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BSM CHEMICAL IMPORT & EXPORT CO.,LTD.

59种农药表面活性剂对环境非靶标有益生物的影响

来自话题:#助剂技术
2022-07-11
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      农药助剂是指任何被有意地添加到农药产品中的,能够提高、改善,或者有助于提高、改善该产品的物理、化学性质的化合物或者物质。几乎所有的农药原药都不能直接使用,需要添加各种助剂将其加工成具有实际使用价值的农药制剂。虽然农药助剂本身不具备对靶标生物的灭杀毒性,但并不表明其对人类健康和环境是安全的。据世界农药工业协会统计显示,每年全球使用农药制剂进入环境中的助剂超过100万吨,农药助剂的品种多,在农药制剂中的含量可高达99.99%,我国每年仅用于配制乳油所使用的甲苯、二甲苯等有机溶剂约40万吨,其中二甲苯使用量约为25万吨。这些助(溶)剂经喷施或者雨水冲刷直接进入土壤和水体,严重污染农田、地表水和地下水,可挥发性助剂还会在农药喷施尤其无人机广泛应用过程中造成空气中VOCs增加。大部分助剂属于持久性有机物污染,如N-甲基-2-吡咯烷酮在花粉中浓度高达69.3 mg/L,可持续7 d,其对蜜蜂的繁殖和发育会产生不利影响。由于助剂在农药制剂中占比较大,食物中的助剂残留是否通过生物富集直接或间接危害到人体健康近年来也逐渐受到关注。为了控制农药助剂对人畜健康和环境的危害,美国等国家都制定了禁限用农药助剂清单,2015年农业部农药检定所起草并发布了《农药助剂禁限用名单》(征求意见稿),包含了乙二醇甲醚、壬基酚等9种禁用助剂和苯、甲醇等75种限用助剂,标志着我国开始关注农药助剂的潜在风险。

       在农药助剂中,表面活性剂是应用最广、使用量最大的一类。本研究选取了3类表面活性剂:非离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂,测定其对环境非靶标有益生物蜜蜂、家蚕、大型溞、斑马鱼、绿藻的急性毒性,从而为了解常用农药表面活性剂的毒性,以及环境友好型农药制剂研发提供参考。

1  材料和方法

1.1  供试表面活性剂

       59种农药表面活性剂(表1),均由中农立华生物科技股份有限公司提供,其中包括31种非离子表面活性剂、5种阳离子表面活性剂和23种阴离子表面活性剂,试验过程中所有表面活性剂样品的含量均按100%计。

表1  供试农药表面活性剂的品种

1.2  供试非靶标有益生物

       意大利成年工蜂(Apis mellifera),购自中国农科院蜜蜂研究所;家蚕(Bombyx mori),蚕卵购自山东广通蚕种集团有限公司,品种为菁松×皓月;斑马鱼(Brachydanio rerio),购自北京宏大高峰水族用品经营部;大型溞(Daphnia magna Straus)和羊角月芽藻(Pseudokirchneriella subcapitata)均购自中国科学院水生生物研究所。

1.3  试验方法

1.3.1  蜜蜂急性毒性试验

       对急性经口毒性试验采用饲喂法,用50%的蔗糖水将供试表面活性剂配制成不同浓度药液,装入饲喂器中,管口向下置于试验笼上,将供试蜜蜂引入网笼中摄食;对蜜蜂接触毒性试验采用点滴法,将供试表面活性剂点滴在蜜蜂的前胸背板。试验温度(25±2)℃,相对湿度50%~70%,黑暗条件培养,分别于24和48 h时观察、记录蜜蜂的中毒症状及死亡数。

1.3.2  家蚕急性毒性试验

       将家蚕卵在人工气候箱内孵化饲养至2龄起蚕供试,饲养及试验温度均为(25±1)℃,相对湿度70%~80%,光周期L∶D=16 h∶8 h。采用浸叶法,分别于24、48、72和96 h时观察、记录家蚕的中毒症状及死亡数。

1.3.3  鱼类急性毒性试验

       将斑马鱼在室内驯养一个月以上,饲养及试验水温均为(23±2)℃,光周期L∶D=16 h∶8 h。试验采用静态法,分别于24、48、72和96 h时观察、记录斑马鱼的中毒症状及死亡数。

1.3.4  溞类急性毒性

       大型溞经室内饲养一年以上,繁殖超过30代,饲养水温(20±2)℃,自然光照。采用静态法,置于温度为(20±1)℃、光周期L∶D=16 h∶8 h的人工气候箱中,分别于24和48 h时观察、记录试验溞中毒症状及活动受抑制溞数。

1.3.5  藻类急性毒性试验

       采用BG11号培养基在智能人工气候箱中人工培养,培养箱内(22±1)℃、光周期L∶D=16 h∶8 h下培养增殖,并参照藻类生长抑制法,分别于0、24、48和72 h时采用用分光光度法测定各处理液在650 nm处的吸光度值,计算每处理的藻细胞数。

1.3.6  数据统计分析

       采用SPSS22.0统计软件计算供试表面活性剂对各生物试材的半数致死浓度(LC50)、半数致死剂量(LD50)或半数抑制浓度(EC50),以及其95%置信区间。依据《化学农药环境安全评价试验准则》(GB/T 31270)中的标准,判断不同表面活性剂对上述5种非靶标有益生物的毒性等级。

2  结果与分析

2.1  非离子表面活性剂的急性毒性

       31种非离子表面活性剂对5种生物的急性毒性测定结果(表2)。从表中可以看出,所有非离子表面活性剂对蜜蜂和家蚕急性毒性全部为低毒;除脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂AEO-9对绿藻表现出中等毒性外,其他30种非离子表面活性剂对绿藻均为低毒;CEREWIN T30、CER-EWIN T90、Soprophor TS/10、AEO-9、NP-4等5种非离子表面活性剂对鱼和溞都表现出中等毒性,没有高毒及以上的品种,司盘-20、司盘-80对大型溞为中等毒性,NP-10对斑马鱼为中等毒性。尽管有的非离子表面活性剂品种对部分非靶标生物为低毒,但仍表现出一定的毒性水平,如EH-4、EH-9、CEREWIN T30、CEREWIN T90、Emulsogen TS200、AEO-9对蜜蜂的急性经口或接触48 h-LD50均<100 μg/bee;Lutensol XL-70、Lutensol XL-100、JFC、AO-8、农乳聚甘油油酸酯601、33#、NP-10对大型溞的48 h-EC50均<100 mg/L;EH-4、Lutensol XL-70、Lutensol XL-100、JFC、农乳聚甘油油酸酯601对斑马鱼96 h-LC50均<100 mg/L;CEREWIN T30、司盘-20、司盘-80、JFC、农乳聚甘油油酸酯601、33#、NP-4、NP-10对羊角月牙藻的72 h-EyC50或72 h-ErC50均<100 mg/L。总体来说,非离子表面活性剂主要表现为对水生生物的毒性,其中在供试品种中,CEREWIN T30、CEREWIN T90、Soprophor TS/10、AEO-9、NP-4、NP-10等6种非离子表面活性剂对水生物毒性相对较高。

表2  31种非离子型表面活性剂对非靶标生物的急性毒性

       注:a单位为μg/bee;b单位为mg/L。下表同。

2.2  阳离子表面活性剂的急性毒性

       5种阳离子表面活性剂对蜜蜂和家蚕全部为低毒(表3)。相比于陆生生物,5种阳离子表面活性剂对水生生物的毒性相对较高,其中十二烷基二甲基苄基氯化铵1227-80G对大型溞48 h-EC50为0.04 mg/L,毒性等级为剧毒;对斑马鱼96 h-LC50为0.998 mg/L,毒性等级为高毒。十六烷基三甲基氯化铵大型溞48 h-EC50为0.440 mg/L,斑马鱼96 h-LC50为0.750 mg/L,毒性均达到了高毒等级。与非离子表面活性剂对绿藻的普遍较低毒性不同,阳离子表面活性剂中大多数对绿藻具有较高毒性,其中1227-80G、1631-30L、4130A、CH7013对绿藻均表现出了中高毒性,仅有1种为低毒。由此可见阳离子型农药助剂对水生生物的影响都很大,对陆生生物影响较小。

表3  5种阳离子型表面活性剂对非靶标生物的急性毒性

2.3  阴离子表面活性剂的急性毒性

       23种阴离子表面活性剂对5种生物的急性毒性试验结果(表4),从表中可以看出所有供试阴离子表面活性剂对蜜蜂、家蚕和藻类的毒性均为低毒;PICD-EP60P对大型溞为中等毒性,Phehylsulyohat CAL、Dowfax 2A1、zephrym 3300B、净洗剂LS、K12、SK-31sx等对大型溞和斑马鱼均表现为中等毒性及以上,其中净洗剂LS对斑马鱼为高毒。尽管有的大部分阴离子表面活性剂品种对非靶标生物为低毒,但有的仍表现出一定的毒性水平,如PICD-EP60P、Phehylsulyohat CAL、zephrym 3300B、SK-31sx等对蜜蜂的急性经口或接触48 h-LD50均<100 μg/bee;Soprophor FD、Rhodapex co-436、Soprophor Flk、Soprophor SC、CEREWIN SVS27、Tamol DN对大型溞的48 h-EC50均<100 mg/L;PICD-EP60P、Rhodapexco-436、CEREWIN SVS27、扩散剂BX、Morwet D-425对斑马鱼96 h-LC50均<100 mg/L;Soprophor FD、Rhodapex co-436、zephrym 3300B、Dispersol PSR-19、K12、SK-31sx对羊角月牙藻的72 h-EyC50或72 h-ErC50均<100 mg/L。总体来说,供试阴离子表面活性剂中,PICD-EP60P、Phehylsulyohat CAL、Dowfax 2A1、zephrym 3300B、净洗剂LS、K12、SK-31sx等7个品种对大型溞和斑马鱼具有一定毒性,但对蜜蜂、家蚕和藻类生物毒性较低。

表4  23种阴离子型表面活性剂对非靶标生物的急性毒性

 3  结论与讨论

       有关农药助剂对水生生物的毒性研究较多,本文的研究结果与文献报道的基本一致,但对蜜蜂、家蚕等陆生生物的毒性研究报道较少。本文测试了59种常见农药表面活性剂对2种陆生生物和3种水生生物的急性毒性,总体上看,所有供试表面活性剂对陆生生物蜜蜂和家蚕,以及大多数品种对对鱼类、溞类、藻类等水生生物的毒性较低,共有18种表面活性剂对一种或多种水生生物表现中等毒性及以上,少数为剧毒。此外,阳离子表面活性剂对水生生物的毒性均较高,非离子型和阴离子表面活性剂对水生生物的毒性相对较低。在实际农药制剂研发中,尤其是开发水稻田使用药剂,建议重点关注助剂对水生生物的毒性,避免因助剂选择不合理造成产品对水生生物的风险不可接受。

       本研究主要测试了表面活性剂对环境非靶标有益生物的急性毒性,一些低毒的表面活性剂在实际情况下可能会对生物造成不同程度的慢行毒性影响。Chen等研究发现,杀虫剂中有机硅表面活性剂对蜜蜂具有较大影响,包括急性毒性和嗅觉障碍等;昆虫生长调节剂中经常使用的N-甲基-2-吡咯烷酮会对蜜蜂的繁殖和发育产生不利影响。在对家蚕的急性试验中发现由于助剂覆盖在叶片表面,造成叶片萎蔫有异味,导致家蚕出现拒食现象。虽然这些助剂对家蚕无急性致死作用,但是做为重要的经济昆虫,我们还要充分考虑其在亚致死剂量下对家蚕的经济学指标包括结茧率、全茧重、茧层重、茧层率等的影响。由于农药助剂经喷施进入环境,可能会影响周围植物的生长,对桑蚕经济是否会造成损失还有待于进一步研究。

       对水生生物的急性毒性结果显示,一部分非离子和阴离子等普遍被认为对环境和人体健康无害的添加剂,对水生动物特别是大型溞具有中毒或高等毒性。其中阳离子型表面活性剂对水生生物整体毒性较高,部分种类能达到高毒甚至剧毒级别。表面活性剂的危害表现除了自身的生物活性外,还表现在其生物降解产物方面。如在农药生产中常用的壬基酚聚氧乙烯醚,在环境中分解为壬基酚NP,胡雪雷等研究发现,NP10EO及其代谢产物NP均可对多刺裸腹溞的生长繁殖过程产生毒害效应,导致其首次生殖时间出现延后,母体体长减小,出生幼体体长减小,首次生殖幼溞数量降低。壬基酚化学性质稳定,具有雌激素内分泌干扰作用,三致效应,环境危害较大。除了急性毒性表现外,表面活性剂在亚致死剂量下对水生生物的生长发育毒性影响也不容忽视。针对十二烷基硫酸钠对斑马鱼的研究发现,其对斑马鱼胚胎及幼鱼发育具有明显的抑制作用,导致个体生长缓慢,体长体重增长率明显降低。由于目前人们对于助剂中各类表面活性剂与生物长期低浓度共存的慢性影响研究并不透彻,因此不能忽视这些溶剂类助剂的慢性风险。

       农药助剂对环境的危害性不仅仅体现在对个体生物的毒害作用上,在农业生产过程中随着农药的施用,大量表面活性剂类助剂产品必然会进入水体环境。当表面活性剂在天然水体中积累浓度过高时,会产生大量持久性的泡沫,在水面形成一层与空气隔绝层,可能会导致水体缺氧发臭,严重危害水生生物的生存。袁平夫等研究发现水体中残留的表面活性剂使水体表面张力降至5.0×10-4 mN/m以下时,影响鱼鳃呼吸,导致鱼类大量死亡,对整个水生态系统产生灾难性影响。

       鉴于农药助剂对环境生物尤其是水生生物的危害,建议建立适合农药助剂的试验方法和评价标准,逐步建立并完善农药助剂的环境毒性、发育毒性、遗传毒性、不良生殖影响、潜在致癌性、生物积累等一系列数据信息,为我国农药助剂的安全性管理提供科学有效的理论支持。


来源:《农药科学与管理》2022年第4期 

作者:袁善奎1,张小军2,宋伟华1,刘琼1,陈红英1,葛兆悦1,单炜力1*(1.农业农村部农药检定所;2.中农立华生物科技股份有限公司)

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