張玉坤　馬俊貴

摘要 總結了物理、化學技術方法以及部分方法的聯(lián)合應用對農產品中殘留農藥降解效果的研究；提出了適用于生長期作物的代謝降解法，該法從作物自身特性出發(fā)有效解決了農藥在體內的殘留和累積；闡明了聯(lián)合應用理化降解方法是降解農產品殘留農藥的主要技術趨勢；同時指出了聯(lián)合應用理化降解方法存在的問題。

關鍵詞 農藥殘留；降解；理化方法；聯(lián)合應用

中圖分類號 S481+.8 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）15-132-05

Research Progress on Degradation of Pesticide Residues by Physicchemistry Techniques and Unitedapplications in Farm Products

ZHANG Yukun1， MA Jungui2*

（1. College of Machinery and Transportation， Xinjiang Agriculture University， Urumqi， Xinjiang 830000； 2. XinJiang Agricultural and Animal Husbandry Machinery Administration， Urumqi， Xinjiang 830052）

Abstract This paper summarized researches on effect of degrading under using physical and chemical techniques， its unitedapplications as well. The metabolismdegrading method was put forward， significantly settling pesticide residue and accumulation in crops from the character of biology itself. It was explained that unitedapplications is the leading role in disposing pesticide residue. Moreover the problems existed of them were discussed.

Key words Pesticide residues； Degradation； Physicchemistry techniques； Unitedapplications

農藥在農業(yè)的生產保收和病蟲害的預防控制方面發(fā)揮著重要的作用，如果不使用農藥，因病、蟲、草害的影響，世界糧食產量將減少1/3[1]。但是不合理的施用農藥導致了對環(huán)境、作物、水產、畜禽的嚴重污染，不容忽視的是有機磷農藥通過食物鏈逐級富集、傳遞，人們通過飲食和呼吸等途徑使殘留的農藥進入人體，從而對人類健康造成嚴重危害，所以農藥殘留的問題亟待解決。

目前我國農產品中殘留的農藥大致分為三類：一是有機磷農藥；二是擬除蟲菊酯類農藥；三是有機氯類農藥。有機磷農藥在國內外廣泛生產和使用的品種已達上百種，包括殺蟲劑、除草劑和殺菌劑。有機磷農藥的使用以其品種多、藥效高、防治對象多、應用范圍廣、作用方式多等特點居各類農藥之首，尤其是6個高毒品種（甲胺磷、敵敵畏、甲基對硫磷、對硫磷、氧樂果和久效磷）的產量約占有機磷殺蟲劑的70%[2]。閆實等[3]研究了不同種類蔬菜農藥殘留檢出率的規(guī)律性，結果表明農藥種類主要集中在高毒有機磷殺蟲劑。我國環(huán)境優(yōu)先檢測出的10種化學農藥有機污染物中，有機磷農藥就有7種。

隨著人類對農產品需求量的不斷擴大，考慮到目前的科技水平，認為化學農藥的作用在相當長一段時間內是利大于弊的，但必須找到化解其缺點的有效方法，才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。筆者綜述了降解農產品殘留農藥的各種物理技術、化學方法以及它們的聯(lián)合應用，旨在為農產品的安全生產提供借鑒。

1 農藥殘留主要理化降解技術方法

農藥殘留降解技術的開發(fā)是解決殘留農藥對環(huán)境及食物污染問題的重要途徑之一，大多運用的是單一處理方法。

1.1 農藥殘留物理降解技術

物理法降解農藥殘留分為日用物理方法和物理技術方法。日用物理方法包括日常生活中削皮、活性炭或石英砂吸附、用水清洗或浸泡果蔬等已成為人們去除農藥殘留的常用方法，但這些方法的效果并不太理想，其本質上是將農產品中的殘留農藥轉移到另外一種介質中，并未對其降解。燙或高溫加熱的方法雖然降解效果較好，但將該方法運用到農產品上，將會使農產品的品質和風味發(fā)生質的變化，對多數(shù)農產品而言，該方法絕對不是有效的好方法。

1.1.1 超聲波技術。

超聲波降解法是利用超聲波輻射液體產生的空化效應[4-7]，在超聲波負壓相作用下，液相分子的吸引力被打破形成空化泡，在隨后聲波的正壓相的作用下空化泡迅速崩潰，該過程中產生的高溫高壓使有機物發(fā)生化學鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解或自由基反應。

鐘愛國用低頻超聲波處理甲胺磷可達到99.3%的降解率，對乙酰甲胺磷的去除率甚至達到99.9%[8]。Kotronarou等[9]用聲強75 W/cm2、頻率20 kHz的超聲波降解pH為60、濃度為82 μmol/L的對硫磷溶液，反應溫度控制在30 ℃，經120 min超聲輻照，對硫磷可被完全降解。

雖然超聲波技術在降解農藥方面有明顯的效果，但從經濟上考慮，還需要設法降低費用。

1.1.2 電子束輻照技術。

電子束輻照降解農藥殘留，輻照技術在食品殺菌保鮮方面已有較為成熟的應用。FAO/IAEA/WHO食品輻照衛(wèi)生安全聯(lián)合專家委員會指出，經平均劑量10 kGy以下輻照的任何食品是衛(wèi)生安全的。

輻照降解農藥是利用放射性同位素或電子加速器等產生的各種高能射線，使農藥的各種化學鍵在高能量射線的作用下斷裂，從而使大分子降解成小分子的過程。低劑量輻照下的農藥降解不如高劑量的效果明顯，農藥輻照降解率隨著輻照劑量的增大呈增加的趨勢，并在4～10 kGy區(qū)間內有波動，有機磷的農藥降解效果普遍優(yōu)于氨基甲酸酯農藥。但是該技術降解率太低，不能作為單一的方法使用。另外發(fā)現(xiàn)當將該種方法運用到農產品上時，短波輻射會縮短果蔬的貯藏期，同時還會在一定程度上影響果蔬品質。

1.1.3 紫外光照技術。

紫外線降解農藥殘留的原理是依靠中波紫外光的作用，通過紫外線照射產生化學效應，使農藥有機物中的雙鍵斷裂，從而破壞構成農藥成分的有機碳及其他元素間的結合，將農藥有機物分解為小分子物質。韓國食品研究所[10]用紫外線掃描枸杞子，結果發(fā)現(xiàn)三唑錫降解了73%，聯(lián)苯菊酯降解了80%，有良好的降解效果。

1.1.4 超高壓技術。

超高壓技術產生的極高的靜壓使生物組織內高分子立體結構的氫鍵、離子鍵和疏水鍵等非共價鍵發(fā)生變化[11]，可將其用于農產品農藥殘留的去除。

慧為甲[12]研究了超高壓處理對果汁中擬除蟲菊酯類農藥和氨基甲酸酯類農藥的降解效果，發(fā)現(xiàn)在合適參數(shù)下，其降解率幾乎可達到100%。

1.2 農藥殘留化學降解方法

化學法降解農藥殘留在有機磷農藥廢水處理和被殘留農藥污染的土壤治理方面效果顯著，同時在農產品農藥殘留的處理方面也表現(xiàn)較好，不僅降解率高、成本低、無二次污染，而且無論是小規(guī)模處理還是大規(guī)模操作都較容易實施推廣，甚至對農產品的品質能起到增益作用。

1.2.1 電功能水法。

郝建雄等[13]在電生功能水降解農藥殘留方面進行了深入研究，在浸泡蔬菜60 min時使用酸性電解水，農藥殘留可消除82%左右，使用堿性電解水，蔬菜的農藥殘留可消除90%以上，表明電解水可以較好地消除有機磷農藥造成的果蔬污染，利用電生功能水消除蔬菜的農藥殘留是一種可行的方法。

電生功能水之所以能消除蔬菜的農藥殘留，很大程度上是由于其理化性質的特性。酸性電解水具有低的pH、高的氧化還原電位值；堿性電解水具有高的pH及良好的乳化性，而有機磷農藥包括乙酰甲胺磷大多含有P=S和C=O雙鍵，在酸性或堿性條件下親核試劑易使其雙鍵發(fā)生斷裂。并且發(fā)現(xiàn)浸泡處理和振蕩處理洗滌方式的不同對農藥的消除效果影響不大。處理時間越長，降解效果越好。

劉清等[14]進行了酸性氧化電位水毒性的試驗研究，總體評價認為酸性氧化電位水可以安全使用。沈健等[15]用酸性氧化電位水對污染了黃曲霉毒素的大米進行了降解、脫毒試驗，結果表明經酸性氧化電位水洗滌后的大米能有效降解黃曲霉毒素，而且不會影響大米的品質。

1.2.2 過碳酸鈉法。

王玲玲等[16]進行了過碳酸鈉對菊酯類農藥降解作用的研究，發(fā)現(xiàn)過碳酸鈉量增加和溫度升高，農藥的降解率增大；在堿性條件和酸性條件下，農藥的降解率比在中性條件下大，在堿性條件下降解率最大。菊酯農藥的降解率隨著溫度的升高而增加。

1.2.3 過氧化氫法。

方劍鋒等[17]進行了過氧化氫降解有機磷農藥的研究，結果表明過氧化氫對有機磷農藥有明顯的降解作用；紫外光照下，過氧化氫降解農藥比普通光下的降解率提高3～9倍；中性條件下，有機磷農藥降解率最低，提高酸性或堿性都使農藥降解率提高，且堿性比酸性條件更有利于農藥的降解；農藥的降解率都隨反應時間的延長而增加，隨過氧化氫初始濃度增大而提高，隨農藥濃度增加而降低，而降解量則隨其初始濃度增加而增加。

1.2.4 臭氧法。

周金森等[18]進行了將臭氧用于蔬菜表面農藥殘留的降解研究。其作用機理是：臭氧是一種強氧化劑，溶于水中，不僅能夠破壞甲胺磷、久效磷、樂果、對硫磷等有機分子結構中的烯烴、炔烴等碳鏈，而且對基團有強烈的氧化作用。這種打斷連接鍵和基團氧化的雙重作用使得上述物質的分子結構發(fā)生徹底改變，從而起到解毒、降解農藥殘留的作用。同時還能殺滅蔬菜表面的各種細菌和致病菌，達到解毒目的，無二次污染，并且對蔬菜的營養(yǎng)成分基本沒有影響[19-20]。

臭氧處理在有效降解農殘的同時，可以很好地保持果品的外觀及營養(yǎng)價值，保證了果品在貨架期的品質；由于其降解效果與農產品種類、農藥品種以及污染程度等都有關系，所以其達到最大效果時的臭氧濃度范圍還未確定。目前改進的臭氧技術及臭氧與其他處理方法的聯(lián)合使用給農藥殘留的處理開辟了新的有效途徑。

1.3 對生長期農作物適用的基于磁化水技術的代謝降解法

常溫常態(tài)貯存蔬菜時，其中的農藥殘留都有降解，但是除個別農藥外，短時間內大部分農藥的降解情況不理想；該種處理盡管耗時長、降解率不高，但從本質上說明了一個問題，即農藥殘留也可以通過農產品自身新陳代謝的途徑來降解。由此提出基于磁化水技術的代謝降解這一新的方法，該法最適用于生長階段的農作物在噴施農藥一段時間后，對作物體內的農藥殘留進行代謝降解。

何士敏等[21]研究發(fā)現(xiàn)，磁化水使農藥在蔬菜體內的滯留時間縮短，減少了農藥對蔬菜的危害，提高了大白菜和甘藍對溴氰菊酯農藥污染的抗性。汪耀富等[22]研究發(fā)現(xiàn)，磁化水對煙草的生長發(fā)育及生理代謝過程有一定的促進作用。趙國林等[23]發(fā)現(xiàn)磁化水對小麥各項生理指標都有明顯的促進效應。

李靜麗等[24]進行了磁化水對香菇生長和代謝的影響的研究，發(fā)現(xiàn)磁化水之所以能使香菇菌絲的生長速度加快、發(fā)酵液中產生醇香氣和蛋白質含量增加，是由于磁化水中的金屬離子有助于激活某幾種氧化酶類的生物學活性，從而增強了細胞及機體的代謝能力，加速了代謝過程。并且不同強度的磁化水在香菇生長的各階段表現(xiàn)出不同的作用，這是因為不同強度的磁化作用所激活的酶類不同。

張立紅[25]進行了磁化水灌溉促進作物增產機理的MD模擬研究，結果表明在優(yōu)化磁場作用下，水的表面張力系數(shù)和粘滯系數(shù)降低、擴散系數(shù)增大，使水的滲透性和擴散能力增強；同時水體系中自由的單體分子和二聚體分子增加，使之更容易進入作物細胞內，從而促進細胞的新陳代謝、增加細胞活力。經磁化作用的水的光學性質發(fā)生明顯變化，磁化水要比未處理的水對光的吸收率高30%，因水體透光性的改善，保證了光合自養(yǎng)生物（即大多糧食作物）的能源，同時經磁化處理的水的硬度、pH、電導率都明顯高于非磁化水，無機鹽在磁化水中可以較好地溶解，從而有利于植物對營養(yǎng)鹽類的吸收。磁化水還能引起生物膜滲透性的增加，從而改善植物對營養(yǎng)物質的吸收，促進植物的生長和發(fā)育。

上述研究共同表明，用磁化水澆灌的農作物根系發(fā)達，對水分、礦質元素的吸收速度快，在本質上改善了農作物的新陳代謝速率。農作物代謝速率越快，農藥在作物體內滯留的時間就越短，農藥的殘留量也越少。依靠農作物本身的新陳代謝來降解農藥殘留，不僅符合作物生長規(guī)律，而且成本低廉，效果顯著，操作簡便易推廣，無二次污染。

2 聯(lián)合應用物理、化學降解方法

2.1 聯(lián)合應用的必要性

大多單一降解方法都有其局限性。為了實現(xiàn)降解率高、無二次污染、成本低、易操作推廣、對農產品品質無不良影響、甚至對農產品的生長貯存能起到增益作用的綜合效果，農藥殘留的降解模式必須改單一方法降解為多種降解方法聯(lián)合處理的模式，充分利用各種降解方法的優(yōu)點，同時規(guī)避它們的缺點。農藥殘留在農產品的外表和內里都有分布，化學降解方法主要對農產品外部進行殘留農藥的降解脫除；而物理技術降解方法在不破壞農產品外觀、品質的情況下，可對農產品內部的殘留農藥進行降解脫除。聯(lián)合應用物理、化學降解方法還有以下3點原因：

（1）農藥殘留在農產品上的分布性。

王冬群[26]進行的翠冠梨不同組織中農藥殘留分布規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，從農藥在梨不同組織中的分布來看，無論是農藥殘留量的大小、農藥種類的多少還是農藥殘留檢出率，從大到小順序均依次為果皮、全果和果肉。農藥殘留主要集中在梨的果皮上，在梨的不同組織中農藥殘留分布差異較大。

安徽農業(yè)科學 2015年

溫賢有等[27]進行了木瓜中甲拌磷農藥殘留分布規(guī)律的研究，發(fā)現(xiàn)甲拌磷農藥在木瓜中的殘留分布規(guī)律為：果皮中的殘留量最高，果肉中最少；果皮中的甲拌磷農藥隨著噴藥后時間的延長，殘留量逐漸降低，但同期殘留絕對值仍明顯高于果肉，果皮是木瓜中農藥殘留的主要存在部位；果肉中的甲拌磷農藥殘留相對較少，殘留趨勢為先升高后逐漸降低，但降低緩慢。其原因可能是在噴藥后果皮中的甲拌磷農藥不斷降解，同時未降解的甲拌磷農藥就向果肉轉移，使得果皮中的甲拌磷農藥殘留量逐漸減少，而果肉中的含量逐漸升高，72 h后分布平衡，果肉中的甲拌磷殘留量達最高，之后逐漸降低。甲拌磷一旦進入果肉，其消解非常緩慢。因其較高的殘留特性，農藥往往還未降解充分，就已經被食用。食用過程中沖洗或削皮處理不能將其去除干凈，必須采用科技手段對其進行降解處理。

（2）不同農產品上農藥施用和殘留的繁多復雜性。

多種農藥殘留并存的情況較嚴重，并且有機蔬菜也已經開始受到農藥殘留的污染。梁春紅等[28]研究表明，不同農藥種類雖然施用于同一種蔬菜上，但農藥的種類不同，其效果最好的降解方法也不相同。

（3）光照、溫度、pH、水分等因素對農藥殘留降解效果的影響。

花日茂等[29]對丁草胺在不同光源照射下的降解情況進行了研究，得出其光解速度在以水為介質的高壓汞燈照射下降解最快。

黃寶勇等[30]研究表明低溫冷凍使得農產品中的農藥殘留最穩(wěn)定，即不利于殘留農藥的降解，所以農藥的降解必須在農產品采摘貯存之前進行。另外，不同樣品基質、不同濃度農藥在冷凍貯存狀態(tài)下最穩(wěn)定，隨貯存溫度升高其穩(wěn)定性逐漸降低；溫度影響作用的大小對不同農藥稍有不同，對百菌清的影響最大，對毒死蜱的影響最小。不同蔬菜品種對農藥殘留量降解趨勢和降解速率無顯著影響。另外有研究表明，水樣中傳統(tǒng)的有機氯農藥、菊酯和極性弱的農藥在貯存中比較穩(wěn)定，而有機磷和氨基甲酸酯類以及一些其他極性農藥在貯存過程中不穩(wěn)定，尤其在4和20 ℃下貯存容易分解[31]。

張洋等[32]總結了農藥降解速率隨pH、水分、溫度變化而變化的機理。pH是影響農藥降解的重要因素之一，在酸性或堿性條件下，降解效果最好；溫度對農藥降解有著極顯著的影響，農藥會隨著溫度的升高而降解加快，同時農藥的穩(wěn)定性也會隨著溫度升高而降低；農藥在有水分的環(huán)境下比在干燥環(huán)境中降解速率快很多。

2.2 聯(lián)合應用獲得的研究進展

2.2.1 超聲波技術與過碳酸鈉聯(lián)合應用。

超聲波技術在難降解有毒有機物的處理方面有獨特的效果，并且已有研究證實過碳酸鈉對有機磷農藥具有較好的降解效果，宋偉等[33]研究表明，在相同的外部條件下，超聲波誘導過碳酸鈉降解有機磷的效果明顯優(yōu)于二者單獨使用。該方法對有機磷農藥有優(yōu)異的降解效果，降解效率超過95%。堿性條件下的降解效果優(yōu)于酸性條件，這可能是因為有機磷官能團在堿性條件下更容易發(fā)生降解。

由此說明物理和化學降解方法的聯(lián)合應用是降解殘留農藥的一個新趨勢。

2.2.2 光催化與臭氧聯(lián)合應用。

光化學降解治理農藥殘留，特別是比較難降解的有機物如六六六、滴滴涕等，降解效果明顯。梁夫艷等[34]研究了臭氧-光催化聯(lián)合降解甲苯的情況并與單一光解進行了比較，結果表明臭氧光催化對甲苯的降解效率大大高于光催化的降解效率。

2.2.3 高壓汞燈光照與化學催化劑聯(lián)合應用。

光催化降解法氧化能力強，降解率高，成本低，無二次污染，催化劑穩(wěn)定性好，易回收。姚文華等[35]進行了Co摻雜的銳鈦礦型納米介孔二氧化鈦制備及其對幾種有機磷農藥的光催化降解效果研究，驗證了摻Co能顯著提高催化劑的光催化降解活性；在暗處無光條件下降解農藥的效率非常低，幾乎可以忽略不計，在500 W高壓汞燈照射的條件下，農藥可直接降解；同時證明了該催化劑是一個穩(wěn)定性好、可重復使用的催化劑；但是光催化處理需要水溶液透明才有利于光的吸收，催化劑才有活性。

2.2.4 紫外光照或臭氧與過氧化氫聯(lián)合應用。

高級氧化技術即通過將H2O2與臭氧或紫外光組合，促進羥基自由基的產生；另外H2O2催化降解法的改進研究，以過氧化氫光催化的高效降解能力為基礎，通過綜合各種途徑來提高H2O2的降解能力，擴大了其降解化合物的范圍。

2.2.5 低溫等離子體技術。

低溫等離子體技術是綜合高能電子輻射、自由基、臭氧等活性粒子的一種物理、化學方法聯(lián)合應用的降解技術；其降解機理是：低溫等離子體產生的高能電子轟擊殘留農藥分子，通過電離、激發(fā)、解離產生次級電子、離子、自由基活性粒子等，這些活性粒子再與農藥分子作用，最終將其降解，生成無毒或毒性較小的小分子。

王世清等[36]進行了等離子體對蘋果和大白菜中氧化樂果的降解效果的研究，發(fā)現(xiàn)其降解率都在96%以上，并且降解速率快，無二次污染，但要根據(jù)果蔬種類、施用的農藥品種及污染程度的不同，確定出對應的處理參數(shù)，以便確保果蔬產品的食用品質。

2.3 以果蔬類農產品為例說明聯(lián)合應用的流程 見圖1。

3 存在的問題及展望

聯(lián)合降解方法根據(jù)物理方法與化學方法進行結合，對農產品的外部和內部農藥殘留都進行降解，對于食品安全以及我國農產品向國外大宗出口、打破貿易的技術性壁壘都具有重要的積極意義。目前，理化方法聯(lián)合應用降解農產品中農藥殘留還存在以下4個方面的問題：①農產品中農藥殘留量直觀、快速的檢測技術發(fā)展還不成熟，在一定程度上限制了聯(lián)合降解方法的應用。②針對不同類的農產品、不同農藥種類，聯(lián)合降解方法所使用的參數(shù)是不確定的。參數(shù)過大或過小都不能起到良好的降解效果，還可能會對農產品造成二次污染；在實踐應用中如何合理地確定各種參數(shù)有待進一步研究。③從技術的實用層面考慮，聯(lián)合降解方法在農產品的出口貿易上規(guī)?；瘧煤图彝ト粘Ｉ钍巢纳闲⌒突瘧眠€未落到實處。④農產品中殘留農藥是在產業(yè)鏈的終端還是在農產品的生產過程中降解更合理，還有待深入研究。

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