全株性内吸传导特性，且1.25×10-4mg/L稀释药液田间喷雾桑叶，间隔60 d后采叶饲喂3龄和5龄家蚕的死亡率均为100%。江西省蚕桑茶叶研究于2017年8月，将永新县种养大户夏海户流转的稻田改桑园分3大块取样(土壤与桑叶同时取样)送江西省出入境检验检疫局检验检疫综合技术中心检测，检出桑园土壤的氯虫苯甲酰胺质量分数分别为5.6 μg/kg、3.2 μg/kg、1.1 μg/kg，对应桑叶的氯虫苯甲酰胺质量分数分别是4.3 μg/kg、1.2 μg/kg、未检出(当前检测仪器检出限值是1.0 μg/kg，低于此值检不出)。这组检出数值，一方面表明了终止施用氯虫苯甲酰胺的土壤，经过4年(从2014年9月前后晚稻治虫结束至2018年8月)后，残留虽有大量降解(残留量明显低于江西省植保植检局提供的数值)，但并没有彻底消解；另一方面也进一步证实，氯虫苯甲酰胺在土壤中的持效性特别长、在桑树上的吸收传导性特别强，即便是桑园土壤中只有1.1 μg/kg极微量的残留，也能通过桑树吸收传导到桑叶而引起家蚕中毒(不结茧)。由此可见，利用施用过氯虫苯甲酰胺农药的稻田栽桑养蚕，家蚕中毒的隐患极大。

3.4 氯虫苯甲酰胺对家蚕的毒性极强

家蚕是经过人工驯化的鳞翅目昆虫，作为氯虫苯甲酰胺的靶标对象之一，它对氯虫苯甲酰胺农药到底有多敏感？陈伟国等[15]研究表明：氯虫苯甲酰胺对3龄起蚕的食下致死中浓度(LC50)为4.09×10-3mg/L，致死中量(LD50)为1.14×10-8mg/头。池艳艳等[16]在研究氯虫苯甲酰胺对家蚕的毒性和安全性评价时发现，氯虫苯甲酰胺对2龄家蚕的96 hLC50为2.32×10-3mg/kg(以药剂与桑叶的质量比作为LC50单位)，急性毒性为剧毒级。2016年，胡丽春等[3]在实验室将200 g/L氯虫苯甲酰胺悬浮剂稀释50万倍、100万倍、2 000万倍、1.5亿倍、4.0亿倍，然后分别进行家蚕添食(浸渍桑叶)试验，从4龄起蚕开始添食直至老熟上蔟，结果发现家蚕食下稀释2 000万倍及以下(≥0.050 0 μg/mL)药液浸渍的桑叶，表现急性中毒，仅1餐就大量吐黄色体液、拉稀湿状或连珠状粪便，24 h内100%中毒死亡；家蚕食下稀释1.5亿倍(0.006 7 μg/mL)药液浸渍的桑叶，表现慢性中毒，至5龄后期老熟前基本全部死亡，不能老熟上蔟；家蚕食下稀释4.0亿倍(0.002 5 μg/mL)药液浸渍的桑叶，表现微量中毒，可完成眠起与老熟等生长活动，但在上蔟24 h后不能吐丝结茧或只能结薄皮茧和鸟窝茧，老熟3 d后蚕体渐渐缩短而死。同时，将永新县种养大户夏海户由稻田改种的桑园按检出残留量的高、中、低3块分别采叶养蚕观察症状，结果发现家蚕食下检出值为4.3 μg/kg的桑叶1～2餐后便吐水死亡，食下检出值为1.2 μg/kg和“未检出”的桑叶，家蚕能正常生长发育直到老熟且个体间大小无明显差异，但老熟后不能正常吐丝结茧，这组研究数据充分反应了家蚕对氯虫苯甲酰胺农药极为敏感。

值得一提的是，到目前为止，能维护家蚕正常吐丝结茧的桑园土壤与桑叶中氯虫苯甲酰胺的残留量尚不明确。一是因为当前江西省的稻田改桑园土壤氯虫苯甲酰胺残留还未出现有降解到安全养蚕的范例；二是受当前检测技术所限，大多数检测机构对极微量氯虫苯甲酰胺残留(一般低于1.0 μg/kg)检测不出。所以，这也暗示了一旦土地中施用过氯虫苯甲酰胺农药，该土壤基本不能支持发展种桑养蚕。

4 快速、高效修复土壤氯虫苯甲酰胺污染的技术

关于土壤污染修复，我国制定了GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》[17]，这个标准主要是基于保障农产品质量安全的目的，污染土壤(场地)的修复一般也是以控制在这个标准内为目标。而双酰胺类的氯虫苯甲酰胺农药，本身对人畜的毒性低，在农业生产中按推荐剂量正确用药的情况下，土壤中的氯虫苯甲酰胺残留依靠自行降解，不需经人为的土壤修复处理，生产出的果蔬、稻谷等食用农产品的氯虫苯甲酰胺残留量就可控制在残留最高限量(MRL，由国家和国际组织对食品设定)值内，对人的身体安全与健康有保障。如王思威等[18]研究表明，按照氯虫苯甲酰胺有效成分42 g/hm2、63 g/hm2施用2次，最后1次施药距离收获的间隔期为14 d、21 d，氯虫苯甲酰胺在糙米中的残留量均小于0.01 mg/kg，在稻壳、植株和土壤中的残留量分别为<0.01、<0.01～0.01、<0.01～0.11 mg/kg，均低于食品法典委员会(Codex Alimentarius Commission，CAC)和日本规定的残留限量。陈国峰等[19]研究发现，以推荐剂量195.7 g/hm2和1.5倍推荐剂量293.6 g/hm2在大豆上分别喷施2次和3次200 g/L氯虫苯甲酰胺悬浮剂，距末次施药3 d时氯虫苯甲酰胺在毛豆中的最高残留量为0.923 mg/kg，在土壤中的最高残留量为0.757 mg/kg，均低于日本和澳大利亚规定的氯虫苯甲酰胺在毛豆中的最大残留限量(1 mg/kg)。也可能是因为在GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》[17]中没有把“氯虫苯甲酰胺”列为风险管控对象，有关土壤氯虫苯甲酰胺污染修复的研究报道也非常少见。家蚕作为一种具有经济价值的特殊昆虫，对土壤中氯虫苯甲酰胺的安全残留限值远远低于人类的安全残留限值，因此，对于蚕桑产业而言，修复土壤氯虫苯甲酰胺污染是急需解决的新课题。2018年李东阳[20]试图从被氯虫苯甲酰胺污染的土壤中筛选氯虫苯甲酰胺的降解微生物，初步分离到一株降解效果较好的假单胞菌属细菌菌株GW13，可通过共代谢方式降解氯虫苯甲酰胺，但该研究发现，当氯虫苯甲酰胺的起始质量浓度低于25 mg/L或高于600 mg/L时，菌株GW13的降解效率只有2.42%～6.31%，降解效率很低，对于蚕桑安全生产帮助不大。江西省蚕桑茶叶研究所科技人员根据氯虫苯甲酰胺在碱性条件下易发生降解的理化特性，于2018—2019年在九江市修水县、抚州市东乡区的蚕区尝试开展了带毒桑园土壤撒施生石灰、用一种瓜果蔬菜消毒剂(主要成份是大蒜素)灌溉土壤及喷洒树体等试验，经过2年的试验观察，撒生石灰、灌溉+喷洒瓜果蔬菜消毒剂对氯虫苯甲酰胺残留有一定的促进降解作用，家蚕食下经试验处理桑园的桑叶，老熟后能进蔟孔吐丝，但吐丝结茧的效果仍达不到生产要求，80%以上仍是薄皮茧或鸟窝茧(但比不处理的状况明显向好)，因此，到目前为止还没有找到能够高效修复桑园土壤氯虫苯甲酰胺残留的技术，还有待继续探索。

5 结论与建议

氯虫苯甲酰胺是以鱼尼丁受体为靶标的双酰胺类杀虫剂，因其对哺乳动物低毒、安全而对害虫尤其是对各种鳞翅目害虫高效而被广泛应用于农业生产中。当前市场上属双酰胺类的杀虫剂，除了氯虫苯甲酰胺及其复配药外，还有氟苯虫酰胺、溴氰虫酰胺、四氯虫酰胺、环溴虫酰胺等，它们都是昆虫特别是鳞翅目昆虫的高效毒药，但家蚕作为一种经济型鳞翅目昆虫，自然也是它们的靶标对象。因此，这类农药对蚕桑生产的安全隐患极大，建议严禁在蚕桑重点区域使用，更不能直接用于桑园及桑园周边作物虫害的防治。

氯虫苯甲酰胺及其复配药，一旦施入土壤中，极容易在土壤中沉积形成残留，且降解缓慢、持效长久，在不同的土壤环境下降解的半衰期均在115.5 d以上，稻田改桑园的氯虫苯甲酰胺残留在自然条件下经过4～5年都不能彻底降解。土壤中极微量(1.1 μg/kg左右)的氯虫苯甲酰胺残留，也能通过桑树吸收并传导给桑叶，最终致使家蚕中毒而颗粒无收。因此，呼吁蚕区新桑园发展，必须先做好土壤污染背景调查，重视植桑土壤的选择工作，原则上不能选择施用过氯虫苯甲酰胺等双酰胺类农药的土地栽桑养蚕。

目前尚未找到能够快速、高效修复桑园土壤氯虫苯甲酰胺残留的技术。为保障蚕桑产业持续良性发展，防患于未然，建议蚕桑界把修复土壤氯虫苯甲酰胺(包括未知的其它双酰胺类)农药残留(污染)作为一项新课题而予以重视和攻关。同时呼吁将氯虫苯甲酰胺等对家蚕特敏感的双酰胺类新型农药列入蚕桑产业用地安全的固定核查对象。