农药学学报  2014, Vol.16 Issue (1): 84-91   PDF    
草莓温室施用百菌清对施药及采收人员的暴露水平与风险评估
安雪花, 吴长兴, 吉小风, 吴声敢, 陈丽萍, 苍涛, 蔡磊明, 赵学平    
浙江省植物有害生物防控重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地, 浙江省农业科学院 农产品质量标准研究所, 杭州 310021
摘要:采用手动背负式喷雾器,在草莓温室中均匀施用75%百菌清可湿性粉剂,通过贴片法分析了施药者及果实采收者的人体暴露量,研究了草莓温室施用百菌清对操作人员的职业暴露风险。结果表明:在草莓温室中施用百菌清,对施药者人体暴露的施药液量为19.2~46.6 mL/h,平均为30.2 mL/h,主要暴露部位为小腿;采收果实时,施药后第1天采收者人体暴露的施药液量为 3.8 mL/h,第7天时为0.027 mL/h,主要暴露部位均为手部。在本研究暴露条件下,施药者的安全限值(MOS)为0.258,表明该暴露环境对施药者存在风险;施药后1~7 d,采收者的MOS值均>1,表明该暴露环境对采收者人体暴露为安全。研究表明,在草莓温室中施用百菌清,对田间操作人员存在职业暴露风险,因此应注意加强防护措施,或缩短暴露时间;采收时,对采收者无职业暴露风险,但应对主要暴露部位手部加强防护。
关键词百菌清      人体暴露      安全限值      施药者      采收者      草莓    
Risk assessment of human exposure to chlorothalonil during application and harvest process in strawberry greenhouse
AN Xuehua, WU Changxing, JI Xiaofeng, WU Shenggan, CHEN Liping, CANG Tao, CAI Leiming, ZHAO Xueping     
State Key Laboratory Breeding Base for Zhejiang Sustainable Pest and Disease Control/Key Laboratory for Pesticide Residue Detection of Ministry of Agriculture, Institute of Quality and Standard for Agro-products, Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310021, China
Abstract: Risk assessment was conducted for operators in strawberry greenhouses during pesticide application and harvest. Chlorothalonil (75%, WP) was applied by using a manual knapsack sprayer. Dermal patch method was used to measure potential dermal exposure (PDE). During the application of chlorothalonil in the strawberry greenhouse, the rate of potential dermal exposure of applicators ranged from 19.2-46.6 mL/h with average of 30.2 mL/h. It's also found that the major exposure part was lower legs. During the harvest, the rate of potential dermal exposure of harvesters at the first day was 3.8 mL/h, but at the seventh day it was only 0.027 mL/h. Further, the major exposure part was hands during harvest. The margin of safety (MOS) was calculated. For applicators, MOS was 0.258 indicating risky environmental conditions, but the MOS was greater than 1 for harvesters during each day of harvest process (1-7 days), which indicated safe working conditions for harvesters. Chlorothalonil applied in the strawberry greenhouse could put applicators in risky working conditions, but the harvesters are relatively safe. Therefore, applicators should strengthen personal protection or shorten exposure time, and harvesters should pay attention to hand protection in the strawberry greenhouse.
Key words: chlorothalonil     human exposure     margin of safety     applicators     harvesters     strawberry    

在混合、装卸、施用以及农产品收获等农事活动中,农药会通过呼吸道和皮肤进入操作者体内,产生不同程度的急性伤害或各种慢性危害[1]。据世界卫生组织估计,每年至少发生300万起农药中毒事件,仅亚洲农村地区每年就有约30万人死于农药中毒,而其中因皮肤吸收导致的中毒人数占90%以上[2]。农药中毒事件大多数发生在生产和施药过程中,中毒原因一般是由于农民缺乏自身防护意识或施药过程中喷雾器使用不当所致[34]

农药的人体暴露量分析是农药风险评估的重要组成部分,其主要是皮肤暴露分析。通常采用贴片法(patch)、全身整体取样法(whole body dosimetry)及手套、袜子、口罩等取样测定皮肤的农药暴露量,其中贴片法因简单、实用而被诸多研究者应用于施药者农药暴露风险评估研究[5,6,7,8,9,10,11]。发达国家关于农药对职业人员体表暴露风险的研究较早,欧美等国家已建立起适应其国家或地区气候、地理条件、作物生长状态及施药机械等的特定农药暴露模型,如北美的PHED(pesticide handlers exposure database)、英国的POEM(the predictive operator exposure model)、德国的German Model和欧盟的EURO-POEM等,通过这些模型可简便地评估具体施药场景下施药者的农药暴露风险。而我国的相关研究起步较晚,还存在明显不足。

温室草莓栽培因具有管理方便、产量高、收益好等优点,目前已成为我国主要的生产方式。由于温室内温、湿度高,农民通常穿短袖、短裤作业,最多以长袖衬衫和普通棉质长裤为防护措施进行施药和果实采收,因此在作业过程中的人体暴露危害会更加明显。 百菌清(chlorothalonil)是草莓采果期常用的一种杀菌剂。研究表明,百菌清对皮肤、眼睛和肠胃有严重的刺激性[11],虽然其对哺乳动物的毒性不大,但美国国家环境保护总署(USEPA)已经把百菌清列为可能使人类致癌的化学物质之一[12]。 目前国内外尚未见关于百菌清对温室草莓栽培从业人员人体暴露风险的研究报道。笔者为评估温室草莓栽培中百菌清的人体暴露风险,采用贴片(patch)、口罩、手套和袜子分别对施药者和果实采收者进行了人体暴露水平分析,并通过安全限值(margin of safety,MOS)评估了暴露风险,以期为温室草莓栽培作业人员的健康防护提供参考。

1 材料与方法
1.1 供试材料

75%百菌清(chlorothalonil)可湿性粉剂(WP)(惠州市中讯化工有限公司);98%的百菌清标准品(美国 Accurate Standard 公司);试剂均为分析纯。 纸片(patch: Whatman 17CHR, Cat. No. 3017-915);锡箔纸(购买于杭州本地超市);定制的铝纸袋(中间打直径8 cm的圆孔,圆孔面积约 50 cm2);100%纯棉的手套、口罩、袜子(购买于杭州本地超市及药店)(图1)。

气相色谱仪(GC-ECD,Thermo Scientific TRACE);YS-16C 永盛手动背负式喷雾器(单个圆锥喷头)。

图 1测定皮肤暴露量的材料 Fig.1Materials for the measurement of the potential dermal exposure

1.2 试验设计

试验分别于2013年3月~ 4月在浙江省萧山市8个种植草莓的温室中进行。参加研究的人员分为3类:监督员2名,从事农药毒理研究5年以上的专业人员,负责农药及喷雾器的保管,监督施药及采收的全程作业;技术员5名,负责配药及施药或采收作业结束后的取样;施药者8名,5年以上种植温室草莓的职业人员(农民)。试验田附近备有规范的施药器械及农药存放仓库。

施药者人体暴露:采用国内普遍使用的手动压力喷雾器施药方式。于试验开始前由监督人员对8名施药者进行喷雾器操作方法及施药技术培训,

并多次进行演示,因此,他们所有的结果被认为是有效的。8名施药者分别在果实收获期的草莓温室中单独完成施药作业,并以习惯的施药方式(右手作业,正向行走左右摇摆方式)施药,施药过程中对施药者不施加任何干预。每个施药者的总施药量相同,均为15 L(配制质量浓度均为1 875 mg/L),施药时间为20~28 min,平均为23.3 min,即施药液量为 38.7 L/h(表1)。施药人员均身体健康无疾病。

采收者人体暴露:参加施药作业的8名施药者同时参加果实采收者人体暴露试验,即果实采收者的信息与施药者相同。于施药后第1天开始采收果实,采收至第7天。每个采收者均在单独的温室中进行采收,采取半蹲半跪姿势,作业时间为每天早上9点左右开始,约30 min。采收者除采摘草莓外,不参加任何其他农业活动。

测试对象、温室环境、施药条件及施药液量等信息详见表1

表1 实验设计 Table 1 Design of experiments

1.3 人体暴露量测定

按照USEPA[13,14]和WHO[15]的农药暴露量测定标准方法(贴片法)测定人体暴露水平(potential dermal exposure,PDE)。本研究中的PDE是用单位时间的施药液量(sprayed liquid)来表示操作者喷施百菌清时的人体暴露量(mL/h),即通过分析检测量、暴露面积、体表面积及百菌清的配制浓度(nominal concentration, NC)推算得出其暴露量[16]

施药者皮肤暴露:每个施药者穿着连体防护服,于13个不同身体部位(头、前颈、后颈、前胸、后背,共5处;左右上臂、下臂、大腿、小腿,共8处)分别粘贴贴片。每个贴片由3部分组成,包括纸片(10 cm×10 cm)、锡箔纸(10 cm×10 cm)和铝纸袋(图1),以防止农药渗漏至铝纸袋上纸片后面垫的锡箔纸。施药者均佩戴面积为200 cm2的纯棉口罩和纯棉手套,穿纯棉袜子。人体各部位的体表面积[5]见表2。以手套和袜子的暴露量代表手部和脚的暴露水平[6,7,8,9,10]。为保护施药人员,施药时穿30 cm高的橡胶靴。

果实采收者皮肤暴露:与上述施药者皮肤暴露相同的防护措施下,同样通过贴片、口罩、手套和袜子测定皮肤暴露量。

表2 人体各部位的暴露面积[5]

Table 2 Overview of the different parts of the body and their corresponding surfaces[5]

1.4 试样采集

于试验结束后,由5名技术人员负责进行采样。首先小心取下口罩、手套;其次取下身体各部位的贴片,小心取出铝纸袋的纸片;最后取下袜子。每个样品取下后单独放入保鲜袋中。在收集不同部位的样品时,技术人员需换戴干净的橡胶手套。所有样品均于取样后6 h内运回实验室,并保存于-20 ℃恒温冰箱中,待分析。所有样品分析均在取样后20 d内完成。

1.5 样品处理

将每个实验对象的手套(一双)、口罩和袜子(一双)分别置于500 mL广口玻璃瓶中,加入可将样品完全浸没(液面高出样品2 cm)的正己烷约300 mL;将取样纸片置于100 mL广口玻璃瓶中,每瓶1片,加入约50 mL正己烷;于200 r/min下振荡提取1 h,将提取液浓缩至干,用丙酮定容至1 mL,待测。

1.6 分析方法验证

GC检测条件:ECD检测器;VF-17ms 色谱柱 (30 m×0.25 mm×0.25 mm);进样口温度230 ℃;检测器温度300 ℃;进样量1 μL;载气为高纯氮气(纯度大于99.999%),流速3.7 mL/min,尾吹(氮气)30 mL/min。柱程序升温:80 ℃,保持0.5 min;以50 ℃/min升至 200 ℃,保持1 min;以10 ℃/min升至230 ℃,保持1 min;以50 ℃/min升至280 ℃,保持2 min。

百菌清标准溶液配制:用丙酮配制1 000 mg/L的百菌清标准母液,试验时再用丙酮稀释配制成系列浓度的标准工作溶液,现用现配。

添加回收试验:为证明百菌清在田间采样、运输、实验室保存直至样品检测期间在实验基质中的稳定性,每次在田间取样时,同时采用10倍LOQ浓度的百菌清标样溶液处理空白基质,并与实验样品同步运输、保存及分析检测。

1.7 暴露风险评估

采用安全限值(MOS)[9,10]评估百菌清的人体暴露风险。通过实测的暴露量,推算1 d 的暴露量,进而推算出MOS值,其计算公式见式(1)及式(2)。

其中,AE(acceptable exposure)为可接受暴露量,DE(dermal exposure)为皮肤暴露量,AF(absorption factor) 为吸收系数。AE由可接受暴露水平(acceptable operator exposure level, AOEL)和暴露人员体重(BW)推算得出,即AE=AOEL×BW。百菌清的AOEL=0.009 mg·kg-1·d-1[17],平均BW为65.8 kg(表1)。本研究中的DE是由PDE(mL/h)、百菌清的配制浓度(NC=1 875 mg/L)、暴露时间(exposure time, ET=4 h/d[5, 18, 19, 20, 21])及衣服渗透率(cloth penetration,CP=10%[20, 22])推算得出,即DE=PDE×NC×ET×CP。AF为0.11(皮肤渗透率10%加上其他不确定因素1%),SF为1[9,21,23, 24, 25]。即

评价施药者人体暴露风险时,若MOS≥1,表示暴露环境安全;MOS<1,表示应减少暴露,调整施药频率,增加防护,甚至放弃施药活动[24]

1.8 数据统计分析

采用DPS软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与讨论
2.1 检测方法验证

线性范围、检出限与精密度:在最优化的实验条件下,对百菌清标准工作溶液进行检测。在进样质量浓度为0.01~10 mg/L范围内,浓度和峰面积之间呈线性且线性相关性较好,R2=0.999 6。采用外标法定量,以进样质量浓度为横坐标、峰面积为纵坐标,得标准曲线方程为y=19 066.928x-341.406。百菌清的检测限(LOD)和定量限(LOQ)分别按信噪比(S/N)等于3和10计算,得LOD为0.003 3 mg/L,LOQ为0.010 mg/L。

回收率与精密度:本研究全部样品共分13批次完成检测分析,其中施药者暴露样品分成3批次,采收者暴露样品分成10批次。每批次进样检测时,同步检测与检测样品一同田间运输及实验室保管的添加回收试验样品。结果(表3)表明,分成13批次检测的添加回收样品的平均回收率为92%~113%,相对标准偏差(RSD)为0.58%~3.1%。即从田间取样至测定,环境对百菌清未产生影响。表明本研究所选测试基质及分析方法满足试验要求,证明了试验材料及分析方法的可行性。

2.2 施药者人体暴露

实际暴露量测定对于正确评估职业暴露风险极为重要[26]。本研究由单位时间的施药液量(sprayed liquid)来表示草莓温室施药者人体各部位的暴露量(PDE,mL/h),其结果见表4。从表4中可看出,8名施药者的人体总暴露量为19.2~46.6 mL/h,平均为30.2 mL/h,占总施药液量(38.7 L/h)的0.08%。 Hughes等[27]报道,采用背负式喷雾器对矮作物如甜菜和莴苣施药时,PDE值分别为12.0和78.2 mL/h;Machera等[28]研究报道,对矮作物番茄施用马拉硫磷时的PDE值为25.4 mL/h,占总施药液量的0.05%;本研究结果与文献报道类似。但Hughes等[9]报道,采用背负式喷雾器对矮作物如西兰花施药时的PDE值为140 mL/h,占总施药量的0.23%,与本研究结果相比,其暴露量相对较高。表明因作物的生长情况、种植密度,施药者个体差异、施药方式、施药者的技术以及其他不可预测的因素等影响可能会使得农药暴露数据具有变动性。

表3 运输及储存对纸片、手套、口罩和袜子 样品中百菌清稳定性的影响

Table 3 Chlorothalonil in dermal patch, gloves, masks, and sucks stability tests during transportation and storage

比较百菌清对施药者人体各部位的暴露情况(表4)发现,小腿为主要暴露部位,其暴露量左右腿分别为12.7和10.6 mL/h,分别占总PDE值的42.2%和35.1%(图2),但相互间无明显差异(LSD 0.05 = 8.52)。本研究结果与文献报道类似[9, 27]。造成这一分布特点的主要原因可能是由于施药作物为草莓,属高及膝盖植物(knee-high plants),并且喷杆斜向下喷雾,因此施药者的小腿部位更接近喷头,从而导致腰以下部位的暴露量最多。

2.3 采收者人体暴露

草莓温室中施喷百菌清后果实采收者的人体暴露量测定结果见表5。从中可看出,施药后第1天,采收者的PDE值为3.8 mL/h,占总施药液量(38.2 L/h)的0.01%,占施药者总PDE值(30.2 mL/h)的12.7%;施药后第7天,采收者的PDE值为0.027 mL/h,占总施药量的7.1×10-5 %,占施药者总PDE值的0.09%。表明随施药后间隔时间延长,采收者的人体暴露量减少,这可能跟百菌清的光解、水解及蒸发作用等有关。分析采收者身体各部位的PDE值发现:施药后1~3 d采收,主要的暴露部位为手,占采收当天总PDE值的34.1%~46.3%,其次为腿部(大腿和小腿),占当天总PDE值的 26.8%~44.1%;从第4天开始,主要的暴露部位均为手,占到采收当天总PDE值的50%以上。其原因主要是由于采收果实时手部与作物直接接触,因此采收果实时加强手部的保护较为重要。

表4 草莓温室施药者身体各部位的百菌清暴露量(mL/h) Table 4Potential dermal exposure(PDE,mL/h) of chlorothalonil for applicator in the strawberry greenhouse

表5 草莓温室果实采收者身体各部位的百菌清暴露量(mL/h)

Table 5 Chlorothalonil PDE for harvesters during harvest process in the strawberry greenhouse(mL/h)

图2 施药者身体各部位百菌清的分布

Fig.2 Chlorothalonil PDE distribution in different body parts of applicators

2.4 暴露风险(MOS)

农药暴露风险评估包括危害识别、剂量与反应关系评价、暴露评估和风险描述。其中风险描述是综合剂量-效应关系和暴露评估2部分的数据对农药可能对从业人员健康产生的不良影响进行计算和描述的过程,也是风险评估的总结阶段[29]。农药暴露风险评估常用安全限值(MOS)来描述其风险。暴露量(PDE)在目前的研究中被定义为暴露于皮肤的农药量,即通过渗透防护服或工作服后暴露于皮肤的农药量。目前防护服或工作服的渗透率通常假设为10%[21,23]

皮肤暴露量(DE)是指农药对人体1 d的有效暴露量。本研究中DE值为1 d暴露 4 h 的总暴露量[5,18, 19, 20, 21]表6表明,本研究中施药者的总DE值为有效成分22.7 mg/d,由此推算得其MOS值为0.238,<1,即该暴露环境对从业人员存在暴露风险。Machado-Neto[24]提出,当MOS值<1时,应计算其ECN(exposure control need,暴露控制率)值和SWT (safe work time,安全作业时间) 值,从而对施药者提供相应的安全防护措施。于本研究的暴露环境中施用百菌清后,推算得其ECN值为76.2%,SWT值为1.0 h,即暴露风险大,其1 d的暴露时间不宜超过1 h。因此,在温室中对收获期草莓施用百菌清时,应加强防护措施,或缩短暴露时间。

施用百菌清后采收者人体暴露情况(表6)表明,喷药后第1天的DE值为有效成分2.88 mg/d,第7天减少至0.020 4 mg/d,MOS值均>1,即草莓温室中施用百菌清后采收果实,对采收者的人体暴露环境为安全。

为了估计与本研究同样暴露环境条件下农药的暴露风险,笔者假设草莓温室中施用的不是百菌清,而是10%吡虫啉乳油(稀释2 000倍),并假设产生与百菌清相同的暴露效果(PDE,mL/h),推算其MOS值。即,如果吡虫啉的暴露量设为本研究结果中百菌清的平均PDE(30.2 mL/h), 配制浓度为50 mg/L,AOEL值为0.08 mg·kg-1·d-1[17],得其MOS值为79.2,>1,据此可推测在本研究的暴露场景中喷施吡虫啉是安全的。但要正确评估吡虫啉对施药者的人体暴露风险,还须通过实际演习进一步检验和完善。

表6 百菌清对草莓温室施药者和采收者的安全限值

Table 6 Margin of safety (MOS) for applicators and harvesters in strawberry greenhouse sprayed by chlorothalonil

3 结论

研究表明,在草莓温室中使用手动背负式喷雾器施用百菌清时,施药液量对施药者的人体暴露量为30.2 mL/h, 主要暴露部位为小腿。采收果实时,第1天采收者的人体暴露量为3.8 mL/h,第7天为0.027 mL/h,且主要暴露部位为手部。在本研究的暴露环境中,施药者的MOS值为0.238,小于1;采收者的MOS值均大于1。因此,在此暴露环境中施药者应注意加强防护措施,或缩短暴露时间;而采收者的暴露环境为安全,但需对主要暴露部位手部加强防护。

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