设施栽培草莓中农药残留膳食风险评估

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(1.河北工程大学生命科学与食品工程学院,河北邯郸 056021; 2.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所,北京 100081; 3.中国科学院植物研究所,北京 100093; 4.北京市昌平区农药管理站,北京 102200)

草莓因其色泽诱人,口感酸甜馥郁、柔软多汁,深受人们的喜爱。我国是世界上草莓种植面积最大、产量最高的国家,其产量约占世界总产量的35.7%[1]。草莓种植周期短,经济效益高,已成为我国一些地区农村经济的支柱产业[2]。设施栽培是我国草莓种植的主要方式,然而由于土地连作,高温高湿下草莓极易引起病害,常见病害主要包括白粉病、轮纹病、黑斑病、叶斑病、褐斑病和灰霉病等。因此,土壤消毒、杀虫剂与杀菌剂的使用成为确保草莓产业健康发展的重要措施,据相关文献报道,草莓中使用的农药包括杀虫剂、杀菌剂、生长调节剂等品种达57种,安全风险较大[3]。

目前,针对草莓质量安全风险评估的研究已有部分报道[4-11]。Szpyrka等[6]对波兰东南部地区的草莓、苹果、土豆等1029种果蔬中嘧菌酯等167种农药残留进行了膳食暴露风险评估。Maggioni等[7]针对阿根廷2～9岁的孩子和10～49岁的女性这两个具有代表性的群体进行了草莓、洋葱、鸡蛋、牛奶、杏仁等59种食品中28种农药的急性膳食暴露研究。江景勇等[10]对台州67个设施栽培草莓样品进行了68种农药的残留分析和风险评估,结果表明,88.6%的草莓样品检出农药残留,共检出19种农药,其中烯酰吗啉和嘧菌环胺超标。仇婷婷等[11]对上海市松江区123个草莓样品,进行了37种农药的残留检测和风险评估,结果显示农药检出率为85.4%,共检出11种农药,其中烯酰吗啉和嘧霉胺超标。然而,针对设施栽培草莓进行全国主产区的、系统的农药残留风险评估的研究尚未见报道。

因此,本研究通过对我国北京、河北、山东、安徽和辽宁五个设施栽培草莓主产区的草莓样品中的农药残留水平与膳食暴露风险评估研究,明确设施栽培草莓中主要的农药残留种类、残留水平、风险状况以及需重点关注的农药风险因子,为设施栽培草莓安全生产、监管、消费和农药最大残留限量制修订提供重要借鉴和依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

草莓样品 于2018年5月采集自我国五个设施栽培草莓主产区,包括北京市(昌平区)、河北省秦皇岛市(北戴河区、海港区、抚宁区、昌黎县)、山东省淄博市(淄川区、淄川区、临淄区、文昌湖区、张店区、周村区、桓台县)、安徽省合肥市(包河区)和辽宁省葫芦岛市(连山区),共采集120个样品,其中北京30个、河北20个、山东20个、安徽20个、辽宁30个,草莓品种主要为红颜、圣诞红、章姬、天香、甜查理、紫金久红、大赛、甜宝、丰香等；乙腈、丙酮、正己烷(色谱纯) 德国Merck公司;氯化钠(分析纯) 国药集团化学试剂有限公司;倍硫磷、丙溴磷、敌敌畏等农药标准品 国家标准物质中心；弗罗里硅矽柱Sep-Pak@Vac 6cc(1 g)、氨基柱Sep-Pak@Vac 6cc(1 g) Waters公司。

PL602E电子天平 奥豪斯仪器(上海)有限公司;UMV-2多管涡旋混合器 美国Scientific Industries公司;BiofugeStratos型高速冷冻离心机 德国贺力氏公司;气相色谱质谱联用仪GCMS-TQ8040 日本岛津公司;液相色谱串联质谱仪LCMS-8050 日本岛津公司。

1.2 实验方法

1.2.1 农药残留检测 采用标准方法对88种农药进行残留检测,其中参考农业行业标准方法NY/T 761-2008[12]对倍硫磷、丙溴磷、敌敌畏、毒死蜱、对硫磷、甲胺磷、久效磷、乐果、马拉硫磷、三唑磷、杀螟硫磷、杀扑磷、水胺硫磷、辛硫磷、亚胺硫磷、氧乐果、乙酰甲胺磷、滴滴涕、百菌清、氟胺氰菊酯、氟氯氰菊酯、氟氰戊菊酯、腐霉利、甲氰菊酯、联苯菊酯、硫丹、氯氟氰菊酯、氯菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯、三唑酮、溴氰菊酯、异菌脲等32种农药进行定量分析。分析方法为:准确称取10.0 g样品匀浆于50 mL离心管中,加入20 mL乙腈,涡旋2 min,用滤纸过滤之后,收集所有滤液,在滤液中加入2.0 g氯化钠,涡旋1 min,在室温下静置30 min使乙腈相和水相分层。吸取上述上清液2 mL于10 mL离心管中,在40 ℃水浴下氮气吹干,加入2 mL丙酮,涡旋2 min之后取1 mL溶液过0.22 μm的尼龙滤膜用于有机磷类农药的气相色谱分析;吸取上述上清液2 mL于10 mL离心管中,在40 ℃水浴下氮气吹干,加入2 mL正己烷,涡旋2 min之后过弗罗里硅矽柱,收集洗脱液,在40 ℃水浴下氮气吹干,加2 mL正己烷复溶,过0.22 μm的尼龙滤膜,用于有机氯、拟除虫菊酯类农药的气相色谱-串联质谱分析,设备运行参数参考NY/T 761-2008。

参考国家标准方法GB/T 20769-2008[13]对苯醚甲环唑、吡虫啉、哒螨灵、啶虫脒、杀虫脒、氟虫腈、多菌灵、甲基硫菌灵、噻菌灵、克菌丹、抗蚜威、嘧霉胺、炔螨特、氟硅唑、抑霉唑、噻螨酮、噻嗪酮、咪鲜胺、戊唑醇、烯唑醇、四螨嗪、烯酰吗啉、嘧菌酯、溴螨酯、唑螨酯、氯唑磷、腈苯唑、腈菌唑、氟虫脲、甲霜灵、丁硫克百威、阿维菌素、灭幼脲、除虫脲、螺螨酯、虫酰肼、丁醚脲、氟铃脲、杀铃脲、苯菌灵、甲维盐、丙环唑、噻虫嗪、肟菌酯、霜霉威、氯虫苯甲酰胺、吡唑醚菌酯、氯苯嘧啶醇等48种农药及6-BA、4-CPA、GA3、多效唑、芸苔素内酯、复硝酚钠、噻苯隆、氯吡脲等8种植物生长调节剂进行定量分析。分析方法为:准确称取10.0 g样品匀浆于50 mL离心管中,加入20 mL乙腈,涡旋1 min,加入2.5 g氯化钠,再涡旋1 min,室温下以5000 r/min离心5 min,取10 mL上清液在40 ℃水浴下氮气吹至1 mL左右,过氨基柱,收集所有洗脱液于氮吹仪上吹干,加入1 mL乙腈溶液(乙腈∶水/3∶2)复溶,涡旋之后过0.22 μm的尼龙滤膜用于苯醚甲环唑、吡虫啉、哒螨灵等48种农药和6-BA、4-CPA、GA3等8种植物生长调节剂的液相色谱-串联质谱分析,设备运行参数同GB/T 20769-2008。

表1 草莓农药残留风险排序指标得分赋值标准Table 1 Evaluation criteria for ranking index scores of pesticide residue risk in strawberry

注:最大残留限量(Maximum Residue Limit,MRL)。

1.2.2 慢性膳食摄入风险的计算 农药的慢性膳食摄入风险(%ADI)用式(1)计算[14]。

式(1)

式中,STMR-规范试验残留中值,mg/kg;0.0457-居民日均草莓消费量[15],kg;ADI-每日允许摄入量,mg/kg;bw-体重,kg,按60 kg计。

%ADI越小风险越小,当%ADI≤100%时,表示风险可以接受;反之,当%ADI>100%时,表示有不可接受的风险。

1.2.3 急性膳食摄入风险的计算 农药急性膳食风险评估用式(2)计算各农药的估计短期摄入量[16],用式(3)计算各农药的急性膳食摄入风险(%ARfD)[14]。

式(2)

式(3)

式中：IESTI-估计短期摄入量,kg;HR-最高残留量,取99.9百分位点值,mg/kg;LP-中国居民草莓消费的大份餐,kg,按0.44218计[17];ARfD-急性参考剂量,mg/kg。

%ARfD越小风险越小,当%ARfD≤100%时,表示风险可以接受;反之,%ARfD>100%时,表示有不可接受的风险。

1.2.4 风险排序 借鉴英国兽药残留委员会兽药残留风险排序矩阵[18]对设施栽培草莓中农药残留风险排序,其中用毒性指标代替药性指标,膳食比例、农药毒效、农药使用频率、高暴露人群、残留水平等6项指标均采用原赋值标准[19],各指标的赋值标准见表1。毒性采用急性经口毒性,毒效采用ADI值,膳食比例指中国草莓暴露量占总膳食的比例,农药使用频率(FOD)根据式(4)计算,各农药的残留风险得分S用式(5)计算,最终每种农药的残留风险得分以该农药在所有样品中残留风险得分平均值计算[14,20]。S值越高,残留风险越大。

式(4)

S=(A+B)×(C+D+E+F)

式(5)

式中:P-草莓发育日数(草莓从开花到果实成熟所经历的时间,单位d,按30 d计);T-草莓发育过程中使用该农药的次数(根据农药合理使用国家标准[21-28],农药使用最高次数T按3次计);A-毒性得分;B-毒效得分;C-草莓膳食比例得分;D-农药使用频率得分;E-高暴露人群得分;F-残留水平。

1.2.5 最大残留限量估计值的计算 最大残留限量估计值按式(6)[14]计算。

式(6)

式中,eMRLs-最大残留限量估计值,mg/kg;F-草莓日消费量,按照最大风险原则,取大份餐(LP);bw-体重,kg,按60 kg计。

1.3 数据处理

应用Microsoft Office Excel 2016软件进行统计计算。

2 结果与讨论

2.1 农药残留水平分析

本研究检测的120个设施栽培草莓样品中,100%的样品检出了农药残留,共检出50种农药,包括1种高毒农药、7种中毒农药和42种低毒农药,各农药的残留水平和检出率如表2所示。由表2可见,50种农药在120个草莓样品中的检出率在0.8%～99.2%之间,其中3种农药的检出率在50%以上,分别是复硝酚钠、联苯菊酯和甲霜灵,检出率分别为99.2%、76.7%和71.7%,其中复硝酚钠为植物生长调节剂,主要用于促进草莓植株生长,促进浆果提早着色和成熟,增加草莓浆果的产量,通常在草莓营养生长期、初蕾期、初花期喷洒使用;联苯菊酯为杀虫剂,主要用于草莓蚜虫和红蜘蛛的防治;甲霜灵为杀菌剂,主要用于草莓疫病、根腐病和革腐病等病害的防治,这三种农药均为低毒,但均为未登记使用农药,表明这三种农药已成为我国设施草莓生产中较为常用的农药,因此,建议将其纳入草莓种植过程中农药优先登记名单。另外,22种农药的检出率在11.7%～48.3%之间;18种农药的检出率在1.7%～10%之间;7种农药的检出率在1%以内。已有文献报道[8-10,29],嘧霉胺、腐霉利、异菌脲、多菌灵等农药在草莓中检出率较高(19.2%～85%),但是在本研究中,其检出率均已降至29.2%以下。

表2 草莓中50种农药的检出率和残留水平Table 2 Detection frequencies and residue levels of 50 pesticides in strawberries

注:“-”代表中国和CAC均未规定最大残留限量;“中国”代表数据来源于中国制定的最大残留限量[30];“CAC”代表数据来源于国际食品法典委员会制定的最大残留限量[31];“/”代表为此农药未登记使用。

由表2可见,50种农药的检出浓度在0.0025～8.3267 mg/kg之间,其中23种农药在我国或国际食品法典委员会(Codex Alimentarius Commission,CAC)制定了草莓中最大残留限量值[30-31],均未超标。已有文献报道的超标农药有烯酰吗啉、嘧霉胺、多菌灵和嘧菌环胺[8-11],但本研究中设施草莓农药残留状况有所好转,消除了残留超标现象。但需要注意的是,仍有27种农药在我国未制定限量值,不利于定量风险评估和安全监管工作的落实,且检出的50农药中多为未登记使用农药,占84%,反映了草莓农药安全使用研究和登记落后于其产业发展的现实,鉴于此,建议加快推进草莓中农药残留限量标准制修订及农药登记工作。

表3 草莓中农药残留慢性和急性膳食摄入风险评估Table 3 Chronic and acute dietary intake risk assessments of pesticide residues in strawberries

检出不同农药种数的草莓样品所占比例如图1所示。由图1可见,设施栽培草莓农药多残留现象普遍,平均每个样品检出农药为9种,同一样品最多检出20种农药,与已有文献报道结果相似[4-6,32-33]。这可能是因为在栽培草莓成熟采摘前,为了减少采摘期的病虫害,种植者高频、大量地使用多种农药对可能产生的多种病虫害进行预防,从而在一定程度上造成了采收时段农药多残留样品比例偏高。

2.2 农药残留慢性和急性膳食摄入风险

设施草莓中检出农药的慢性和急性膳食摄入风险结果如表3所示,慢性膳食摄入风险%ADI值为0.0005%～33.02%,平均值为1.39%,远低于100%,其中炔螨特的%ADI值相对较高,为33.02%,其余农药的%ADI均低于6%。这表明我国设施栽培草莓中农药残留慢性膳食摄入风险较低。

根据世界卫生组织数据库[34],嘧霉胺、四螨嗪、嘧菌酯、肟菌酯、除虫脲和甲霜灵7种农药的ARfD信息为“Unnecessary(不需要)”,噻虫嗪、氯虫苯甲酰胺、哒螨灵等25种农药未规定ARfD值,因此,仅对18种农药进行了急性膳食摄入风险评估,由表3可见,这18种农药的急性膳食摄入风险%ARfD值为0.01%～72.51%,平均值为5.51%,均低于100%,其中三唑磷的%ARfD值较高,为72.51%,其余农药的%ARfD均低于7.5%。这表明我国设施栽培草莓中农药残留急性膳食摄入风险是可以接受的。

2.3 农药残留风险排序

续表

由于检出的50种农药中芸苔素内酯和GA3无ADI值,无法计算农药的残留风险,因此计算了48种农药的残留风险得分,并对设施草莓中农药残留风险进行了排序,结果如图2所示。根据各农药的残留风险得分可将其划分为4类,第1类为高风险农药,风险得分≥20,共有1种,为水胺硫磷,占检出农药的2.1%;第2类为中风险农药,风险得分在16～20之间,共有6种,分别为亚胺硫磷、三唑磷、阿维菌素、哒螨灵、敌敌畏和乐果,占检出农药的12.5%;第3类为低风险农药,风险得分在10～15之间,共有12种,占检出农药的25%;第4类为极低风险农药,风险得分<10,共有29种,占检出农药的60.4%。由此可见,设施草莓中农药残留总体上处在低风险水平以下(占85.4%),但需重点关注高风险水平农药水胺硫磷,其为高毒农药、未登记使用的农药,主要用于草莓中蛴螬、蚜虫、红蜘蛛、线虫病的防治,而在之前报道的文献中并未将其列入农药检测清单。

图2 草莓中48种农药的残留风险排序Fig.2 Ranking of residue risk of 48 pesticides in strawberries

2.4 现有农药最大残留限量的适用性

在检出的50种农药中芸苔素内酯和赤霉素(GA3)2种农药未规定ADI值,因此无法计算这两种农药的eMRLs。设施栽培草莓中48种农药的eMRLs如表4所示。由表4可见,我国或CAC已经制定的草莓中23种农药的MRLs值[30-31]均比eMRLs值小26.3%～99.63%。与eMRLs相比,阿维菌素、敌敌畏、多菌灵等23种农药的MRLs均过严。由于氯虫苯甲酰胺和灭幼脲的ADI值较高,分别为2和1.25 mg/kg,在草莓中的eMRLs分别高达271.3827和169.6142 mg/kg,因此没必要制定草莓中这两种农药的MRLs值。按照最大残留限量可比eMRL略低或略高的原则,建议尽快制定或修订草莓中阿维菌素、敌敌畏、多菌灵等45种农药的最大残留限量值,即最大残留限量建议值(Recommended maximum residue limit,RMRL),如表4所示。由表4可见,除炔螨特外,各农药的99.5百分位点残留值(P99.5)均显著低于MRLs或RMRLs,表明这些最大残留限量和最大残留限量建议值能够有效保护消费者健康[20]。

表4 草莓中48种农药的最大残留限量估计值和46种农药的最大残留限量建议值Table 4 The eMRLs of 48 pesticides and RMRLs of 46 pesticides in strawberries

续表

注:“-”代表中国和CAC均未规定最大残留限量;“中国”代表数据来源于中国制定的最大残留限量[30];“CAC”代表数据来源于国际食品法典委员会制定的最大残留限量[31]。

3 结论

我国五个设施栽培草莓主产区的草莓样品中农药残留现象普遍,检出率为100%,共检出50种农药,其中23种农药在我国或CAC制定了草莓最大残留限量值,均未超标,但仍有27种农药在我国未制定限量值,不利于定量风险评估和安全监管工作的落实,根据最大残留限量估计值,建议尽快制定或修订草莓中阿维菌素、敌敌畏和多菌灵等45种农药的MRLs。另外,检出农药中84%的农药为草莓中未登记使用农药,而现行草莓中登记使用的农药种类较少(30个农药有效成分),表明我国设施栽培草莓的种植过程中存在农药使用不规范的现象,也反映了草莓农药登记落后于其产业发展的现实,建议加快推进草莓中农药登记工作。

设施草莓样品检出农药的慢性和急性膳食摄入风险均低于100%,表明残留农药对样品质量安全的影响较低,但炔螨特的慢性膳食风险和三唑磷的急性膳食风险较高,需重点关注;风险排序结果表明,低风险水平以下农药所占比例较大,为85.4%,而高风险农药水胺硫磷需重点管控。上述三种农药防治对象主要为红蜘蛛、线虫和蛴螬等,但均未在草莓上登记使用,建议使用伊维菌素、联苯肼酯、藜芦碱、棉隆等已登记或低毒农药替代。