25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对水生无脊椎动物的毒性效应及生态风险评估

曾兆华，汤保华，林涛，林岭虹，杨广，金菁，朱珍珍，方慧玲，游泳,*

1. 福建省农业科学院植物保护研究所，福州 350013 2. 苏州华测安评技术服务有限公司，苏州 215121 3. 福建农林大学植物保护学院，福州 350002

水稻是我国重要的粮食作物。近年来，千金子、马唐和旱稗等是我国南方稻田主要为害杂草[1]，主要依赖除草剂进行防治。随着除草剂使用量不断加大，稻田附近水域中农药的检出率也随之增高。因此，需要对农药的使用进行监测和控制，并加强生态风险评价。农药生态风险评价是农药登记不可缺失的环节[2]，传统的生态危害评估通常是基于室内化学品对单一物种的急、慢性毒性试验结果，而无法对自然生态系统中的种内、种间关系进行有效反映[3]。在2017年11月起施行的《农药登记资料要求》中，增加了化学农药制剂产品需提供环境风险评估报告的要求[4]，运用环境暴露模型评估化学农药制剂应用后对水生生态系统的风险是国际通行做法[5]。目前，国际上已建立了用于评估农药对地表水污染风险的初级模型[6-7]和高级模型[8-12]；在2010年，我国与荷兰科研人员合作研发出可用于我国农药暴露模拟的TOP-RICE模型[6,13]，但国内外构建的模型通常是基于实验室单一物种毒性测试结果而显得过于保守，相反采用物种敏感度分布(SSD)研究等高级效应分析方法能最大程度地接近实际环境条件，并确定初级评估中所识别风险存在的可能性[14]。

大型溞(Daphniamagna)因对环境中的多种化学物质表现出高度敏感性等优点，被广泛应用于水环境污染的检测和风险评价中[15-17]，但其主要分布在我国北方，南方少见[18]，以其作为评价南方水田除草剂的环境风险具有一定局限性。发头裸腹溞(Moinairrasa)分布于我国各地，尤其是南方各省[11]，其内禀增长率(rm)为大型溞等溞属动物2倍～3倍以上[19]，是一种新的较为理想的试验材料[20]，但有关将发头裸腹溞应用于生态风险评价的报道还很少。

五氟磺草胺是一种三唑并嘧啶磺酰胺类除草剂，通过抑制乙酰乳酸合成酶(ALS)发挥对杂草的控制作用[21-23]，可有效防除稗草、千金子等禾本科杂草以及一年生莎草科杂草，并对众多阔叶杂草有效[24]，在世界各地水稻田中广泛使用[25]。2004年9月24日五氟磺草胺在美国环境保护局(US EPA)正式注册登记，2005年在美国南部稻区推广应用，2008年该药在我国获得登记。2014年在全球的销售额达到2.6亿美元，在我国也达到亿元[26]；截至目前国内已有180项含有五氟磺草胺有效成分的农药制剂获得登记[27]，主要用于防治稻田一年生杂草。因ALS不存在于人和哺乳动物中，导致人们不太关注五氟磺草胺对非靶标生物的影响[28]。有研究报道，五氟磺草胺制剂对斑马鱼3月龄幼鱼毒性等级中等，且对斑马鱼胚胎和初孵幼鱼均有一定的影响[29]；对黄河鲤仔鱼、泥鳅幼鱼均表现为高毒[30-31]等。与国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)报道的五氟磺草胺原药对大型溞幼溞毒性等级为低毒，存在差异，而关于五氟磺草胺制剂对溞类毒力研究的报道还很少。因此，有必要探究五氟磺草胺制剂暴露对溞类存活、发育的影响。为进一步开展五氟磺草胺对水生无脊椎动物的生态风险评估提供科学依据。

本文以25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂为例，通过急性活动抑制试验和繁殖试验，比较其对大型溞和发头裸腹溞的毒力；并利用TOP-RICE暴露模型和SSD法对其进行风险评估。旨在比较25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对模式生物大型溞与南方常见物种发头裸腹溞毒力差异，寻找较适合评价南方稻区农药生态毒理学检测的指示生物，为农药环境安全管理提供更可靠的科学依据。

1 材料与方法(Materials and methods)

1.1 试验生物

本研究采用的受试大型溞(Daphniamagna)由中国科学院水生生物所提供，实验室自行保种繁育；发头裸腹溞(Moinairrasa)采自福建省福州市闽侯县南通镇洲头村小河，经实验室驯化，纯系培养。取一头健康亲溞孤雌生殖3代以上形成室内种群，选取出生24 h内健康、活泼、大小一致的非头胎健康溞作为实验材料。大型溞长期稳定地培养于ISO标准稀释水中，1 L烧杯中饲养20～30头大型溞，培养温度(20±2) ℃；发头裸腹溞长期稳定地培养于M4培养液中，1 L烧杯中饲养50～60头发头裸腹溞，培养温度(25±2) ℃，两者培养液均每周更换3次，pH 7.0～9.0，光暗比16 h∶8 h，定期投放羊角月芽藻(Pseudokirchneriellasubcapitata)作为饵料，每天于1 L烧杯中饲喂密度为5.00×105个·mL-1的藻液5～10 mL。

1.2 供试药剂

五氟磺草胺(化学分子式为C16H14F5N5O5S，CAS号219714-96-2可分散油悬浮剂，陶氏益农农业科技(中国)有限公司生产，有效成分含量25 g·L-1。

1.3 试验方法1.3.1 急性活动抑制试验

参照OECD 202标准方法进行48 h急性活动抑制试验[32]。大型溞设0.19、0.42、0.93、2.05和4.50 mg a.i.·L-15个系列浓度，均用ISO标准稀释水配制；发头裸腹溞设4.90×10-2、0.15、4.44、1.33和4.00 mg a.i.·L-15个系列浓度，均用M4培养液配制。并设置不加药剂的对照，每个处理和对照重复4次，实验时，在100 mL烧杯中装入50 mL配制好的不同浓度药液，每个烧杯中放入5头幼溞，分别于24 h和48 h后记录2种溞的中毒症状和受抑制数，轻晃试验烧杯，实验溞在15 s内不能游动视为活动受抑制。在实验期间不投喂饵料，不更换试验溶液。试验分别在温度(20±2) ℃、(25±2) ℃，光照周期L∶D=16 h∶8 h的人工气候箱内开展。

1.3.2 繁殖试验

参照OECD 211标准方法中21 d繁殖试验[33]。根据大型溞急性活动抑制试验结果，获得供试农药对大型溞48 h-EC50(0.81 mg a.i.·L-1)，设3.82×10-4、1.22×10-3、3.91×10-3、1.25×10-2和4.00×10-2mg a.i.·L-15个系列浓度；根据发头裸腹溞急性活动抑制试验结果，获得供试农药对发头裸腹溞48 h-EC50(0.52 mg a.i.·L-1)，设1.91×10-4、3.38×10-4、7.66×10-4、1.53×10-3、3.06×10-3和6.13×10-3mg a.i.·L-16个系列浓度；另设置不加药剂的对照。每个处理和对照重复10次。试验时，用量筒量取不同浓度药液各50 mL，放入100 mL烧杯中，在每个烧杯中放入1头健康活泼的幼溞，分别在温度(20±2) ℃、(25±2) ℃，光照周期L∶D=16 h∶8 h人工气候箱中连续培养，大型溞试验时间持续21 d；发头裸腹溞试验时间持续到所有受试个体全部死亡。试验期间采用半静态试验系统，每隔1 d更换1次试验溶液，以保证试验期间药剂浓度为起始浓度的80%以上。实验期间每天记录2种溞的生存、蜕皮、怀卵和产子情况，及时移出蜕皮和新产幼溞，每天喂食羊角月芽藻。试验结束时，分别统计平均首次蜕皮时间、首胎时长、平均产幼溞数量和产幼溞胎数、平均存活时间及死亡率等。

1.3.3 供试物真实浓度检测

在大型溞、发头裸腹溞急性活动抑制试验中，于试验开始0、24和48 h分别取最低浓度组(处理1)、最高浓度组(处理5)的供试物水样10 mL送至化学分析检测室待测供试物的实际浓度；在大型溞繁殖试验中，所测得新旧溶液为试验开始0 h、第5天换水前后、第12天换水前后、第19天换水前后、第21天分别取浓度为3.82×10-4mg a.i.·L-1(处理1)、4.00×10-2mg a.i.·L-1(处理5)的供试物水样10 mL送至化学分析检测室待测供试物的实际浓度；在发头裸腹溞繁殖试验中，所测得新旧溶液为试验开始0 h、第2天换水前后、第6天换水前后、第12天换水前后、第14天分别取1.91×10-4mg a.i.·L-1(处理1)、6.13×10-3mg a.i.·L-1(处理6)的供试物水样10 mL送至化学分析检测室待测供试物的实际浓度。

对于大型溞急性活动抑制试验水样的前处理：水样用0.45 μm滤膜过滤后，0.19 mg a.i.·L-1(处理1)的水样取1 mL，用乙腈定容至10 mL，稀释10倍；4.50 mg a.i.·L-1(处理5)的水样取0.1 mL，用乙腈定容至10 mL，稀释100倍。

对于发头裸腹溞急性活动抑制试验水样前处理：水样用0.45 μm滤膜过滤后，4.90×10-2mg a.i.·L-1(处理1)的水样取1 mL，用乙腈定容至10 mL，稀释10倍；4.00 mg a.i.·L-1(处理5)的水样取0.1 mL，用乙腈定容至10 mL，稀释100倍。

对于大型溞繁殖试验取处理1、处理5水样；发头裸腹溞繁殖试验取处理1、处理6水样皆用0.22 μm滤膜过滤，上机待测。

五氟磺草胺标准品溶液的配制：称取99.47%的五氟磺草胺标准品2.50×10-3g，用乙腈定容至25 mL，得浓度为99.470 mg·L-1的母液，将母液用乙腈分别稀释得到3.00×10-5、1.00×10-4、3.00×10-4、1.00×10-3、2.00×10-3、5.00×10-3、2.00×10-2和5.00×10-2mg·L-1的标准品稀释液。

添加回收：在对照样品中添加一定量的乙基多杀菌素标样溶液，按照水样检测条件测定回收率。设1.00×10-4、1.00×10-3和1.00×10-2mg·L-13个添加浓度，每个添加浓度重复5次。

1.3.4 试验条件与浓度分析

本研究中对于五氟磺草胺在水溶液中的浓度分析采用超高效液相色谱-质谱/质谱联用仪(Waters ACQUITY UPLC H-Class/Xevo TQ-S micro)，液相色谱条件：色谱柱为Waters UPLC BEH C18(50 mm×2.1 mm, 1.7 μm)，流动相为V(乙腈)∶V(0.1%甲酸水)=50∶50，流速0.3 mL·min-1，柱温40 ℃，进样量2 μL，五氟磺草胺保留时间约为0.95 min。

质谱条件：多离子反应监测(MRM)模式扫描，电喷雾正离子模式(ESI+)，毛细管电压1.0 kV，锥孔电压42 V，离子源温度150 ℃，锥孔反吹气流量50 L·h-1，脱溶剂气温度500 ℃，脱溶剂气流量1 000 L·h-1，五氟磺草胺定量离子对m/z为 483.97/195.25，定性离子对m/z为483.97/164.23，定量离子碰撞能25 eV，定性离子碰撞能30 eV。

1.4 数据分析

根据溞类急性活动抑制试验数据，采用SPSS 19.0软件中的Probit(概率单位法)进行回归分析，并计算出25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞、发头裸腹溞的半效应浓度(EC50)及其95%置信限。根据繁殖试验数据，采用SPSS 19.0软件中的单因素方差(LSD法)分析各种指标的组间差异。采用Excel 2007对各浓度组之间大型溞、发头裸腹溞死亡率进行数据处理，并用OriginPro 9.1软件中的Line+symbol功能进行制图。

1.5 五氟磺草胺对水生生态系统的初级生态效应分析

对五氟磺草胺进行农药环境风险评估所需要的参数值主要来自农药性质数据库(Pesticide Properties Database, PPDB)[34]、EFSA Journal数据库[35](表1)。通过本研究获得溞类急、慢性试验的EC50、无可观察效应浓度(NOEC)值，并根据相应的不确定因子(UF)，计算出溞类(急性)预测无效应浓度(PNEC=EC50/UF)，溞类(慢性)预测无效应浓度(PNEC=NOEC/UF)。其中，溞类急、慢性不确定因子(UF)分别选择100和10[36]。

用TOP-RICE模型[13,37]分析得到连平、南昌预测环境浓度峰值(PECmax)中，选取PECmax数值最大的场景进行初级风险评估，根据溞类急、慢性试验周期，选择相应的时间加权平均预测环境浓度(PECtwa)作为预测环境浓度(PEC)，分别计算相应的溞类急、慢性风险商值(RQ=PEC/PNEC)。将本试验计算的RQ与US EPA建立的水生生物关注标准(levels of concerns, LOCS)中RQ等级划分进行比较。若RQ≤1，表明风险可接受；若RQ>1，表明风险不可接受，则需要进行更高级风险评估。

1.6 五氟磺草胺对水生生态系统的高级生态效应分析

当五氟磺草胺对溞类的初级风险评估不接受时，可收集多个物种的毒性数据采用SSD法进行高级风险评估。通过US EPA的ECOTOX数据库[38]、高产量物质信息系统(HPVIS)[39]和EFSA Journal[35]数据库等获取五氟磺草胺对无脊椎动物急、慢性毒性数据(表2)，对于同一物种有多个数据的情况，采用其所用浓度数据的几何平均值。采用荷兰国家公共卫生与环境研究所(National Institute of Public Health and the Environment, RIVM)的RIVM研究小组开发的ETX 2.1模型构建SSD曲线。以SSD计算出的5%物种危害浓度(HC5)，选择3为不确定因子，计算预测无效应浓度(PNEC=HC5/3)。

通过TOP-RICE模型分析得到连平、南昌预测环境浓度峰值(PECmax)作为预测环境浓度(PEC)，分别计算这2种场景下相应的无脊椎动物风险商值(RQ=PEC/PNEC)。如果RQ≤1，表明风险可接受；RQ>1，表明风险不可接受。

2 结果(Results)

2.1 供试物实测浓度

由表3可知，理论添加浓度≤1.00×10-2，回收率在60%～120%范围内，说明该方法能够较为准确地对25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂的含量进行定量。

大型溞、发头裸腹溞的急性活动抑制试验中，测得实测浓度皆在理论浓度的80%～120%范围内(表4)，其试验结果符合OECD 202标准[33]规定的试验要求，说明理论浓度是可重复且稳定的，则以理论浓度计算本试验结果。

大型溞、发头裸腹溞的繁殖试验中，测得实测浓度皆在理论浓度的80%～120%范围内(表5和表6)，其试验结果符合《化学品 大型溞繁殖试验》(GB/T21828—2008)[40]规定的试验要求，说明理论浓度是可重复且稳定的，则以理论浓度计算本试验结果。

表1 TOP-RICE模型所需参数值Table 1 Parameter values for TOP-RICE model

表2 五氟磺草胺对无脊椎动物毒性数据Table 2 Toxicity data of penoxsulam to invertebrates

表3 分析方法准确度试验结果Table 3 Analysis of the accuracy of the test results

表4 25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞、发头裸腹溞急性毒性试验中药液实测浓度Table 4 The actual concentration of 25 g·L-1 penoxsulam OD solution in acute toxicity test to Daphnia magna and Moina irrasa

表5 25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞繁殖试验中药液实测浓度Table 5 The actual concentration of 25 g·L-1 penoxsulam OD solution in reproduction test to Daphnia magna

2.2 五氟磺草胺对大型溞和发头裸腹的急性毒性

25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞和发头裸腹溞的48 h-EC50分别为0.81 mg a.i.·L-1和0.52 mg a.i.·L-1(表7)。参照《化学农药环境安全评价试验准则》[41]中农药对溞类的毒性等级划分标准，该药对大型溞及发头裸腹溞的毒性等级皆为高毒。在试验过程中，对照组的大型溞及发头裸腹溞死亡率<10%，生长状况良好；不同浓度处理组的大型溞及发头裸腹溞在接触25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂后均受到不同程度抑制，抑制表现状态为游动不积极、反应迟钝、沉底。

2.3 五氟磺草胺对溞类的慢性毒性效应2.3.1 五氟磺草胺暴露对大型溞生长发育和繁殖的影响

由表8所示，不同浓度的25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞的体长、平均存活个体产幼溞数及蜕皮次数有显著的影响，随着浓度提高，大型溞的体长、平均存活个体产幼溞数逐渐缩短或减少。当高于浓度3.82×10-4mg a.i.·L-1时，大型溞的体长显著缩短(P<0.05)。当高于浓度3.91×10-3mg a.i.·L-1时，大型溞的产幼溞数显著减少(P<0.05)。当高于浓度1.25×10-2mg a.i.·L-1时，蜕皮次数显著降低(P<0.05)。在试验设定的浓度范围中，25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞首次蜕皮时间、首胎时长、平均存活个体产幼溞胎数影响均不显著。大型溞产幼溞数随浓度提高逐渐减少。由图1可知，前10 d，各浓度与对照中未出现大型溞的死亡；第10天时，仅浓度为1.25×10-2mg a.i.·L-1和4.00×10-2mg a.i.·L-1组开始出现大型溞的死亡；当21 d试验结束时，对照与浓度3.82×10-4mg a.i.·L-1组未出现大型溞的死亡，高于浓度1.22×10-3mg a.i.·L-1处理组大型溞死亡率为10%～30%。综合考虑本研究各项繁殖毒性终点指标，以25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞的繁殖量(平均存活个体产幼溞数)影响作为评价指标，得到大型溞21 d-NOEC值为1.22×10-3mg a.i.·L-1。

2.3.2 五氟磺草胺暴露对发头裸腹溞生长发育和繁殖的影响

如表9所示，不同浓度的25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对发头裸腹溞的首胎时长、平均存活个体产幼溞数和平均存活个体产幼溞胎数都有显著的影响，随着浓度升高，发头裸腹溞的首胎时长、平均存活个体产幼溞数和平均存活个体产幼溞胎数呈缩短或减少趋势。当浓度为6.13×10-3mg a.i.·L-1时，与3.38×10-4mg a.i.·L-1和1.53×10-3mg a.i.·L-1相比，发头裸腹溞首胎时长显著缩短(P<0.05)；当浓度为6.13×10-3mg a.i.·L-1时，平均存活个体产幼溞胎数显著降低(P<0.05)。当高于浓度1.53×10-3mg a.i.·L-1时，平均存活个体产幼溞胎数显著降低(P<0.05)。在试验设定的浓度范围中，25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂暴露对发头裸腹溞首次蜕皮时间、平均存活时间影响不显著。由图1可知，前10 d，除对照和浓度为3.38×10-4mg a.i.·L-1处理组中未见到有发头裸腹溞的死亡，其他各处理组皆存在死亡现象且死亡率较低；第10天时，对照和浓度为3.38×10-4mg a.i.·L-1处理组中开始出现发头裸腹溞死亡现象，10 d后，随作用浓度的增加存活率呈下降趋势，存活时间也随着浓度的增加而缩短。第14天时，浓度为3.06×10-3mg a.i.·L-1和6.13×10-3mg a.i.·L-1组的死亡率为100%，第16天，对照和其余处理组全部死亡。综合考虑本研究各项繁殖毒性终点指标，以25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对发头裸腹溞的繁殖量(平均存活个体产幼溞数)影响作为评价指标，得到14 d-NOEC为7.66×10-4mg a.i.·L-1。

表6 25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对发头裸腹溞繁殖试验中药液实测浓度Table 6 The actual concentration of 25 g·L-1 penoxsulam OD solution in reproduction test to Moina irrasa

表7 25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞、发头裸腹溞的急性毒性Table 7 Acute toxicity of 25 g·L-1 penoxsulam OD to Daphnia magna and Moina irrasa

2.4 五氟磺草胺对水生生态系统的生态效应分析2.4.1 五氟磺草胺对溞类的初级效应分析

通过TOP-RICE模型分析得到2种不同场景下的五氟磺草胺预测环境浓度峰值和时间加权平均预测环境浓度(表10)。结果显示，连平-苗期场景与南昌-苗期场景相比，连平-苗期场景的预测环境浓度峰值最高，为8.11 μg·L-1，则选择该场景下的时间加权平均预测环境浓度(PECtwa)作为预测环境浓度(PEC)，大型溞急、慢性的PEC分别取7.16 μg·L-1和4.53 μg·L-1；发头裸腹溞急、慢性的PEC分别取7.16 μg·L-1和5.74 μg·L-1，用于下一步的急、慢性初级暴露分析。本研究获得的大型溞48 h-EC50为0.81 mg a.i.·L-1，21 d-NOEC为1.22×10-3mg a.i.·L-1；发头裸腹溞48 h-EC50为0.52 mg a.i.·L-1，14 d-NOEC为7.66×10-4mg a.i.·L-1，计算出大型溞急、慢性PNEC分别为8.10 μg·L-1和0.12 μg·L-1；发头裸腹溞急、慢性PNEC分别为5.20 μg·L-1和7.66×10-2μg·L-1。由表11可知，25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞急、慢性的RQ分别为0.88、37.13；对发头裸腹溞急、慢性的RQ分别为1.38、74.93，故25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞(急性)风险可接受，但对发头裸腹溞(急性)风险不可接受，且对溞类(慢性)风险不可接受。因此，该药需要进一步高级效应分析验证。

表9 25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对发头裸腹溞生长发育和繁殖的影响Table 9 Effects of 25 g·L-1 penoxsulam OD on growth and reproduction of Moina irrasa

2.4.2 五氟磺草胺对无脊椎动物的高级效应分析

以TOP-RICE模型分析得到的连平-苗期、南昌-苗期这2种场景下的五氟磺草胺预测环境浓度峰值(PECmax)分别为8.11 μg·L-1和4.00 μg·L-1作为进一步无脊椎动物(急、慢性)高级效应分析的预测环境浓度(PEC)(表10)。通过ECOTOX、HPVIS和EFSA Journal数据库等获取五氟磺草胺对8种无脊椎动物毒性数据(表2)，构建了物种敏感性分布曲线，计算出该药剂对无脊椎动物急、慢性的5%物种危害浓度(HC5)分别为37.89 μg·L-1和3.24 μg·L-1，因此无脊椎动物急、慢性PNEC分别为12.63 μg·L-1和1.08 μg·L-1。由表12可知，在连平-苗期五氟磺草胺对无脊椎动物急、慢性的RQ分别为0.64和7.51；在南昌-苗期五氟磺草胺对无脊椎动物急、慢性的RQ分别0.32和3.70，故五氟磺草胺对无脊椎动物(急性)风险可接受，但对无脊椎动物(慢性)风险不可接受。由图2可知，同物种的无脊椎动物(急、慢性)对五氟磺草胺的敏感性排序存在明显差异，大型溞(急、慢性)相对于其他物种而言对五氟磺草胺的敏感性较高。

图1 25g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂暴露条件下大型溞和发头裸腹溞的存活率变化注：(a) 大型溞；(b) 发头裸腹溞。Fig. 1 The survival rate of Daphnia magna and Moina irrasa exposed to 25 g·L-1 penoxsulam ODNote: (a) Daphnia magna; (b) Moina irrasa.

表10 五氟磺草胺初级暴露分析的峰值和时间加权平均浓度Table 10 Environmental exposure concentrations of penoxsulam by junior exposure analysis

3 讨论(Discussion)

截至2017年，南方稻区约占我国水稻播种面积的94%，相应地水稻种植期间农药的大规模使用对农田生态系统的可能风险值得关注[42]。寻找更加适合评价南方稻区农药生态毒理学的指示生物，为稻田系统精准生态风险评价提供更可靠的科学依据十分重要。在生态毒理学测试中，国际上最常用的无脊椎动物有钩虾、大型溞等[43]。大型溞作为一种模式生物，一直被我国广泛应用，却忽视了我国幅员辽阔、南北地区地理和气候差异、水环境中物种分布情况不一致等特点，因此在选择稻区农药毒理学检测指示生物要因地制宜，以便提供更加准确的技术支持。

本研究对发头裸腹溞试验采用25 ℃的试验条件，因有研究表明发头裸腹溞的最适生殖温度为25～30 ℃，25 ℃时累积生殖量最大[44]，且水稻生长发育最适温度为25～30 ℃，综合考虑采用25 ℃的试验条件能够准确体现发头裸腹溞在自然水环境中受农药作用后的反应，更符合田间实际情况。通过急性活动抑制试验结果可知，25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞、发头裸腹溞的急性毒性均为高毒，其对发头裸腹溞的48 h-EC50(0.52 mg a.i.·L-1)低于对大型溞的48 h-EC50(0.81 mg a.i.·L-1)，表明对同一污染物发头裸腹溞比大型溞更为敏感。

OECD 211标准[33]方法中规定了大型溞的繁殖试验为21 d，而对发头裸腹溞的繁殖试验未见详细规定。发头裸腹溞与大型溞属于2个溞属，其生长和繁殖存在差异(表8和表9)。由图1可知，发头裸腹溞仅16 d就完成一个世代，其繁殖速度远快于大型溞，因第15天、第16天存活的母溞数量少且不产溞，故选择14 d作为发头裸腹溞试验周期，其更能反映出发头裸腹溞在25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂暴露水环境中的整个生长、繁殖周期情况。繁殖试验结果显示，25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞及发头裸腹溞的首次蜕壳时间、蜕皮数影响均不显著，甲壳类动物等正常蜕皮是由蜕皮激素类生长调节剂所诱导，而五氟磺草胺主要是造成合成植物新组织所必需的支链氨基酸(缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸)代谢障碍而致效[21-23]，并未对蜕皮激素起到抑制作用，从而未影响溞的蜕壳时间、蜕皮数。但本研究发现，浓度高于1.25×10-2mg a.i.·L-1时，25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞的蜕皮数影响显著，可能是因为试验过程中大型溞存在死亡现象，导致浓度组的脱壳次数显著下降。发头裸腹溞的首胎时长比大型溞短，可能是因为发头裸腹溞培养温度高于大型溞。有研究表明，温度升高可加快枝角类性成熟，从而缩短首胎时长[45]。25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞首胎时长影响不显著，却对发头裸腹溞首胎时长影响显著，发头裸腹溞暴露在1.53×10-3～6.13×10-3mg a.i.·L-1的25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂下，首胎时长随着浓度提高逐渐缩短，可能是由于低剂量农药刺激性腺发育所致[46]。25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞平均存活个体产幼溞数影响显著，但对平均存活个体产幼溞胎数、寿命影响不显著；对发头裸腹溞的平均存活个体产幼溞数、平均存活个体产幼溞胎数和首胎时长影响显著，但对寿命影响不显著。综合结果可知，大型溞等溞类的繁殖能力是比寿命更加敏感的评价指标[47-49]，而繁殖能力通常以首胎时长、产胎数和平均存活个体产幼溞数等端点值来考察[47,50]。而25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂暴露作用下，发头裸腹溞所表现出繁殖能力的敏感性指标比大型溞多。25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂虽对大型溞、发头裸腹溞的平均存活时间影响不显著，但在本试验浓度范围内，随作用浓度增加发头裸腹溞存活率逐渐下降，存活时间也随着浓度的提高而缩短，说明25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对溞类存在慢性致死性(图1)。如果溞类长期生存在本试验浓度的自然环境中，其种群数量将受到影响。

表11 五氟磺草胺初级风险评估的风险商值(RQ)(连平-苗期)Table 11 Risk quotient (RQ) of penoxsulam by junior exposure analysis (Lianping-seedling)

表12 五氟磺草胺高级风险评估的风险商值Table 12 Risk quotient of penoxsulam by advanced exposure analysis

图2 五氟磺草胺暴露下无脊椎动物的物种敏感性分布注：(a) 无脊椎动物急性毒性；(b) 无脊椎动物慢性毒性。Fig. 2 Species sensitivity distribution of invertebrates exposed to penoxsulamNote: (a) Acute toxicity of invertebrates; (b) Chronic toxicity of invertebrates.

本研究经TOP-RICE暴露模型初级评估发现，25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对大型溞的急性风险可接受，但对发头裸腹溞的急性、对无脊椎动物(慢性)风险不可接受；进一步采用SSD法高级评估可知，五氟磺草胺对无脊椎动物的急性风险可接受，但对无脊椎动物的慢性风险仍然不可接受，表明五氟磺草胺对南方溞种发头裸腹溞的繁殖水平，即种群规模的发展有潜在生态风险。可能是因为在水田或稻田中，五氟磺草胺主要通过光解作用和生物方式降解[51]，其代谢产物主要有11种，其中有一些代谢物在环境中具有更长的残留时间，并比母体更难被检测[52]。Cattaneo等[53]研究发现，鲤鱼长时间暴露于含五氟磺草胺的稻田水后，其脑和肝会产生脂质过氧化作用，但在水中却未检测到五氟磺草胺，推测可能是缘于五氟磺草胺形成的代谢物。建议在稻田苗期施用五氟磺草胺时应严格按照产品说明书的用药量，切不可过量；应较好地控制水稻在各时期的稻田用水量，以免农药在土壤中随水快速下渗迁移，对无脊椎动物产生不良影响。

综上可知，本研究通过急性活动抑制试验考察25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对溞类的毒性致死效应，并通过繁殖试验深入评价其对溞类的毒性强度，结果显示发头裸腹溞比大型溞繁殖速度更快、敏感性更高，而从worst-case原则出发，在对广泛分布于我国南方的稻区进行水环境污染检测和环境风险评价时，建议采用分布于南方各省并对化学物质更为敏感的发头裸腹溞作为指示生物，但由于本研究仅采用稻田用量最大的25 g·L-1五氟磺草胺可分散油悬浮剂对模式生物大型溞和南方常见物种发头裸腹溞进行毒力差异比较，而不同作用机理的农药品种繁多，该推论可靠性还有待进一步研究，以为今后开展不同气候带环境生物安全的精准评价提供科学依据。