2019, Vol. 21
2. 溧阳市植保植检站，江苏 溧阳 213300
2. Liyang Plant Protection and Inspection Station, Liyang 213300, Jiangsu Province, China
江苏省稻作历史悠久，其水稻产业优质化已走在中国南方稻区的前列[1-2]。近年来，由于农药、化肥的过量施用导致抗性的发生和加重，水稻病虫害发生程度也日益加重，华东稻区的情况尤为严重，其中，稻飞虱、稻纵卷叶螟及纹枯病等对水稻的危害最为严重[3-4]。化学农药虽然在一定程度上提高了农作物的产量和品质，但过量使用也会带来很多问题，如食品安全、环境污染及生态失衡等。由于农药的有效利用率低，最后真正沉积到靶标上的药剂不足1%[5]，而大量及频繁用药还会导致病虫的抗药性增强，进而使得综合防治难度增大。因此，在保证防效的基础上适当减少农药的使用，避免频繁单一施用某些农药品种，同时合理结合育种、轮作及栽培管理等农艺措施，以及生物防治等其他综合防治手段，将有利于农业的可持续发展。此外，在使用化学农药防治时，采取将用药关口前移、作物生育后期零用药和使用低残留药剂[2]也可以有效降低农药在作物和环境中的残留。
20世纪80年代，欧盟等发达国家开始立法实行农药减量措施，至2006年，农药减量计划已成为欧盟的强制性政策[6-7]。2008年，法国开始基于其环境保护政策推荐植物保护产品，计划到2018年实现农药使用量减半[8]；加拿大也早在1987年就提出了农药减量计划，至2002年其农药使用量就减少了一半[9]。近年来，中国也提出了相应的政策，农业农村部 (原农业部) 在2015年提出了《到2020年农药使用量零增长行动方案》，科技部也设立了有关农药减量的重点研发项目。
研究表明，采用有害生物综合治理手段代替常规的农药防治措施，对作物产量影响不大，同时减量和减次施用农药还可大大降低农药的环境风险[10]。但目前中国已有的农药减量研究中，同时结合田间防效、残留消解动态与最终残留的研究还比较少，因此，本研究旨在从防效、残留消解及最终残留等方面综合评估稻田农药减量技术在江苏省溧阳地区的适用性、可行性及残留风险，以期为沿江苏南地区农药减量施用技术体系的研究建立提供参考。
1 材料与方法 1.1 试验材料及主要仪器各农药标准品 (纯度95%以上，均为美国杜邦公司及德国Dr. Ehrenstorfer公司产品)；乙腈和正己烷均为色谱纯；体积分数为0.1%的甲酸水 (实验室配制)；PSA (Agela Technologies公司)；GCB (Tapery公司)；无水硫酸镁 (分析纯，成都市科龙化工试剂厂)，550 ℃烘烤5 h，冷却备用；试验用水均为超纯水。
农药制剂：25%甲氨基阿维菌素苯甲酸盐 (以下简称甲维盐) · 茚虫威水分散粒剂 (25% emamectin benzoate · indoxacarb WG) 、75%三环唑水分散粒剂 (75% tricyclazole WG) 、1.8%阿维菌素乳油 (1.8% abamectin EC) 及5%甲维盐水分散粒剂 (浙江世佳科技有限公司)；10%烯啶虫胺水剂 (10% nitenpyram AS) (连云港立本作物科技有限公司)；5%已唑醇悬浮剂 (浙江威尔达化工有限公司)；10%甲维盐 · 茚虫威悬浮剂 (山东亿嘉农化有限公司)；50%吡蚜酮水分散粒剂 (50% pymetrozine WG) (先正达南通作物保护有限公司)；24%噻呋酰胺悬浮剂 (24% thifluzamide SC) (美国陶氏益农公司)；10%已唑醇悬浮剂 (5% hexaconazole SC) (江苏洽益农化有限公司)；27%噻呋酰胺 · 戊唑醇悬浮剂 (27% thifluzamide ·tebuconazole SC) (江苏江南农化有限公司)；25%吡蚜酮悬浮剂 (山东省青岛凯源祥化工有限公司)；20%氯虫苯甲酰胺悬浮剂 (20% chlorantraniliprole SC) (美国富美实公司)；75%戊唑醇 · 嘧菌酯水分散粒剂 (75% tebuconazole · azoxystrobin WG) (美国世科姆公司)；10%四氯虫酰胺悬浮剂 (10% tetrachloroacetamide SC) (沈阳科创化学品有限公司)；80%烯啶虫胺 · 吡蚜酮水分散粒剂 (80% nitenpyram · pymetrozine WG) [上海沪联生物药业 (夏邑) 股份有限公司]；12.5%氟环唑悬浮剂 (12.5% epoxiconazole SC) (江苏辉丰生物农业股份有限公司)；30%稻瘟酰胺悬浮剂 (30% fenoxanil SC) (陕西汤普森生物科技有限公司)。
Agilent 1260高效液相色谱-Agilent 6410质谱联用仪，以及Agilent 6890N高效气相色谱仪 (Agilent公司，美国)；高通量组织研磨仪 (Thmorgan公司，德国)；TG16-WS型高速离心机 (长沙湘智离心机仪器有限公司)；卫士WS-16型手动喷雾器 (山东卫士植保机械有限公司)。
1.2 试验地点及试验田基本情况试验地点选在江苏省溧阳市埭头镇前六村委砖桥头村民小组，该地前一年水稻病虫害发生较重。前茬作物为小麦，地势平坦，土壤肥力均匀。水稻品种为武运粳23号，是目前早熟晚粳稻中抗病、抗倒及高产性能最优良的品种，适宜在江苏省沿江及苏南地区中上等肥力条件下种植。
1.3 试验设计分别设常规施药组合和减量施药组合2套方案，每个处理667 m2，分为3个平行小区。其中常规施药方案是当地植保站推荐的保守4次综合防治施药组合，减量施药方案则是优化后的3次综合防治组合。均匀喷雾施药 (喷孔直径 0.7 mm，工作压力 3~4 kg/cm2 )，每公顷用水量450 kg。试验中设计的施药组合仅针对后期综合防治，其他早期防控如浸种、化学除草等均采用相同处理。具体施药方案见表1。
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表 1 施药方案及时间安排 Table 1 Pesticides combination and application date of two strategies |
1.4 防效调查及计算方法 1.4.1 对稻飞虱的防效
于施药前调查虫口基数，每次施药后1、3、5、7、10和14 d调查防治效果。采用对角线 5 点取样法，每小区调查20蔸，计数稻飞虱活虫数，分别按式 (1) 和式 (2) 计算虫口减退率及防效。
| $ {D_{\rm{r}}}/{\text{% }} = \frac{{{N_{\rm{b}}} - {N_{\rm{a}}}}}{{{N_{\rm{b}}}}} \times 100$ | (1) |
| $ E/{\text{% }} = \frac{{{D_{{\rm{rp}}}} - {D_{{\rm{rc}}}}}}{{1 - {D_{{\rm{rc}}}}}} \times 100 $ | (2) |
式中：Dr为虫口减退率 (%)；Nb为处理前虫总量；Na为处理后虫总量；E为防效 (%)；Drp为药剂处理区虫口减退率 (%)；Drc为空白对照区虫口减退率 (%)。
1.4.2 对稻纵卷叶螟的防效每次施药后1、3、5、7、10和14 d调查防治效果，每小区对角线 5 点取样，共查50丛稻，按式 (3) 计算卷叶率，与对照区卷叶率比较，按式 (4) 计算防效。
| $ R/{\text{% }} = \frac{{{N_{\rm{l}}}}}{{{N_{\rm{t}}}}} \times 100 $ | (3) |
| $ {E_{\rm{r}}}/{\text{% }} = \frac{{{R_{\rm{c}}} - {R_{\rm{t}}}}}{{{R_{\rm{c}}}}} \times 100 $ | (4) |
式中：R为卷叶率 (%)；Nl为调查卷叶数；Nt为调查总叶数；Er为卷叶防效 (%)；Rc为对照区卷叶率 (%)；Rt为处理区卷叶率 (%)。
1.4.3 对纹枯病的防效施药前调查病情基数，每次施药后1、3、5、7、10和14 d调查病情发展情况。每小区对角线5点取样，每点固定调查相连20丛稻，共100丛，记录总株数、病株数和病级数，按式 (5) 和式 (6) 分别计算病情指数及防效。
病情分级标准[11]：0级：全株无病；1级：第4叶片及以下各叶鞘、叶片发病 (以顶叶为第1叶片)；3级：第3叶片及以下各叶鞘、叶片发病；5级：第2叶片及以下各叶鞘、叶片发病；7级：剑叶叶片及以下各叶鞘、叶片发病；9级：全株发病，提早枯死。
| $ {D_i} = \frac{{\mathop \sum \nolimits{\left( {{D_{\rm{p}}} \times {i}} \right)} }}{{{N_{\rm{p}}} \times {V_{\rm{h}}}}} \times 100 $ | (5) |
| $ E/{\text{% }}= \left( {\frac{{{D_{i{\rm{c}}}} - {D_{i{\rm{t}}}}}}{{{D_{i{\rm{c}}}}}}} \right) \times 100 $ | (6) |
式中：Di为病情指数；Dp为各级病株数；i为各级代表值；Np为调查总株数；Vh为最高级代表值；E为防效 (%)；Dic为空白对照区病情指数；Dit为药剂处理区病情指数。
1.4.4 对水稻产量的影响分别考种调查千粒重、有效穗数、穗重、穗粒数及实粒数等。采样方法：每大区对角线3点取样，每点量取21行，测量行距；量取21株，测定株距，计算每公顷的穴数；顺序选取20穴计算穗数；取与平均穗数接近的稻株3~5穴 (不少于50穗) 调查穗粒数和结实粒；千粒重采用大区平均千粒质量。按式 (7) 计算水稻产量 (Y，kg/hm2)。
| $ Y = E \times G \times R \times m/{10^6} $ | (7) |
式中：E为有效穗数 (穗/hm2，ears/hm2); G为每穗粒数；R为结实率 (%)；m为每千粒质量 (g)。
1.5 残留试验设计分别设置常规施药方案、减量施药方案和对照小区，每处理3个重复，每小区面积为30 m2，小区间设保护行，对照小区以清水处理。分别于施药后2 h及1、3、5、7、10、14 d在每小区按5点法采集水稻样品，对照区仅在处理后2 h及14 d采样，测定各药剂的残留消解动态。并于水稻收获时采集稻谷样品，测定各农药的最终残留量。
1.6 样品前处理试验中共涉及14种农药，其中茚虫威、己唑醇、噻呋酰胺和稻瘟酰胺采用气相色谱 (GC-ECD) 法检测，其余10种农药采用液相色谱-串联质谱 (LC-MS/MS) 法分析。前处理根据Anastassiades等[12]的QuEChERS方法并加以改进：在50 mL离心管中装入5.0 g新鲜水稻植株样品，加入20 mL乙腈，涡旋1 min；高速振荡20 min，超声10 min，加入3.0 g氯化钠，涡旋1 min，于5 000 r/min下离心5 min；取2 mL上清液至10 mL离心管中，加入50 mg PSA、150 mg无水硫酸镁和50 mg GCB，涡旋振荡2 min，于5 000 r/min离心5 min；取1 mL上清液，经0.22 μm有机滤膜过滤，待LC-MS/MS检测。若采用GC-ECD检测，则取1 mL上清液，氮气吹干，用正己烷定容到1 mL，经0.22 μm有机滤膜过滤，待测。
1.7 仪器检测方法LC-MS/MS检测条件。色谱条件：ZORBAX SB-C18色谱柱 (150 mm × 2.1 mm，3.5 μm)；流动相V (乙腈) : V (0.1%甲酸水溶液) = 80 : 20；进样量10 μL；流速200 μL/min，运行时间5min。质谱条件：电喷雾离子源 (ESI+) 模式；多反应监测模式 (MRM) 扫描；喷雾电压4 000V；其余参数见表2。
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表 2 各化合物的LC-MS/MS检测参数 Table 2 Parameters of the compounds for the LC-MS/MS detection |
GC-ECD检测条件：HP-5色谱柱 (30 m × 0.32 mm，0.25 μm)；进样口250 °C，检测器300 °C；不分流进样；进样量1.0 μL。升温程序：150 °C保持2 min，以15 °C/min升到270 °C，保持10 min。
2 结果与分析 2.1 方法的线性范围、准确性及精密度结果表明：在线性范围内 (LC-MS/MS，0.000 5~1.0 mg/L；GC-ECD，0.01~1 mg/L)，各农药峰面积与对应质量浓度之间呈良好线性关系，相关系数均大于0.99。LC-MS/MS检测中，在0.01、0.05和0.1 mg/kg添加水平下，待测化合物的回收率范围在70%~118%之间，相对标准偏差 (RSD) 为2.1%~16%。GC-ECD检测中，在0.05、0.1和0.5 mg/kg添加水平下，各化合物的回收率范围在71%~109%之间，RSD在3.2%~6.9%之间。LC-MS/MS检测中，10种农药的检出限 (LOD) 均为0.000 5 mg/kg，定量限 (LOQ) 均为0.001 6 mg/kg。表明该方法的线性、准确性及精密度都满足残留分析要求[13]。
2.2 两种施药方案下的防效及药剂在植株中的残留情况 2.2.1 对稻飞虱的防效及药剂残留消解动态结果见图1。2种施药方案中，在对稻飞虱的防治上均选择了烯啶虫胺和吡蚜酮，2种方案的防治效果在最后1次施药后2~3 d均可达到100%。单独施用吡蚜酮，药后7 d防效可达到90%以上，但由于其独特的“口针阻塞”作用机制[14]，因而对稻飞虱的速效性较差；而烯啶虫胺具有较强的触杀作用，速效性较好，但其比吡蚜酮降解快，持效期比吡蚜酮短。常规施药方案中，第1次施药时采用了烯啶虫胺，后面3次均采用吡蚜酮，从图1A中可看出，第1次施药后14 d到第3次施药前，该方案对稻飞虱的防效均低于85%；而减量方案则采用了吡蚜酮、烯啶虫胺以及吡蚜酮+烯啶虫胺的3次用药组合，防效整体上要好于常规用药方案 (图1B)。2种施药方案下，药后3 d烯啶虫胺在水稻植株中已无检出，而吡蚜酮在药后14 d其消解率也都超过了95%。
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X轴上标的斜体数字为各方案每次施药的日期；图中红色横线为85%防效。 Numbers in italic on X-axis are the pesticides application dates; the red line represents 85% control effect. 图 1 两种施药方案下对稻飞虱的防效及药剂在植株中的残留消解动态 Fig. 1 Control effect of rice planthopper and residue dynamics of two strategies |
2.2.2 对稻纵卷叶螟的防效及药剂残留消解动态
从图2中可看出：2种施药方案对稻纵卷叶螟的防效都比较好，第1次施药后的防效均在85%以上。常规方案下，4次施药中有3次同时施用了甲维盐和茚虫威，其中1次只施用了甲维盐；减量方案中，第1次施药时用了甲维盐和茚虫威，第2和第3次分别施用了氯虫苯甲酰胺和四氯虫酰胺。相比常规方案的频繁施用甲维盐和茚虫威，减量组合在达到良好防效的同时，还可在一定程度上延缓害虫抗药性的产生。2种方案下，施药后14 d，甲维盐在水稻植株中的消解率可达95%以上，茚虫威的消解率在70%~85%之间，氯虫苯甲酰胺为81%，四氯虫酰胺在水稻植株中则前期消解比较慢。
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X轴上标的斜体数字为各方案每次施药的日期 ；图中红色横线为85%防效。 Numbers in italic on X-axis are the pesticides application dates; the red line represents 85% control effect. 图 2 两种施药方案下对稻纵卷叶螟的防效及药剂在植株中的残留消解动态 Fig. 2 Control effect of rice case worm and residue dynamics of two strategies |
2.2.3 对纹枯病的防效及药剂残留消解动态
常规方案中用于防治纹枯病的药剂主要为噻呋酰胺和己唑醇，分别施用了2次；减量方案中的药剂为噻呋酰胺、氟环唑和戊唑醇，其中戊唑醇施用了2次，其他2种药各施用了1次。从图3中可看出：减量施药方案对纹枯病的防效明显优于常规方案。已有研究表明，己唑醇、氟环唑和戊唑醇对纹枯病的室内防效均好于噻呋酰胺[15-17]。药剂单独施用容易引起抗性，多种药剂组合间隔施用不仅能延缓抗性产生，还能取得更好的防效。上述药剂中除己唑醇外，其他几种的消解速率都较慢。施药后14 d，已唑醇的消解率达到95%以上，噻呋酰胺为80%左右，氟环唑只有58%；戊唑醇在第1次施用时，14 d后的消解率为91%，此时再施用1次，消解速率明显减慢，14 d后的消解率只有73%。
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X轴上标的斜体数字为各方案每次施药的日期；图中红色横线为85%防效。 Numbers in italic on X-axis are the pesticides application dates; the red line represents 85% control effect. 图 3 两种施药方案下对纹枯病的防效及药剂在植株中的残留消解动态 Fig. 3 Control effect of rice sheath blight and residue dynamics of two strategies |
2.3 各组合药剂在稻米和稻壳中的最终残留
结果见表3。总体来看，稻壳中农药的残留量均大于或等于稻米中的残留量，其中三环唑在稻壳中的残留量可达到其在稻米中残留量的10倍以上。就2种方案中均涉及的农药 (噻呋酰胺、茚虫威、吡蚜酮和三环唑) 进行比较，发现减量施药方案中稻米和稻壳中农药的最终残留量均低于常规方案。根据中国农药信息网查到的农药残留限量标准 (MRL) [18]，2种方案中各农药的最终残留量都在其限量值以下。
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表 3 两种施药方案下各农药在稻米和稻壳中的最终残留量 Table 3 Final residue of pesticides in rice and husk by using two strategies |
2.4 各施药方案对水稻产量的影响
两种施药方案下，水稻产量测定结果见表4。其中，减量方案区水稻产量比常规区提高约6%。
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表 4 两种施药方案下的水稻产量 Table 4 Rice yields by using two crop protection strategies |
3 讨论与结论
本研究以江苏溧阳为试验点，选择对水稻危害较大的3种病虫害，结合药剂田间防效、残留消解动态、最终残留量及水稻产量等因素，初步探索了江苏溧阳地区水稻减量用药的可行性，以期为沿江苏南地区农药减量施用技术体系的建立提供参考。研究结果表明，与常规施药方案相比，减量方案所施用农药种类更丰富多样，该用药策略有助于延缓水稻病虫害抗药性的产生，延长农药的使用寿命。
从所针对的3种病虫害情况看，减量施药方案的防效均明显好于常规方案，在对稻飞虱和纹枯病的防治上差别尤其明显。对稻飞虱而言，之前大量使用的噻嗪酮和吡虫啉等农药由于害虫抗药性的产生，目前已经较少使用[14]。本研究中，常规和减量方案均采用了烯啶虫胺和吡蚜酮，但由于2种方案的施药策略不一样，从而导致了防治效果上的差异。吡蚜酮见效慢，持效期长，烯啶虫胺见效快，但持效期短，减量方案非常好地利用了2种药剂的防治特点。常规方案虽然在第4次施药后对稻飞虱的防效可达到100%，但整个防治过程中效果一般。
对水稻纹枯病而言，减量方案的防效明显高于常规方案。在实际生产中考虑对纹枯病的防治策略时，最好选择多种农药轮换使用，这样不仅可提高防效，还可以延缓病害抗药性的产生。
在对稻纵卷叶螟的防治上，虽然常规和减量方案的防效都很好，但是常规方案在农药种类的选择上比较单一，容易加快害虫抗药性的产生。已有研究表明，稻纵卷叶螟对甲维盐的抗性发展非常迅速，对氯虫苯甲酰胺的抗性发展则较为缓慢[19]，因此本研究的减量方案中选择了氯虫苯甲酰胺，以期延缓抗药性的产生。
从2种方案中农药的消解动态和最终残留看，每次综合防治的施药间隔期均选择为14 d，大部分药剂在药后14 d的消解率都达到了80%以上，有的甚至高于90%。因此，对于病虫害发生较重的年份，选择14 d的施药间隔期比较合适；但对于消解比较慢的农药，如氯虫苯甲酰胺和四氯虫酰胺，可考虑适当延长施药间隔期，或者选择在水稻生长期只施用1次该类药剂；对于连续施用后消解速率减慢的农药，如戊唑醇，也需格外注意施药间隔期和施用次数。结合最终残留量结果看，所施用的大部分农药在稻米中都未检出，仍有少部分农药有微量检出，虽然这些检出的农药在稻米中的最终残留量均未超过其残留限量标准，但若想进一步提高江苏省稻米品质，生产优质稻米，在农药的选择和使用上还需进一步优化。
从水稻产量看，减少农药的使用并未对产量产生影响，减量方案区水稻产量反而略高于常规施药区，因此在优化施用农药组合的前提下，合理减少农药的使用并不会对水稻产量产生影响。
在病虫害防治过程中，平衡农药减量和防效的关系非常关键。本研究从田间药效、消解动态和最终残留等多方面综合考虑，所提出的减量施药方案不仅可减少农药的使用量及施药次数，节省时间和劳动力成本，同时还在一定程度上提高了水稻产量，研究思路和结果可为后续相关研究提供参考，但关于如何建立农药残留消解与田间防效的对应关系，以便精准设定施药间隔期等还需进一步研究。
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