三種農藥拌種后在土壤-水稻系統中的遷移和分布

楊聽雨　楊邦保　閆小龍　耿韌華　萬群　程金金　余向陽

摘要： 農藥拌種處理已成為農藥精簡化使用的重要手段，農藥拌種后在土壤-作物系統中的遷移和分布會直接影響農藥的利用率以及安全性，但目前相關研究較少。本研究采用田間試驗方法，研究了氯蟲苯甲酰胺、噻呋酰胺和三氟苯嘧啶3種農藥拌種后在土壤-水稻系統的遷移和分布特征。結果表明，種子拌農藥播種后15 d時，分別有0.43%、0.84%和0.03%的氯蟲苯甲酰胺、噻呋酰胺和三氟苯嘧啶分布于水稻植株中。此時，3種農藥的消減率分別達到了39.39%、49.83%和97.21%，表明在育苗階段拌種的農藥已有較大程度的損失。移栽后，3種農藥在水稻植株、根際中的含量隨時間延長不斷降低。收獲時，水稻根際和稻谷中3種農藥殘留量均小于0.01 mg/kg，表明3種農藥拌種處理對生態環境友好，稻米食用的安全性較高。本研究結果對于提高拌種農藥的利用率和保障其安全性有重要意義。

關鍵詞： 農藥拌種；氯蟲苯甲酰胺；噻呋酰胺；三氟苯嘧啶；遷移；水稻；土壤

中圖分類號： S481.8 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-4440（2023）02-0405-08

Migration and distribution of three pesticides in soil-rice system after seed dressing

YANG Ting-yu¹， YANG Bang-bao²， YAN Xiao-long²， GENG Ren-hua²， WAN Qun²， CHENG Jin-jin²，YU Xiang-yang²

（1.Jiangsu University， Zhenjiang 212013， China；2.Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing 210014， China）

Abstract： Seed treatment has become an important means to simplify the use of pesticide. The migration and distribution of pesticides in soil-rice system after seed dressing can directly affect their utilization and safety， but there are few relevant studies at present. In this study， field experiments were conducted to reveal the migration and distribution characteristics of chlorantraniliprole， thifluzamide and triflumezopyrim in the soil-rice system after seed dressing. The results showed that 0.43%， 0.84% and 0.03% of chlorantraniliprole， thifluzamide and triflumezopyrim were distributed in the rice plants after 15 days of sowing， respectively. At this time， the reduction rates of the three pesticides reached 39.39%， 49.83% and 97.21%， respectively， indicating that the seed treating pesticides had been largely lost in the seedling stage. After transplanting，the contents of three pesticides in rice plants and rhizosphere decreased with time. At harvest， the residues of three pesticides in the rhizosphere and grain of rice under different treatments were all less than 0.01 mg/kg，indicating that the three pesticides were ecologically friendly to the environment and the safety of rice consumption was high. The results are of great significance for improving the utilization rate of pesticides and ensuring their safety under seed treatment.

Key words： pesticide seed dressing；chlorantraniliprole；thifluzamide；triflumezopyrim；migration；rice；soil

使用農藥拌種防治病蟲害省工節本效果顯著，已成為當前農藥減量的重要途徑^[1]。稻縱卷葉螟、稻飛虱和紋枯病是水稻生產中3種重要的病蟲害，嚴重威脅水稻產量和品質^[2-3]。由于具有優良的內吸傳導性、持效期長、防治效果好等優點，氯蟲苯甲酰胺、三氟苯嘧啶和噻呋酰胺被發現可通過拌種包附于種子表面，然后通過水稻根系吸收傳輸到植株地上部實現對靶標病蟲害如稻縱卷葉螟、稻飛虱和紋枯病等的持續防治^[4-6]。氯蟲苯甲酰胺已在中國、美國、巴西、日本、印度、緬甸、墨西哥和阿根廷等多個國家登記和上市，被用于水稻、玉米、大豆和棉花等農作物的種子處理^[7]。通過中國農藥信息網（http：//www.chinapesticide.org.cn/）查詢發現，噻呋酰胺作為拌種藥劑目前在中國市場上主要用在水稻、花生和馬鈴薯等作物上。三氟苯嘧啶是新型介離子嘧啶酮類殺蟲劑，具有作用機理新穎、與其他殺蟲劑無交互抗性、持效期長、對病蟲害天敵安全等諸多優點，2017年10%三氟苯嘧啶懸浮劑在中國獲準用于稻飛虱的防治^[8]。已有研究結果表明，氯蟲苯甲酰胺、三氟苯嘧啶和噻呋酰胺通過種子處理方式可長效防控水稻生長前中期的稻縱卷葉螟、稻飛虱和紋枯病^[9]。然而，不少學者對拌種農藥的環境風險產生了擔憂^[10]。據測算，采用拌種處理，僅有2%～20%的新煙堿類農藥可以被靶標作物吸收傳輸到植株地上部發揮防效^[11]。未被靶標作物吸收的農藥可殘留于土壤中、遷移至水體或被非靶標植物吸收進而產生潛在的環境風險^[12]。

氯蟲苯甲酰胺、三氟苯嘧啶和噻呋酰胺在土壤中的吸附、解吸、降解、淋溶以及被植物吸收等遷移和分布方式已受到廣泛關注^[13-15]。這3種農藥的溶解度、正辛醇-水分配系數等性質差異較大（表1），導致它們在淋溶特性、降解半衰期、植物吸收等方面也存在較大差異^[16-18]。氯蟲苯甲酰胺、三氟苯嘧啶和噻呋酰胺隨水稻種子進入土壤后，將同時向土壤、根系和莖葉等部位進行遷移。但關于拌種農藥氯蟲苯甲酰胺、三氟苯嘧啶和噻呋酰胺在土壤-水稻系統的遷移和分布特征目前仍缺乏系統研究。

本研究擬采用田間試驗，探究不同用量氯蟲苯甲酰胺、三氟苯嘧啶和噻呋酰胺拌種后，在土壤-水稻系統的遷移分布，為正確認識種子處理農藥進入土壤后的遷移和分布，以及為提高拌種農藥的利用率和保障環境安全提供指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點位于江蘇省鎮江市農業科學院農業科技創新中心行香基地（119.311 1°E，31.964 6°N），地勢平坦，土壤肥力均勻，灌排能力良好。土壤類型為板漿白土，pH值為7.1，有機質含量為17.8 g/kg，土壤全氮含量為1.1 g/kg，速效磷含量為34.5 mg/kg，速效鉀含量為71.4 mg/kg。

1.2 材料、試劑與儀器

供試水稻品種為江蘇省丘陵地區粳稻主栽品種南粳9108。水稻種植方式為旱育秧，2021年6月5日拌種、播種，2021年6月20日人工移栽至大田。供試拌種藥劑分別為美國杜邦公司生產的20%氯蟲苯甲酰胺懸浮劑，美國陶氏益農公司生產的24%噻呋酰胺懸浮劑和美國杜邦公司生產的10%三氟苯嘧啶懸浮劑。

主要試劑：乙腈（德國默克公司產品）、無水硫酸鎂（上海安譜科學儀器有限公司產品）、氯化鈉（上海安譜科學儀器有限公司產品）、C18（上海安譜科學儀器有限公司產品）、PSA（上海安譜科學儀器有限公司產品）。

主要儀器：液相色譜-串聯質譜儀（型號SCIEX Triple Quad^TM5500+，美國AB Sciex公司產品）、離心機（型號Centrifuge 5804 R，美國Eppendorf公司產品） 、研磨機（型號A 11，德國IKA公司產品）、高速粉碎機（型號FW 80，天津泰斯特公司產品）、多管渦旋振蕩器（型號SCDEALL VX-Ⅲ，北京安簡公司產品）。

1.3 試驗設計

試驗設置9個藥劑處理和1個清水對照。9個藥劑處理分別為3種農藥的低、中、高3種用量的拌種處理，低、中、高3種用量分別為3種農藥推薦拌種劑量的最低、中間和最高值^[4-6]。每1 kg種子拌種所用氯蟲苯甲酰胺設置為500 mg、1 250 mg、2 000 mg，所用噻呋酰胺設置為2 500 mg、5 000 mg、7 500 mg，所用三氟苯嘧啶設置為250 mg、750 mg、1 250 mg。每個處理重復3次，試驗共設置30個田間小區，每個試驗小區規格為5 m×8 m，小區之間用泥埂隔離，所有處理隨機排列。

拌種方法采用人工濕拌法^[5]。拌種前將水稻種子置于網袋中，清水浸泡48 h后瀝水24 h。根據試驗設置稱取農藥，加入紅色指示劑并加入去離子水，使藥液和種子質量比為1∶25。將瀝干后的種子和藥液加入加厚塑料自封袋中，快速翻動攪拌，待種子呈現均勻紅色后平鋪于紙上，陰干備用。

1.4 樣品采集和測定

拌種后（6月5日）采用4分法采集種子樣品，測定種殼和種胚中農藥含量。拌種后當天播種，播種后15 d（移栽前），在苗床上采集5 cm×5 cm的帶苗土樣3塊，帶回實驗室分離出種殼、植株和基質土壤樣品，測定種殼、基質土壤、水稻根和水稻莖葉中農藥含量。拌種后30 d、60 d、90 d和收獲時，按S型采樣法，每個小區采集水稻植株6株。用窄口鐵锨將土壤及植株連根挖起帶回實驗室，挖深25 cm，采用抖根法收集根際，剪下水稻植株并用鑷子收集根系樣品，分別獲得根際、莖葉、稻殼、糙米和根系樣品，測定各樣品中農藥含量。

樣品前處理：水稻根系和莖葉清洗干凈并用吸水紙吸干表面水分后，加入液氮研磨粉碎備用。稻谷進行脫粒、研磨，制備成糙米和稻殼樣品。種子樣品凍干后，用尖頭鑷子將種殼和種胚分離，稱量種殼和種胚的質量，用粉碎機分別將種殼和種胚粉碎備用。土壤樣品凍干后，用粉碎機粉碎備用。根系和種殼樣品稱取0.20 g，加入2 ml水、5 ml色譜純乙腈。莖葉稱取2.00 g，加入10 ml水、10 ml色譜純乙腈?；|土壤或根際取1.00 g，加入2 ml水、5 ml色譜純乙腈。稻殼稱取2.00 g，加入4 ml水、10 ml色譜純乙腈。種胚和糙米取5.00 g，加入10 ml水、25 ml色譜純乙腈。

操作方法為將樣品準確稱量至離心管中，先加入水渦旋震蕩20 min潤濕樣品，然后加入色譜純乙腈渦旋震蕩提取30 min。按照NaCl∶水=1∶2的質量比加入NaCl，渦旋振蕩5 min后3 500 r/min離心5 min使乙腈和水相分層。用移液槍移取1 ml上清液于2 ml塑料離心管中，并加入0.150 g無水MgSO₄、0.025 g C18和0.025 g PSA，渦旋混勻30 s后于8 000 r/min離心2 min。上清液用0.22 μm有機系濾膜過濾，種殼樣品上清液在測定前稀釋100倍，待LC-MS/MS（liquid chromatography tandem mass spectrometry）測定。

色譜條件：Kinetex F5色譜柱（100.0 mm×3.0 mm，2.6 μm），流動相為0.1%甲酸水溶液（A）和乙腈（B），柱溫為40 ℃，進樣體積為2 μl，梯度洗脫條件見表2。

質譜條件：檢測方法為多重反應檢測，gas1（N₂）、gas2（N₂）壓強為379 212 Pa，離子源溫度為550 ℃。負電離模式下，噴霧電壓為-4 500 V；正電離模式下，噴霧電壓為5 500 V。MRM參數見表3。在0.01～0.50 mg/L，3種農藥的含量與其峰面積具有良好的線性關系，相關系數均高于0.995 2?；|土壤、根際、稻殼、種胚和糙米中3種農藥的最低檢測含量均為0.01 mg/kg，根系和種殼中3種農藥的最低檢測含量為0.25 mg/kg。每種拌種用農藥添加量設為0.05 mg/kg、0.10 mg/kg和 0.50 mg/kg，分別添加到稻殼、糙米、根、莖葉和土壤中，3種農藥的添加回收率分別為：氯蟲苯甲酰胺86%～98%、噻呋酰胺84%～97%、三氟苯嘧啶84%～97%（表4），滿足農藥殘留檢測要求。

1.5 數據分析

農藥由根向莖葉轉移系數=莖葉中農藥含量/根中農藥含量，其值越大，表明農藥越容易從植物根向莖葉遷移。

試驗數據采用Excel 2019和SPSS 18.0進行統計分析和繪圖。差異顯著性檢驗采用單因素方差分析法進行，顯著性水平為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 拌種后農藥在種殼和種胚上的分布

農藥按預設用量拌種后，種子中3種農藥的實測含量與拌種用量的關系如圖1所示。其中，500 mg/kg、1 250 mg/kg和2 000 mg/kg用量的氯蟲苯甲酰胺拌種后，其在種子上的實測含量分別為400 mg/kg、1 140 mg/kg和1 840 mg/kg；2 500 mg/kg、5 000 mg/kg和7 500 mg/kg用量的噻呋酰胺拌種后，其在種子上的實測含量分別為2 010 mg/kg、4 470 mg/kg和7 000 mg/kg； 250 mg/kg、750 mg/kg和1 250 mg/kg用量的三氟苯嘧啶拌種后，其在種子上的實測含量分別為200 mg/kg、660 mg/kg和1 130 mg/kg，由于拌種器具內壁粘附，導致種子上藥劑實測含量低于拌種用量。隨著拌種用量的增加，種子中3種農藥實測含量與拌種用量的比值不斷提高，種子中3種農藥的實測含量均達到拌種用量的80.00%以上。

3種農藥拌種后種殼和種胚中農藥含量比見圖2。結果表明，拌種后分別有93.12%的氯蟲苯甲酰胺、91.75%的噻呋酰胺和96.69%的三氟苯嘧啶分布于種殼中，因此種殼是拌種農藥的主要載體。

2.2 育苗期種殼中農藥含量動態

水稻種子在育苗盤中發芽出苗至待移栽時（播種后15 d），種殼中農藥含量相比于播種時大幅降低（圖3）。種殼中氯蟲苯甲酰胺含量分別由2 440 mg/kg、6 930 mg/kg和1 1240 mg/kg降低至1 310 mg/kg、3 230 mg/kg和3 740 mg/kg，下降幅度分別達到46.31%、53.39%和66.73%。種殼中噻呋酰胺含量分別由12 090 mg/kg、26 870 mg/kg和42 050 mg/kg降低至3 820 mg/kg、7 910 mg/kg和9 170 mg/kg，下降幅度分別達到68.40%、70.56%和78.19%。種殼中三氟苯嘧啶含量分別由1 300 mg/kg、4 180 mg/kg和7 130 mg/kg降低至330 mg/kg、570 mg/kg和710 mg/kg，下降幅度分別達到74.62%、86.36%和90.04%。種殼中3種農藥的含量下降幅度表現為三氟苯嘧啶>噻呋酰胺>氯蟲苯甲酰胺。對比播種后15 d時種殼中農藥的含量可以發現，不同用量農藥拌種處理的種殼中噻呋酰胺和三氟苯嘧啶含量已無顯著差異，低用量氯蟲苯甲酰胺拌種處理的種殼中氯蟲苯甲酰胺含量顯著低于中、高用量拌種處理。

2.3 三種農藥在水稻根際、根及莖葉中的分布

種殼中的農藥與育苗土直接接觸進而向其中遷移。播種后15 d時，育苗土中3種農藥含量均大幅增加（圖4）。3種農藥低、中、高用量拌種處理播種后15 d時，育苗土中氯蟲苯甲酰胺含量分別為3.51 mg/kg、12.43 mg/kg和31.52 mg/kg，噻呋酰胺含量分別為35.52 mg/kg、62.99 mg/kg和107.7 mg/kg，三氟苯嘧啶含量分別為1.04 mg/kg、2.15 mg/kg和3.58 mg/kg。水稻秧苗移栽至大田后，根際中農藥含量大幅降低。移栽后15 d時（播種后30 d），根際中氯蟲苯甲酰胺含量為0.06～0.07 mg/kg，噻呋酰胺含量為0.17～0.32 mg/kg，三氟苯嘧啶含量為0.01～0.02 mg/kg。

水稻根和莖葉中3種農藥含量動態與根際中3種農藥含量動態一致（圖5、圖6），均表現為隨著播種后時間延長，農藥含量迅速降低并長時間保持在較低的水平，且不同處理間無明顯差異。播種后15 d時，3種用量的氯蟲苯甲酰胺、噻呋酰胺和三氟苯嘧啶由根系向莖葉轉移的轉移系數分別為0.09～0.16、0.08～0.13和0.93～2.53，表明三氟苯嘧啶在水稻植株中由根系向莖葉的遷移能力遠高于噻呋酰胺和氯蟲苯甲酰胺。

播種后，分布于種殼上的農藥除了向根際育苗土、根和莖葉中遷移，還會通過淋溶、降解等方式消減。由圖7可知，播種后15 d時，氯蟲苯甲酰胺、噻呋酰胺和三氟苯嘧啶分別消減了39.39%、49.83%和97.21%。氯蟲苯甲酰胺、噻呋酰胺和三氟苯嘧啶僅分別有0.43%、0.84%和0.03%分布于水稻根和莖葉中。此外，有60.17%的氯蟲苯甲酰胺和49.34%的噻呋酰胺分布于種殼和育苗土中，而僅有2.76%的三氟苯嘧啶分布于種殼和育苗土中。由于農藥性質的不同，導致了不同農藥的去向出現了較大差異。

2.4 三種農藥在土壤和稻谷中的最終殘留量

不同用量的3種農藥拌種處理后，水稻收獲時根際、糙米和稻殼中3種農藥殘留量均低于最低檢測含量（0.01 mg/kg）?！妒称钒踩珖覙藴适称分修r藥最大殘留限量》（GB 2763-2021）規定，氯蟲苯甲酰胺和噻呋酰胺在糙米中的最大殘留限量分別為0.50 mg/kg和3.00 mg/kg。美國和日本發布的大米中三氟苯嘧啶的最大殘留限量為0.40 mg/kg和0.01 mg/kg^[14]。因此，在本研究設置的拌種用量下，3種農藥通過拌種方式施用，稻米食用安全性高。

3 討論

本研究中，播種后15 d，氯蟲苯甲酰胺、噻呋酰胺和三氟苯嘧啶通過降解、淋溶等途徑消減的比例分別為39.39%、49.83%和97.21%，不同農藥之間差異較大。農藥性質如溶解度、正辛醇-水分配系數等是影響農藥在環境中遷移分布的重要因素^[19]。溶解度越大、正辛醇-水分配系數越小的農藥，其水溶性越強，在土壤中的吸附程度越小，越容易淋溶、遷移和被土壤微生物降解^[20-21]。本研究的3種農藥中，三氟苯嘧啶的溶解度（230.00 mg/L）最高、正辛醇-水分配系數（1.23）最低。氯蟲苯甲酰胺和噻呋酰胺的溶解度（0.88 mg/L和1.60 mg/L）遠低于三氟苯嘧啶，而正辛醇-水分配系數（2.86和4.16）遠高于三氟苯嘧啶。因此，由于溶解度和正辛醇-水分配系數的差異，造成了種子中的三氟苯嘧啶更易通過淋溶遷移和被土壤微生物降解等途徑消減。

據文獻報道，氯蟲苯甲酰胺在玉米植株中的轉移系數為0.024～0.108^[22]，三氟苯嘧啶在水稻植株中的轉移系數為0.283～1.190^[18]。本研究中氯蟲苯甲酰胺和三氟苯嘧啶由根系向莖葉轉移的轉移系數分別為0.090～0.160和0.930～2.530，與文獻報道的較為一致。水稻植株根系中農藥向莖葉傳導的難易程度受農藥理化性質的影響。已有研究結果表明，疏水性越弱、水溶性越大、相對分子質量越小的農藥越容易由植物根系向莖葉轉移^[23-24]。本研究發現，三氟苯嘧啶由根系向莖葉轉移能力遠高于噻呋酰胺和氯蟲苯甲酰胺，其原因可能是三氟苯嘧啶疏水性最弱、水溶性最大、相對分子質量最小。

拌種后，分別有93.12%的氯蟲苯甲酰胺、91.75%的噻呋酰胺和96.69%的三氟苯嘧啶分布于種殼中，表明種殼是拌種農藥的重要載體。此外，水稻種子在育苗盤中生長至待移栽時（播種后15 d），種殼中3種農藥含量均大幅降低，且拌種時農藥用量越大農藥流失量越多。以上研究結果表明，減少種殼中農藥的快速流失是提高拌種農藥利用率的關鍵環節之一。據測算，使用新煙堿類農藥拌種處理，有2%～20%的新煙堿類農藥可以被靶標作物根系吸收傳導到植株地上部發揮防效^[11]。本研究中，播種后15 d，氯蟲苯甲酰胺、噻呋酰胺和三氟苯嘧啶在水稻莖葉中的分布比例分別為0.14%、0.23%和0.02%。此階段，有60.46%、49.95%和2.77%的氯蟲苯甲酰胺、噻呋酰胺和三氟苯嘧啶分布于種殼、育苗土和水稻根系中，該部分農藥可進一步通過水稻根系的吸收作用，向水稻植株的莖葉部遷移，對靶標病蟲害產生防效^[25]。因此，農藥拌種處理時，至少有0.14%的氯蟲苯甲酰胺、0.23%的噻呋酰胺和0.02%的三氟苯嘧啶可以被水稻根系吸收傳導到植株地上部發揮作用。本研究3種農藥在水稻莖葉中的分布比例低于文獻報道的數據^[11]，其原因可能為文獻報道的數據主要來源于旱地作物。而本研究的對象是水稻，在其育苗和生長階段，農藥隨水流失量大。

多地殘留試驗結果表明，噴施1～3次氯蟲苯甲酰胺、噻呋酰胺和三氟苯嘧啶防治水稻病蟲害，3種農藥在土壤中的最終殘留分別為ND（未檢出）～0.217 mg/kg^[16]、ND（未檢出）～0.322 mg/kg^[26]和0.010～0.037 mg/kg^[14]。本研究中水稻收獲時，3種農藥在根際中的最終殘留量均小于0.01 mg/kg，土壤中的殘留量較低。但對于其累積污染風險還需設置多年田間試驗進行深入評估。此外，稻谷農藥殘留檢測結果表明，收獲的糙米和稻殼中3種農藥殘留量均小于0.01 mg/kg，糙米中農藥殘留量遠低于中國、美國及日本的限量標準。因此，采用氯蟲苯甲酰胺、噻呋酰胺和三氟苯嘧啶在水稻生產中進行拌種處理，土壤和稻谷產品的安全性都較高。

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（責任編輯：成紓寒）