种子包衣比传统喷洒方式更有效地将新烟碱类杀虫剂的风险传递给传粉者:一项在水稻生产中的田间研究

时间:2026年6月3日
来源:Journal of Hazardous Materials

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王一翔|胡宗祺|王瑞|应泽腾|卢晨生|卢圆圆|张全浙江工业大学绿色化学合成与转化国家重点实验室,中国杭州310014摘要全球75%的蜂蜜样本中检测到了新烟碱类残留物,然而种子处理被广泛推广为水稻种植中的精准施用方法。种子处理和叶面喷洒是否对传粉者造成根本不同的暴露途径,其机制尚未

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王一翔|胡宗祺|王瑞|应泽腾|卢晨生|卢圆圆|张全
浙江工业大学绿色化学合成与转化国家重点实验室,中国杭州310014

摘要

全球75%的蜂蜜样本中检测到了新烟碱类残留物,然而种子处理被广泛推广为水稻种植中的精准施用方法。种子处理和叶面喷洒是否对传粉者造成根本不同的暴露途径,其机制尚未明确。为此,我们在浙江省进行了为期五个月的野外研究,每周同步采集土壤-花粉-蜂蜜样本。通过整合毒性加权风险指数和结构方程建模(交叉验证R² = 0.87),我们分析了不同施用方式下新烟碱类物质在土壤-花粉-蜂蜜之间的转移途径。种子处理主要通过植物介导的途径进行:花粉到蜂蜜的转移途径是风险的主要来源(路径系数=0.931),蜂蜜贡献了93%的总危害商数,没有明显的直接环境暴露,且气候调节作用可以忽略不计(所有P > 0.1)。主要化合物的高毒性进一步增加了群体层面的风险。叶面喷洒改变了这一途径:花粉到蜂蜜的转移减少了27%,出现了直接的土壤到蜂蜜的转移途径(贡献了20%的群体暴露),整个过程受到气候的显著影响(P < 0.05)。这些发现表明,种子处理通过不受气候影响的、高效植物介导的转移方式,反而给传粉者带来了更大的持续风险,强调了需要针对不同施用方式制定特定的保护策略。

引言

新烟碱类杀虫剂已成为全球使用最广泛的杀虫剂类别,其中种子处理作为预防性害虫管理手段的应用正在迅速扩展[1]、[2]。全球75%的蜂蜜样本中检测到了新烟碱类残留物,其中34%的残留物浓度超过了已知会对蜜蜂健康造成损害的阈值[3],田间研究证实这导致蜂群数量减少了多达24%[4]、[5]。新烟碱类杀虫剂的系统性特性使其能够被植物吸收并转移到花粉和花蜜中,从而形成了一个连续的土壤-花粉-蜂蜜暴露途径,决定了群体层面的长期风险[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]。不同的施用方式(种子处理与叶面喷洒)从根本上改变了污染途径。种子处理将化合物直接输送到植物的维管系统中,而叶面喷洒则产生了多种暴露途径,包括表面沉积和大气传输。尽管机制不同,现有研究主要集中在残留物监测上,但没有解决施用方式如何构建潜在的转移途径结构,以及环境条件如何差异性地调节风险传播的问题。
机制研究表明,新烟碱类杀虫剂通过木质部导管系统进行系统传输,其生物浓缩因子根据化合物的物理化学性质和植物种类不同而介于1.9到224.3之间[12]。物理化学性质(如水溶性和log Kow)影响吸收模式,中等亲脂性的化合物具有最高的迁移能力[11]、[13]。不同施用方法之间存在关键差异:种子处理在木本多年生植物中形成持久的土壤储存库,半衰期超过100天[14]、[15],但只有1.6–20%的施用化合物被植物吸收,导致大量残留[16]。叶面喷洒将残留物沉积在植物表面,产生多种平行暴露途径,包括直接接触和大气传输[17]、[18]。迁移因子相差两个数量级——叶面喷洒约为0.004,而根部施用约为0.2–0.7[19]——然而风险模型采用了一般性假设,未能捕捉到特定途径的效率或气候敏感性。
亚洲的水稻农业是一个关键但研究不足的系统,该系统中新烟碱类杀虫剂的使用与传粉者活动密切相关[20]。种子处理通常使用噻虫胺、噻虫嗪或噻虫啉进行预防性施用,而叶面喷洒则针对生长季节的害虫[2]、[21]、[22]。尽管水稻是风媒传粉的,但蜜蜂仍会积极采集水稻花粉;日本的大规模死亡事件表明,噻虫嗪和噻虫啉导致了92%以上的蜜蜂死亡[23]、[24]。中国水稻种植区的环境监测显示,土壤和水中的新烟碱类残留物检出率超过99%[21],景观尺度的研究表明,在以水稻为主的地区,蜂群可能在单个生长季节内崩溃[25]。在同一作物周期内同时使用这些施用方法,为我们提供了研究施用方式如何影响转移途径的机会。结构方程建模为解析这种复杂的多途径传输动态提供了一种有效方法[26]。
为了填补这些空白,我们在浙江省的一个水稻种植区进行了为期五个月的野外研究,每周同步采集来自以水稻为主的景观中蜜蜂群体的土壤、花粉和蜂蜜样本。我们假设种子处理和叶面喷洒在土壤-花粉-蜂蜜途径中构建了根本不同的转移途径结构,具有不同的气候敏感性和传粉者风险特征。具体来说,我们预测尽管种子处理被宣传为精准施用方法,但它可能建立了一个高效的植物介导的转移通道,且环境调节作用有限,而叶面喷洒可能产生多种对气象条件更敏感的平行暴露途径。通过整合毒性加权风险指数、转移因子分析和结构方程建模,我们旨在(1)量化每种施用方式下的特定途径传输效率,(2)确定气候是否以及如何差异性地调节风险转移,(3)评估这对传粉者的群体层面风险影响。这一框架超越了通用暴露模型,朝着针对不同施用方式的风险预测方向发展,为水稻农业生态系统中差异化的传粉者保护策略提供了机制基础。

章节摘录

化学物质和试剂

本研究检测了七种新烟碱类杀虫剂:噻虫胺(ACE)、噻虫嗪(CLO)、噻虫呋喃(DIN)、噻虫胺(IMI)、尼虫胺(NIT)、噻虫啉(THID)和噻虫啉(THI)。所有标准品均从北京百灵威(J&K Scientific,中国)购买。同位素标记的标准品(IMI-d4、THI-d3和CLO-d3;德国Ehrenstorfer博士提供)用于同位素稀释定量。使用LC级溶剂和试剂(甲酸、甲醇、乙腈、乙醇、正己烷和二氯甲烷)

采样设计与分析框架

本研究调查了水稻种植区土壤-花粉-蜂蜜途径中新烟碱类杀虫剂的环境转移情况(图1)。在连续五个月内,我们在同步的采样窗口内采集了土壤、花粉和蜂蜜样本。
通过与五户当地农户的访谈,记录了这些地区的农药使用情况,所有农户都在移栽前进行了种子包衣

讨论

本研究提出了一个全面的机制框架,用于描述水稻农业中新烟碱类杀虫剂在土壤-花粉-蜂蜜途径中的转移过程。我们的核心发现表明,不同施用方式下的化合物组成特征对应着根本不同的转移途径结构——这一发现将暴露评估方法从描述性监测提升到了支持预测性的机制理解。

环境影响

新烟碱类杀虫剂是持久性的环境污染物,在全球范围内存在于土壤、花粉和蜂蜜中,对传粉者的健康和生态系统稳定性构成了威胁。本研究表明,作为精准施用方法广泛推广的种子处理建立了一种不受气候影响的、植物介导的转移途径,其将新烟碱类杀虫剂传递给蜜蜂群体的效率高于叶面喷洒。通过量化特定途径的转移结构

CRediT作者贡献声明

张全:撰写 – 审稿与编辑,资金获取,概念构思。卢晨生:撰写 – 审稿与编辑。卢圆圆:撰写 – 审稿与编辑,调查,数据管理。应泽腾:监督,项目管理,调查,数据分析。王瑞:撰写 – 审稿与编辑,初稿撰写,监督,项目管理,数据分析。胡宗祺:撰写 – 审稿与编辑,初稿撰写,可视化

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了浙江省自然科学基金(LRG25B070001)、国家自然科学基金(22276173和22476182)、浙江省属高校基本科研业务费(RF-C2024004)以及绿色化学合成与转化国家重点实验室研究计划(SKLGSC-ZZ-202617)的支持。

支持信息

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