3 种稻田除草剂对克氏原螯虾的急性毒性效应

袁 泉,田志慧,邱逸忱,吕巍巍,孙小淋,黄伟伟,周文宗*

(1 上海市农业科学院生态环境保护研究所,上海 201403;2 国家农业科学农业环境奉贤观测试验站,上海 201403;3上海颖豚农业科技有限公司,上海 201716)

21 世纪以来,我国稻渔产业迅猛发展。 2019 年,全国稻田养殖面积达231.75 万hm2,仅次于池塘养殖面积[1]。 稻渔种养模式众多,其中稻虾(克氏原螯虾Procambarus clarkii,俗称小龙虾)产业规模最大,总产值超过4 000 亿元人民币。 2020 年,全国小龙虾年产量达239.37 万t,其中86.15%来自稻田养殖;小龙虾稻田养殖面积达145.64 万hm2,占全国稻渔种养总面积的49.22%[2]。 水产行业标准《稻渔综合种养技术规范》中明确规定稻渔综合种养应以水稻稳产为前提,而草害是影响稻谷产量的重要因素,稻虾生产过程中不可避免使用除草剂。 农药通常只有1%左右能有效作用于靶生物,其余的都进入水体或土壤[3],可能对养殖生物产生直接或间接的毒害作用。 研究发现,水体中多种除草剂检出率高达100%[4],因此,探讨常用除草剂对克氏原螯虾的急性毒性效应对稻虾生产中应用低毒高效的除草剂具有重要的指导意义。

国内关于杀虫剂对克氏原螯虾急性毒性的报道较多,而关于除草剂的研究则相对较少。 吴雷明等[5]研究认为,乙草胺和丙草胺可在稻田综合种养生产过程中按常规剂量使用,而丁草胺按常规计量使用可能对幼虾产生一定的危害。 喻记新[6]研究了苄嘧磺隆-乙草胺对克氏原螯虾幼虾的急性毒性效应,其96 h半致死浓度为145.2 mg∕L,属于低毒,与吴雷明等[5]和林伟等[7]研究结果一致。 此外,草甘膦对克氏原螯虾幼虾的毒性也较低,其安全浓度为659 mg∕L[8]。 国外也有较多学者研究了除草剂对克氏原螯虾生理的影响[9-10]。 但有关氢氟草酯、五氟磺草胺和氟酮磺草胺对克氏原螯虾的急性毒性效应鲜见报道,本试验通过研究氢氟草酯、五氟磺草胺和氟酮磺草胺3 种稻田常用除草剂商品制剂对克氏原螯虾幼虾的急性毒性,以期为稻虾综合种养模式下采用化学方法科学防控稻田杂草提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 实验动物

克氏原螯虾(Procambarus clarkii)来自上海市农业科学院庄行综合试验站,为自繁自养的幼虾。 在正式试验相同条件下暂养1 周,每天投喂商业配合饲料1 次,及时清除残饵和粪便,暂养期间其死亡率低于5%。 挑选规格整齐、附肢齐全的克氏原螯虾幼虾为试验对象,其体质量为(2.31 ±0.63)g,试验前24 h 停止喂食。

1.2 试验药品

试验所用药剂为商品制剂分别为:1 ×105mg∕L 氢氟草酯乳油(陶氏益农中国有限公司),25 ×103mg∕L五氟磺草胺可分散油悬浮剂(陶氏益农中国有限公司),19%氟酮磺草胺悬浮剂[拜耳(中国)有限公司]。其中,五氟磺草胺和氟酮磺草胺是常用于移栽稻田的芽前处理除草剂,氢氟草酯是常用的茎叶处理除草剂。 试验药剂先用蒸馏水配成母液,根据需要进行稀释,现配现用。

1.3 试验方法

试验在上海市农业科学院庄行综合试验站玻璃温室大棚内开展,在内径为46 cm ×32 cm ×16.8 cm塑料箱中进行,试验用水为经过24 h 充分曝气的自来水,每个塑料箱盛放水和药液的总体积为5 L,每个塑料箱中放6 尾试验虾。 试验期间,自然光照周期为12 L∶12 D,水温(20.95 ±2.20) ℃,pH(7.16 ±0.12),溶氧含量(8.59 ±0.32) mg∕L,不喂食。

采用半静态方式水生生物急性毒性试验法[11]。 根据预试验结果,氟酮磺草胺悬浮剂100 mg∕L 时,96 h 克氏原螯虾死亡数为0,已达到限度试验质量浓度,故正式试验设置为100 mg∕L。 氢氟草酯乳油质量浓度梯度设置为0.02、0.04、0.08、0.16、0.32、0.64、1.28 mg∕L;五氟磺草胺质量浓度梯度为2.5、5、10、20、40、80 mg∕L,每个梯度处理设置3 个重复,每种农药均设一个对照组(不加农药)。 分别于6、24、48、72、96 h观察并记录试验虾的中毒症状和死亡数,及时清除死虾和蜕壳,并作好试验记录。 用玻璃棒轻触虾体,经多次刺激无反应则视为死亡[5]。

1.4 数据处理

采用线性回归法计算各受试农药的浓度与死亡率之间的关系表达式[12],并依据关系表达式计算克氏原螯虾24、48、72 h 和96 h 半致死浓度(LC50)。

按照最高推荐使用剂量,平均水深0.05 m,计算氢氟草酯、五氟磺草胺、氟酮磺草胺的平均用药浓度,分别为0.21、0.07、0.06 mg∕L。

参照《化学农药环境安全评价试验准则》进行毒性等级划分。 按鱼类半致死浓度LC50(96 h)值,将农药对鱼类毒性等级划分为4 个等级:剧毒(LC50≤0.1 mg∕L),高毒(0.1 mg∕L ＜LC50≤1.0 mg∕L),中毒(1.0 mg∕L ＜LC50≤10 mg∕L),低毒(LC50＞10 mg∕L)。

根据安全浓度(SC)计算公式:SC=0.3 ×TLm48∕(TLm24∕TLm48)2,计算3 种除草剂对克氏原螯虾的安全浓度,其中TLm48为48 h 的LC50,TLm24为24 h 的LC50。

2 结果与分析

2.1 3 种除草剂对克氏原螯虾死亡率和蜕壳率的影响

从表1 可见,克氏原螯虾在浓度为2.5、5.0 mg∕L 的五氟磺草胺溶液中暴露96 h 出现死亡现象,但在浓度为0—10 mg∕L 的五氟磺草胺溶液中暴露72 h 以内无死亡现象,说明低浓度( ＜10 mg∕L)的五氟磺草胺溶液短期暴露( ＜72 h)对小龙虾的存活无明显威胁。 当五氟磺草胺浓度达到20 mg∕L 以上时,克氏原螯虾暴露48 h 后即开始死亡,随着浓度的增加,死亡率上升。 克氏原螯虾在浓度为0.02、0.04、0.08 mg∕L的氰氟草酯溶液中暴露96 h 以内均出现死亡现象;当氰氟草酯浓度为0.16 mg∕L 时,克氏原螯虾暴露24 h即开始死亡,且死亡率随着暴露时间的延长而增加。 浓度为100 mg∕L 的氟酮磺草胺溶液对克氏原螯虾的短期暴露死亡率为16.67%(48—96 h)。

表1 3 种除草剂对克氏原螯虾暴露24、48、72 h 和96 h 死亡率和蜕壳率的影响Table 1 Effects of 3 herbicides on mortality and molting rate of Procambarus clarkii exposed to 24,48,72 h and 96 h

从表1 可见,五氟磺草胺基本浓度为2.5 mg∕L 和5 mg∕L 时,克氏原螯虾均出现了蜕壳现象,蜕壳率与对照组基本一致;而五氟磺草胺基本浓度为10 mg∕L 及以上时均未观察到克氏原螯虾蜕壳现象,说明高浓度的五氟磺草胺溶液可能会抑制虾的蜕壳。 氰氟草酯对克氏原螯虾蜕壳率的影响与五氟磺草胺有较大不同,氰氟草酯基本浓度为0.02—0.32 mg∕L 时,克氏原螯虾暴露24 h 即观察到蜕壳现象,且蜕壳后的软体虾会全部死亡。 基本浓度0.02—0.32 mg∕L 的氰氟草酯溶液对克氏原螯虾的死亡率和蜕壳率影响具有一致性,说明氰氟草酯对造成克氏原螯虾蜕壳后死亡具有直接影响。 克氏原螯虾在基本浓度为100 mg∕L 的氟酮磺草胺溶液中可以顺利蜕壳。

2.2 3 种除草剂对克氏原螯虾的急性毒性效应

19%氟酮磺草胺悬浮剂质量浓度为100 mg∕L 时,96 h 克氏原螯虾的平均死亡率为16.67%,为低毒农药。 25 g∕L 五氟磺草胺96 h 克氏原螯虾半致死浓度LC50＞10 mg∕L,毒性等级为低毒。 100 g∕L 氢氟草酯乳油96 h 半致死浓度LC50＜1 mg∕L,毒性等级为高毒(表2)。 3 种农药对克氏原螯虾幼虾的毒性大小依次为:氢氟草酯＞五氟磺草胺＞氟酮磺草胺。 氢氟草酯对克氏原螯虾的96 h 半致死浓度(LC50)为0.602 5 mg∕L,安全浓度(SC)为0.03 mg∕L;五氟磺草胺对克氏原螯虾的96 h 半致死浓度(LC50)为40.622 5 mg∕L。 综上,五氟磺草胺和氟酮磺草胺可在稻田综合种养生产过程中按常规剂量使用,而氢氟草酯按常规剂量(推荐使用最高剂量为0.209 9 mg∕L)使用可能存在较大的风险,应注意对施用剂量的控制。

表2 3 种稻田除草剂对克氏原螯虾急性毒性回归方程、LC50及毒性等级的影响Table 2 Effects of 3 herbicides on acute toxicity regression equation,LC50 and toxicity grade of Procambarus clarkii

3 讨论与结论

3.1 3 种除草剂对克氏原螯虾的急性毒性效应

本研究表明,3 种农药对克氏原螯虾幼虾的毒性大小依次为氰氟草酯＞五氟磺草胺＞氟酮磺草胺,按照农药对水生生物的毒性等级划分,氰氟草酯对克氏原螯虾幼虾高毒,五氟磺草胺和氟酮磺草胺对克氏原螯虾幼虾低毒。 同种农药对不同水生生物的毒性存在显著差异,使用有效成分含量相同的氰氟草酯和五氟磺草胺对台湾泥鳅的96 hLC50分别为26.1 mg∕L 和25.2 mg∕L,对台湾泥鳅均是中毒,且五氟磺草胺对台湾泥鳅的毒性高于氰氟草酯[13];氰氟草酯对斑马鱼成鱼的96 hLC50为4.05 mg∕L[14],毒性等级为中毒,97%氰氟草酯原药对斑马鱼的急性毒性也是中毒等级[15];五氟磺草胺对泥鳅和大鳞副泥鳅的96 hLC50分别为26.99 mg∕L 和28.96 mg∕L[16]。

不同的除草剂对克氏原螯虾的急性毒性存在显著差异。 除本研究中发现氰氟草酯对克氏原螯虾高毒之外,其他已报道的除草剂对克氏原螯虾的急性毒性效应整体表现较弱,如除草剂草甘膦对克氏原螯幼虾的毒性最低[8],除草剂稻太郎、稻黄金[7]、乙草胺、丙草胺、丁草胺[5]等对克氏原螯虾均是低毒。

3.2 稻虾共作稻田除草剂的安全使用

近年来,稻虾产业迅猛发展,目前我国稻田除草剂使用量占水稻农药总用量的60%,使用面积占水稻种植面积的90%以上[17],评估不同种类除草剂对克氏原螯虾的毒性效应越来越受到重视,使用剂量低、杀草谱广、安全性好的除草剂显得尤为重要。 氰氟草酯是唯一对水稻具有高度安全性的药剂,具有高效的内吸传导作用,在国内外应用相当广泛。 但本研究表明,氰氟草酯对克氏原螯虾幼虾具有高毒性,在稻虾共作稻田应慎用,应对其使用方法及其对克氏原螯虾的毒性作用进行深入的研究,为指导该药剂在稻虾共作稻田中的正确使用提供理论指导。 五氟磺草胺是芽前除草剂,通过抑制乙酰乳酸合成酶(ALS)而起作用,具有广谱性,可有效去除稻田中的多种杂草,如对稻田稗草、扁秆藨草均有较好的防效[18]。 本研究中,该除草剂对克氏原螯虾为低毒性,建议在稻虾共作稻田中按常规剂量使用。 田志慧等[19]研究表明,氟酮磺草胺对千金子和水苋菜属杂草无效,对稗、丁香蓼、异型莎草和水三棱的株数防效高达94.76%—100%;周明等[18]研究认为,氟酮磺草胺对扁秆藨草的防效较差。 综上,氟酮磺草胺虽然对克氏原螯虾低毒,但作为移栽稻田的芽前处理除草剂,其对稻田杂草的广谱处理效果低于五氟磺草胺,因此可选用五氟磺草胺作为稻虾共作稻田的芽前除草剂。