噻虫嗪和噻虫胺对鸟类的急性毒性与风险评估

魏 杰， 陈蓓蓓， 何 钰， 陈迎丽， 陈贵廷， 廖朝选*

1贵州省检测技术研究应用中心，贵州 贵阳 550014； 2贵州省分析测试研究院，贵州 贵阳 550014

病虫害是影响农作物产量的重要因素，农药是农业生产中必不可少的生产资料。使用杀虫剂是害虫防治的主要措施，新烟碱类杀虫剂可通过与昆虫神经系统的烟碱型受体结合，阻碍生物体正常的神经信息传递并导致其瘫痪死亡，具有高效、广谱、内吸性等优点，在杀虫剂中具有非常重要地位(杨屹，2021)。据报道，2016年新烟碱类农药的销售额达30亿美元，占全球杀虫剂销售额的18.2%。新烟碱类农药的大量使用及不合理施用，不仅会造成生态环境污染，还会对环境中的鸟类产生毒害作用，严重时可导致鸟类种群灭绝，影响生物多样性，导致未知的生态风险(杨慧等，2020； 游泳等，2014； 张琪等，2020)。研究发现，荷兰多个地区的鸟类种群数量不断下降与当地地表水中新烟碱类农药浓度逐年升高有关(Hallmannetal.,2014)。Ertletal.(2018)也发现新烟碱类农药的使用对德克萨斯州农作物产区的山齿鹑ColinusvirginianusLinnaeus种群产生负面影响，该类农药还会导致鸟类出现反应迟钝、发育异常及器官损伤等亚致死效应(张琪等，2020)。

噻虫嗪与噻虫胺是第二代新烟碱类杀虫剂，可通过接触、胃毒、植物内吸产生作用，对蚜虫等刺吸式口器害虫具有更好的防效。2016年这2种农药在全球销量额分别达10.6亿和3.8亿美元，位居新烟碱类杀虫剂销售额第一和第三(张琪等，2020； Maienfischetal.,2001)。然而，二者在高效防治害虫的同时，也对环境生物构成了严重危害。由于新烟碱类杀虫剂对昆虫的烟碱乙酰胆碱受体(nicotinic acetylcholine receptors， nAChRs)具有良好的亲和力，噻虫嗪和噻虫胺对蜜蜂ApisceranaceranaFabricius、赤眼蜂TrichogrammachilonisIshii等昆虫的接触毒性、经口毒性受到广泛关注，其高毒性和高风险性得到了明确的认识(韩文素等，2020； 张唯伟等，2019; Tomizawa & Casida,2005)。

新烟碱类杀虫剂与鸟类的nAChRs亲和力较小(Tomizawa & Casida,2005)，常认为其对鸟类的危害较小。但有研究表明，噻虫嗪对鸟类急性毒性虽为低毒，却存在长期风险，可能影响鸟类生长(何宗哲等，2021； 杨淞霖，2017)。商贺阳等(2018)研究发现，在种子处理场景下，噻虫嗪对鸟类的急性风险和短期风险不可接受，但在无意摄取场景(颗粒剂型)下风险可接受。Broetal.(2016)研究发现，灰鹧鸪FrancolinuspondicerianusGmelin因频繁接触与取食农田内新烟碱农药处理的谷物，导致其卵中噻虫嗪和噻虫胺浓度高达0.067 mg·kg-1，对鸟繁殖产生了一定影响。噻虫嗪与噻虫胺的不同剂型产品在不同的应用场景下可能具有不同的毒性和风险，为评估其对鸟类的风险，以农药登记模式生物日本鹌鹑CoturnixjaponicaTemminck & Schlegel为研究对象，分别测试噻虫嗪和噻虫胺的原药(technical material，TC)、悬浮剂(suspension concentrate， SC)和种子处理悬浮剂(suspension concentrate for seed treatment， FS)对日本鹌鹑的急性毒性，结合田间用药信息与原药对鸟类的短期饲喂和繁殖毒性数据，对噻虫嗪和噻虫胺的悬浮剂和种子处理悬浮剂进行初级风险评估，以期为指导2种新烟碱农药在鸟类保护中的正确施用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验生物

日本鹌鹑：种蛋购自江西恒衍禽业有限公司。种蛋购入后，于实验室孵化并驯养至30 d用于试验。饲养环境条件为湿度：50%～75%；温度：35～38 ℃(0～7 d鸟龄)、30～32 ℃(8～14 d鸟龄)、25～28 ℃(>14 d鸟龄)。试验前7 d该批次鹌鹑未发生死亡，试验时鸟龄30 d，体重(100±10) g，整批次鸟羽毛光亮，健康活泼。

1.2 供试农药

98%噻虫嗪TC (山东海利尔化工有限公司)，98%噻虫胺TC (河北威远生物化工有限公司)；30%噻虫嗪SC (四川润尔科技有限公司)：登记在水稻OryzasativaL.上防治稻飞虱NilaparvatalugensStal，田间最大施药量18 g·hm-2，每季作物喷雾施用1次，安全间隔期14 d；20%噻虫胺SC(柳州市惠农化工有限公司)：登记在水稻上防治稻飞虱，田间最大施药量150 g·hm-2，每季作物喷雾施用1次，安全间隔期21 d；42%噻虫嗪FS和46%噻虫胺FS (杭州宇龙化工有限公司)：登记在玉米ZeamaysL.上分别防治蚜虫和灰飞虱LaodelphaxstriatellusFallén，田间最大施药量分别为280和230 g·100 kg-1种子，每季作物拌种施用1次。

1.3 鸟类急性毒性测试方法

鸟类急性毒性试验参照《化学农药环境安全评价试验准则》进行(中华人民共和国农业部，2014)。

先以2倍浓度级差设置4个处理组，按照正式试验条件和方法进行预试验，获取供试农药引起试验用鸟50%死亡的浓度范围。结果显示，空白对照组中试验鹌鹑未发生死亡及异常行为；设置的250、500、1000、2000 mg·kg-1的处理组中，试验鹌鹑的死亡率分别为0、0、10%、80%(98%噻虫嗪TC)，10%、70%、100%、100%(98%噻虫胺TC)，10%、50%、100%、100%(30%噻虫嗪SC)，20%、70%、100%、100%(20%噻虫胺SC)，50%、100%、100%、100%(42%噻虫嗪FS)，0、0、10%、80%(46%噻虫胺FS)。再参照预试验结果，分别设置5个处理组(浓度见表1)开展正式试验。每个处理组10只鸟，雌雄各一半，不设重复，噻虫嗪SC和FS、噻虫胺SC和FS使用去离子水配制成所设浓度后，对试验用鸟进行称重，按每100 g体重1 mL剂量使用注射器由低浓度至高浓度对鸟进行灌喂供试药液；噻虫嗪TC和噻虫胺TC使用胶囊灌胃法，将试验用鸟称重标记后，称取对应鸟体重的供试农药并装入胶囊中，对鸟进行灌喂含药胶囊，并设置空白对照，饲喂无农药污染的饲料及饮用水，每隔24 h观察并记录中毒症状和死亡数，试验周期为7 d，试验温度25～28 ℃、相对湿度50%～75%和光暗比L∶D=16∶8。

表1 供试农药处理组浓度Table 1 Concentration of test pesticide treatment group

1.4 数据的统计分析

使用Excel对毒性试验结果进行统计，并用SPSS 19.0软件计算半致死剂量(median lethal dose，LD50)、回归方程及95%置信限。

1.5 毒性等级划分

参照《化学农药环境安全评价试验准则》(中华人民共和国农业部，2014)进行毒性等级划分：剧毒(LD50≤10 mg·kg-1)、高毒(10 mg·kg-1

1.6 初级风险评估

参照《农药登记环境风险评估指南》 (农业部种植业管理司，2016)，采用产品的急性毒性试验数据或欧盟公开数据库中鸟类短期饲喂和繁殖毒性数据，分别计算噻虫嗪和噻虫胺对鸟类的急性(acute)、短期(short-term)和长期(long-term)预测无效应剂量(predictd no effect dose， PEND)。结合田间推荐用药量和农药使用方法，预测噻虫嗪和噻虫胺对鸟类的急性、短期和长期预测暴露剂量(predicted exposure dose，PED)。通过PED/PNED计算相应风险商值(risk quotient, RQ) ：以RQ≤1为风险可接受；RQ>1为风险不可接受。根据Health and Consumer Protection Directorate-General发布的报告显示，噻虫嗪和噻虫胺对鸟类的短期饲喂LD50分别为>2503、>752 mg·kg-1·d-1，对鸟类繁殖的长期无可见作用剂量(no observed effect dose， NOED)分别为29.4、56.8 mg·kg-1·d-1，以此数据进行鸟类短期和长期的风险分析。

1.6.1 喷雾场景预测暴露剂量计算 30%噻虫嗪SC和20%噻虫胺SC的农药标签施用方式为喷雾，因此选择在喷雾场景下分别计算对鸟类的急性、短期和长期的PED。计算公式分别为：

PEDacute=FIRBW·d×RUD90×AR×MAF90×10-3

PEDshort-term=FIRBW·d×RUDmean×AR×MAFmean×10-3

PEDlong-term=PEDshort-term×ftwa

式中：FIR为食物摄食量(food intake rate)，FIRBW·d为每克体重每日食物摄食量；RUD为单位残留量(residue per unit dose)，RUD90或RUDmean为食物农药残留量(第90百分位或算数平均值)；AR为施用量(application rate)，以AR为单位面积农药最高施药剂量；MAF为多次施药因子(multiple application factor)，MAF为RUD对应的多次施药因子；twa为时间加权平均(time weighted average)，以ftwa为时间加权平均因子，默认值0.53。

1.6.2 种子处理场景预测暴露剂量计算 42%噻虫嗪FS和46%噻虫胺FS施用方法为拌种染毒，因此选择在种子处理暴露场景下分别计算对鸟类的急性、短期和长期的PED。计算公式分别为：

PEDacute或PEDshort-term=FIRBW·d×ARS×10

PEDlong-term=PEDacute×ftwa

式中：ARS为单位质量种子的最高农药使用剂量。

1.6.3 预测无效应剂量计算 根据噻虫嗪和噻虫胺SC或FS试验终点急性经口LD50、短期饲喂LD50、长期繁殖NOED与不确定性因子(uncertainty factor， UF)分别计算急性、短期和长期PNED。计算公式：

式中：EnP为毒性试验终点(endpoint)；UF为不确定性因子(急性与短期UF=10，长期UF=5)。

2 结果与分析

2.1 试验终点和毒性等级

在急性经口毒性试验中，空白对照未出现死亡和异常行为，噻虫嗪与噻虫胺对鹌鹑都具有一定毒害作用，均会导致试验鹌鹑出现精神萎靡、羽毛竖立和蓬松、平躺等中毒症状。由表2可知，各供试农药处理组1～5的鹌鹑死亡率分别为10%、30%、50%、60%、80%(98%噻虫嗪TC)，20%、30%、50%、60%、80%(98%噻虫胺TC)，20%、40%、50%、70%、90%(30%噻虫嗪SC)，20%、30%、50%、60%、70%(20%噻虫胺SC)，20%、30%、50%、60%、80%(42%噻虫嗪FS)，10%、20%、40%、60%、70%(46%噻虫胺FS)。

表2 日本鹌鹑7 d的死亡率Table 2 7 day death rate of C. japonica

由表3可知，98%噻虫嗪TC、30%噻虫嗪SC和42%噻虫嗪FS对日本鹌鹑的7 d-LD50分别为1500、481、266 mg·kg-1，根据毒性等级标准划分为低毒、中毒、中毒，可见，噻虫嗪悬浮剂和种子处理悬浮剂对日本鹌鹑的毒性高于原药；98%噻虫胺TC、20%噻虫胺SC和46%噻虫胺FS的7 d-LD50为369、397和1569 mg·kg-1，对鹌鹑的毒性等级依次为中毒、中毒、低毒。这表明噻虫胺种子处理悬浮剂对日本鹌鹑的毒性低于悬浮剂和原药，2种农药的毒性结果说明，原药通过添加不同的辅助剂加工成不同剂型农药后可能增加或降低其对生物的危害。

表3 供试农药对鹌鹑的毒性数据分析Table 3 Analysis of toxicity data of tested pesticides to C. japonica

2.2 初级风险评估

如表4所示，在喷雾场景下，噻虫嗪和噻虫胺对鸟类的急性、短期和长期RQ分别为8.95×10-3、7.85×10-4、1.77×10-2(30%噻虫嗪SC)和9.04×10-2、2.18×10-2、7.64×10-2(20%噻虫胺SC)，2种农药的悬浮剂产品在作物上喷雾施用后对鸟类的急性、短期和长期RQ均<1，风险均可接受。在种子处理场景下，噻虫嗪和噻虫胺对鸟类的急性、短期和长期RQ分别为31.6、3.36、75.7(42%噻虫嗪FS)和4.40、9.18、32.2(46%噻虫胺FS)，噻虫嗪和噻虫胺的种子处理悬浮剂产品对鸟类的急性、短期和长期RQ>1，风险不可接受。

表4 供试农药对鸟类的风险商值与风险表征Table 4 Risk quotient and risk characterization of tested pesticides on

3 讨论

预试验和正式试验的环境条件满足日本鹌鹑正常生长，空白对照组试验鹌鹑均未发生死亡及异常行为。根据预试验结果推测，引起日本鹌鹑50%死亡的浓度范围分别为1000～2000 mg·kg-1(98%噻虫嗪TC和46%噻虫胺FS) ，250～500 mg·kg-1(98%噻虫胺TC、20%噻虫胺SC和42%噻虫嗪FS)，250～1000 mg·kg-1(30%噻虫嗪SC)。正式试验中，98%噻虫嗪TC、98%噻虫胺TC、30%噻虫嗪SC、20%噻虫胺SC、42%噻虫嗪FS和46%噻虫胺FS对日本鹌鹑的半致死剂量7 d-LD50分别为1500、369、481、397、266和1569 mg·kg-1，介于预试验预测的50%死亡浓度范围。参照试验准则，供试农药对试验日本鹌鹑的毒性等级依次低毒、中毒、中毒、中毒、中毒和低毒，说明本研究中噻虫嗪与噻虫胺的3种剂型产品对日本鹌鹑均存在一定毒害作用。噻虫嗪的悬浮剂和种子处理悬浮剂对日本鹌鹑的急性毒性高于原药，可能是制剂产品中辅料具有一定的毒性或增加了有效成分的吸收。吴若函等(2016)测试的25%噻虫嗪水分散粒剂对日本鹌鹑的急性经口毒性LD50为243 mg·kg-1，邓兆荣(2013)采用噻虫嗪原药加工制备的20%噻虫嗪悬浮剂对鸟类的急性经口毒性LD50为163 mg·kg-1，相关研究结果也与本研究相似，制剂毒性高于原药。噻虫胺的悬浮剂产品与原药毒性相当，而种子处理悬浮剂的毒性低于原药，可能是制剂产品和工艺日益更新，种子处理悬浮剂产品的技术更加优化，原药制备为产品后毒性有所降低。

噻虫嗪和噻虫胺的悬浮剂直接喷雾于植株表面，会在植物表面残留，另有部分漂移至土壤或吸收进入植物体内；2种农药的种子处理悬浮剂包裹于种子表面，与种子一起进入土壤，并经根系吸收、转运分布于各组织，这可能导致鸟类摄食植物叶片、种子或土壤而发生暴露风险。故仅根据毒性判定供试农药施用后对鸟类的风险具有一定局限，应结合田间用药量与施用方式等综合评估风险。

在悬浮剂喷雾场景下，30%噻虫嗪SC和20%噻虫胺SC对鸟类急性、短期和长期暴露的RQ<1，对鸟类的风险可接受。在种子处理场景下，42%噻虫嗪FS与46%噻虫胺FS对鸟类急性、短期和长期暴露的RQ均>1，风险不可接受。噻虫嗪和噻虫胺的悬浮剂对鸟类的风险可接受，说明该农药在农田施用后对鸟类较为安全，可根据用药指导正常使用，而噻虫嗪与噻虫胺种子处理悬浮剂对鸟类的风险不可接受，说明玉米种子经供试农药处理且施用在田间后可能对鸟类产生危害。在种子处理场景中，种子播种后尽可能覆土或覆膜，减少种子直接暴露被鸟类取食，在鸟类保护区域应避免使用噻虫嗪和噻虫胺种子处理悬浮剂，以减轻农药施用对鸟类的危害。

自然界中鸟的种类繁多，不同鸟类对毒物的敏感度不同，本研究中鸟的种类有限，且供试农药对鸟类的短期饲喂和长期繁殖的实际毒性数据尚缺乏。为了更完善、准确地评估新烟碱农药噻虫嗪和噻虫胺对鸟类的暴露风险，还需使用不同种类的鸟，同时结合田间实际残留数据开展高级风险评估。