氯化苦的生态毒理效应

曹坳程*，方文生，王秋霞，颜冬冬，李 园，欧阳灿彬，郭美霞

(中国农业科学院 植物保护研究所，北京 100193)

1 氯化苦的理化性质

氯化苦的化学名称是三氯硝基甲烷，是一种无色不可燃液体，具有催泪作用。熔点：-64 ℃，沸点：112.4 ℃(757 mmHg)，蒸气压：3.2 kPa(25 ℃)，Henry 常数 3.25×102Pa·m3/mol (25 ℃，计算值)。相对密度：1.655 8 (20 ℃)。溶解度：水 2.27(0 ℃)，1.62(25 ℃)(g/L)；溶于多数有机溶剂，如丙酮、苯、乙醇、甲醇、二硫化碳、乙醚、四氯化碳。氯化苦在酸性介质中稳定，在碱性介质中不稳定。

2 氯化苦的毒性

《农药手册》(The Pesticide Manual)的数据为氯化苦的急性经口LD50250 mg/kg，其对兔皮肤有严重的刺激作用。当氯化苦在空气中的含量为0.008 mg/L空气时，会被清晰地感觉到，为0.016 mg/L时，会引起咳嗽和流泪。

我国浙江省化工研究院采用 GB15670—1995《农药登记毒理学试验方法》中的方法测定了氯化苦的急性经口、经皮、吸入毒性。结果为氯化苦急性经口LD50：雌性大鼠为369 (271～501) mg/kg，雄性大鼠为316 mg/kg，经皮LD50雌雄大鼠均为926 (636～1350) mg/kg，吸入LC50(2 h)雌雄大鼠均为316 mg/kg。该实验室条件下，氯化苦对大鼠急性经口、经皮、吸入毒性均属于中等毒[1]。

华中科技大学同济医学院农药毒理研究中心检测结果为 99.5%氯化苦原药对雌雄大鼠急性经口LD50均为200 mg/kg，属中毒；对雌性大鼠急性经皮LD50为681 mg/kg，属中毒；对雄性大鼠急性经皮LD50为584 mg/kg，属中毒；对雌性大鼠急性吸入 LD50为 271 mg/m3，对雄性大鼠急性吸入 LD50为233 mg/m3，属中毒；对家兔皮肤有轻度刺激性；对家兔眼睛有中度至重度刺激性。99.5%氯化苦原药属中度致敏类农药，Ames致突变试验结果阴性，对小鼠骨髓细胞的分裂未见明显抑制作用，体外哺乳动物细胞染色体畸变试验结果为阴性，不引起哺乳动物体细胞基因突变，对大鼠亚慢性经口毒性最大无作用剂量为1 mg/kg·bw/d，ADI为0.01 mg/kg·bw/d。

近期有学者评估了氯化苦对人类角膜上皮细胞的毒性，研究结果表明氯化苦暴露导致角膜上皮细胞活力降低，裂解酶和核糖体聚合酶表达上调，导致细胞凋亡增加[2]。氯化苦通过氧化应激和脂质过氧化增强蛋白羰基化，促使角膜上皮蛋白发生改变，干扰信号通路，从而产生毒性作用[2-3]。氯化苦对眼睛有强刺激性及催泪性，可用作警示剂。利用这一特点，氯化苦能有效地保护人畜免受无色无味有毒物质的侵害。

3 氯化苦的残留及降解

氯化苦在土壤中快速降解为硝基甲烷(CH3NO2)，硝基甲烷进一步降解为CO2和H2O。氯化苦的降解主要包括水解和光解[4]。在空气中，氯化苦可快速光解为碳酰氯(COCl2)、亚硝酰氯(COCl)、一氧化氮(NO)和氯气(Cl2)，其过程为C-N键断裂，形成六氯乙烷(CCl3CCl3)和二氧化氮(NO2)自由基，光解速率与氯化苦蒸气压相关性小，与氧气相关性较大。田间条件下氯化苦经光解作用形成碳酰氯，在潮湿条件下，碳酰氯最终转化为CO2[5-6]。在氙光下，氯化苦完全降解为相应数量的二氧化碳，半衰期为31 h[7]。由于氯化苦气体在对流层中很快被光解，因此它不会破坏平流层中的臭氧[5,8]。

在有氧环境下，氯化苦迅速降解，其半衰期为0.2～4.5 d，将同位素标记的氯化苦混入砂壤土中置于一定条件下，24 d后在 CO2中可检出约 70%的14C，同时检测到了 2个中间体——氯硝基甲烷(CH2ClNO2)和硝基甲烷(CH3NO2)[7,9]。土壤微生物是分解氯化苦的主要因子，如土壤灭菌后氯化苦的降解速率降低，在灭菌砂壤土、壤砂土和粉壤土中，氯化苦降解半衰期分别为1.50、4.30、0.20 d，在未灭菌土壤中的降解半衰期为6.30、13.90、2.70 d[9]。根据灭菌土壤和未灭菌土壤中氯化苦降解速率的不同，可以估算出微生物降解占到氯化苦降解的40.0%～92.0%[9-11]。在厌氧土壤环境中，氯化苦降解更快，半衰期为1.3 h，硝基甲烷(CH3NO2)是主要降解产物[7]。Gan等发现氯化苦的降解速率随着土壤温度的增加而加快，当土壤温度从 20 ℃上升到50 ℃时，其降解速率提高了7～11倍。在砂壤土含水量极低的条件下，氯化苦的降解速度缓慢，当壤土质量含水量达到6.0%时，氯化苦的降解速率大幅提升[9]。土壤有机质含量由0增加到10%，氯化苦降解半衰期由2.5 d降低到0.2 d[9]。土壤中添加生物炭也会加速氯化苦的降解[12]。

氯化苦在水中的溶解度很低，所以其在水相环境中移动得较慢。在美国加利福尼亚州，在5年里，取样检测了1 300多个水井，均没有检测到氯化苦，在弗罗里达州1 500个水井中只有在其中3个中检测出氯化苦[13]。

综上所述，氯化苦在环境中降解迅速，无论是对土壤、作物、果实还是空气、水体都不会带来残留问题，是一种环境非常友好的农药。至今，未见报道在作物的果实中检测到氯化苦。

4 氯化苦对土壤微生物的影响

氯化苦对土壤微生物多样性及群落结构产生一定的影响，但这种影响在熏蒸后期逐渐消失，微生物丰度一般在第14～16周恢复至未熏蒸水平。如Li等人利用高通量测序、荧光定量PCR等分子生物学手段，研究了氯化苦对土壤微生物群落结构、多样性、优势种群等影响，结果表明氯化苦(高剂量 20 mg/kg和低剂量10 mg/kg)熏蒸之后，细菌群落多样性显著下降，群落组成在属水平和 OTU水平发生显著变化；且优势种群被改变，如一些优势种群显著减少或消失，一些新的优势种群出现[14]。草莓地多年氯化苦熏蒸也表明(高剂量70 mg/kg和低剂量35 mg/kg)，细菌多样性显著下降，而真菌多样性没有受到影响；细菌群落中酸杆菌门显著减少，厚壁菌门显著增多，真菌群落中子囊菌门相对丰度显著减少，担子菌门、油壶菌门和接合菌门丰度显著增加[15]。Zhang等人(2017)比较了生姜田氯化苦(50 g/m2)熏蒸 1年和连续熏蒸3年后微生物的变化，发现连续多年熏蒸显著降低细菌生物量及多样性，细菌群落结构发生改变，但对细菌代谢活力影响不显著[16]。菠菜地氯化苦熏蒸后(69 g/m2)，细菌群落结构发生显著变化，如α-变形菌门丰度大幅减少，厚壁菌门大幅增加，大部分细菌丰度在熏蒸后第 14周恢复至未熏蒸水平，但仍有部分细菌在门水平不能完全恢复[17]。同时Feng等人(2016)也表明，氯化苦熏蒸严重影响细菌和真菌丰度，但这种抑制作用短暂(4周)，在第16周微生物丰度即恢复至未熏蒸水平，但相对于细菌，真菌被抑制的时间更久[18]。比较了致病菌及有益菌对氯化苦的响应，发现氯化苦熏蒸(33 g/m2)后病原真菌镰刀菌数量快速减少，有益菌木酶菌数量也显著减少，但氯化苦降解菌假单胞杆菌显著增加，芽孢杆菌的数量则相对稳定[19]。近期的研究发现氯化苦熏蒸(12.5 g/m2)可有效减少土豆枯萎病的发生，但对土豆产量没有明显影响，尽管改变微生物群落组成如增加变形菌门丰度，减少硝化螺菌门丰度，但对细菌、真菌、真核生物多样性没有显著影响[20]。可见，氯化苦对土壤微生物的影响与其施用量关系紧密，较低量氯化苦熏蒸(10～20 g/m2)对微生物多样性没有显著影响，即使氯化苦在较高用量下(40～70 g/m2)，微生物丰度也可在熏蒸后第 14～16周恢复。

5 氯化苦在国外的再评估

美国环境保护署(EPA)在对氯化苦对人体健康风险再评估后，在2018年9月发布了氯化苦的人体健康风险评估草案——无重大发现。因此，在美国加州通过评估后可继续注册使用氯化苦。

2018年，加拿大卫生部再评估决定，可以接受继续注册使用氯化苦。经过现有的科学分析，加拿大卫生部决定，采取必要的缓解措施后，氯化苦对于健康和环境的风险以及其本身的价值仍然是可以接受的。

氯化苦是欧盟批准的活性物质目录 1中的农药，目前处于再评估状态。按照紧急使用条款，从2013年起，意大利、西班牙、英国、马耳他、希腊、比利时、葡萄牙和匈牙利8个欧盟成员国批准了氯化苦作为土壤熏蒸剂的合法使用，可用于马铃薯、草莓、辣椒、葫芦等蔬菜及梨、核桃、柑橘、橄榄等果树。欧洲食品安全委员会(EFSA)于 2018年 2月20日在欧盟境内启动了为期2年的氯化苦同行评议，对氯化苦的哺乳动物毒性、残留、环境行为、生态毒理进行再评估，并于2020年2月形成最终报告[21]：氯化苦作为土壤熏蒸剂对其防治对象具有足够的防效，氯化苦及其代谢产物二氯硝基甲苯对哺乳动物无诱变或致畸作用。目前已有的数据未显示氯化苦对鸟、蜜蜂、蚯蚓等非靶标生物具长期或短期毒理效应。

6 结 语

氯化苦作为溴甲烷的重要替代品，在国内有十分广泛的应用。正确理解氯化苦的毒理及生态效应是评估和应用氯化苦的重要前提。截止目前，没有数据表明氯化苦及其降解产物具诱变或致畸作用，对鸟、蜜蜂、蚯蚓等非靶标生物有长期或短期毒理效应。相反，氯化苦在土壤中快速降解，无残留、对土壤微生态无显著长期的干扰作用。而且，氯化苦熏蒸后原有微生物生态位发生重组，若能及时补充有益菌群，将可引导熏蒸后土壤微生物群落向利于作物生长发展，为作物抵抗土传病害、促进根系营养元素吸收开辟新的途径。