唐少霞, 陳 艷, 賈桂云, 吳 丹

(1. 海南師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 海南 ?？?571158； 2. 海南師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院, 海南 ?？?571158)

海南島地處熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年降雨量在1 000～2 500 mm，大部分地區(qū)年平均溫度在23℃～25℃之間，海南冬季平均氣溫在15℃以上，非常適合開展戶外活動(dòng)。高爾夫運(yùn)動(dòng)在海南發(fā)展勢(shì)頭迅猛，自1992年海口臺(tái)達(dá)高爾夫俱樂部正式對(duì)外營業(yè)之后，截止2017年海南省營業(yè)的高爾夫球場多達(dá)45個(gè)[1]。高爾夫球場草坪和樹木通常占整個(gè)球場面積的70%左右，剩余面積由沙坑和水塘構(gòu)成，而水面占整個(gè)球場近30%[2]。為了得到高質(zhì)量的草坪和良好的擊球草坪面，高爾夫球場在種植和養(yǎng)護(hù)草坪過程中不可避免地會(huì)施用大量的化肥及農(nóng)藥，球場草坪化肥的施用量是農(nóng)業(yè)的3～6倍[3-4]。暴雨季節(jié)，球場人工湖水滿時(shí)，只能往外排放，因此球場施用的化肥及農(nóng)藥是否會(huì)隨雨水徑流對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響，一直是人們關(guān)注的問題。目前對(duì)球場草坪養(yǎng)護(hù)所產(chǎn)生的影響研究，主要集中在化肥及農(nóng)藥的施用量、灌溉水量[5]，并通過模擬實(shí)驗(yàn)分析化肥農(nóng)藥殘留物流失量[6-8]，分析溫帶地區(qū)及亞熱帶地區(qū)化肥農(nóng)藥的流失量及對(duì)周圍水體的影響[9-13]。目前，只有少量研究關(guān)注熱帶地區(qū)球場草坪養(yǎng)護(hù)對(duì)地表水的影響[14]，而建在多雨地區(qū)砂壤土上的球場，由于下滲作用較強(qiáng)，草坪養(yǎng)護(hù)時(shí)所施用的化肥和農(nóng)藥對(duì)環(huán)境及對(duì)生物多樣性所產(chǎn)生的危害更大[15]。水環(huán)境污染等問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到水環(huán)境的安全[16-17]，目前對(duì)農(nóng)藥殘留的研究更多的是集中在湖泊水體及水體中的動(dòng)植物[18-20]。溴氰菊酯和毒死蜱屬于廣譜殺蟲劑，毒死蜱還是殺螨劑，這兩種藥劑在草坪養(yǎng)護(hù)過程中被廣泛使用，施用的濃度一般為0.3 mL·m-2，2017年觀瀾湖球場施用的溴氰菊酯和毒死蜱累計(jì)量分別為1 155.4 L和789.04 L。由于按國標(biāo)GB/T5749-2006無法同時(shí)檢測水體中的毒死蜱和溴氰菊酯。本研究以海南省?？谑斜辈坑^瀾湖南區(qū)五號(hào)球場和北區(qū)二號(hào)球場球作為研究區(qū)，用優(yōu)化后的固相萃取-氣相色譜法探明球場內(nèi)湖水體中毒死蜱和溴氰菊酯的降解規(guī)律，旨在分析球場草坪施用農(nóng)藥對(duì)水體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

觀瀾湖球場位于海口市龍華區(qū)永興鎮(zhèn)玄武巖臺(tái)地地區(qū)，球場于2009年開業(yè)，占地2125畝(141.57 hm2)，擁有10個(gè)18洞錦標(biāo)級(jí)球場，南區(qū)有3個(gè)球場，北區(qū)7個(gè)球場，其中南區(qū)五號(hào)球場球道面積為15 000 m2，北區(qū)二號(hào)球場球道面積22 160.9 m2，采樣地點(diǎn)：五號(hào)球場二號(hào)洞內(nèi)湖G1和二號(hào)球場二號(hào)洞內(nèi)湖G2。該球場的本土主要是由火山角礫巖母質(zhì)發(fā)育的火山灰土，土層薄，球場果嶺種植的是海濱雀稗中的白金草(SeaIslePlatinum)；而球道種植的是海濱雀稗2000型。觀瀾湖球場草坪，年單位面積施肥量約為239 g·m-2，并根據(jù)草坪情況不定期施用溴氰菊酯和毒死蜱等農(nóng)藥，球場內(nèi)湖用玄武巖輔設(shè)，湖內(nèi)種植再力花(ThaliadealbataFraser)，暴雨湖水滿時(shí)會(huì)往外排放。采集球場施用農(nóng)藥前及施用農(nóng)藥后8 d和10 d的湖水，均末檢測出農(nóng)藥殘留，湖水中TP、NH3-N、CODcr、BOD5含量存在季節(jié)性差異[21]。

1.2 樣品的采集

本研究分兩次進(jìn)行采樣，第一次采樣時(shí)間選擇在球場施用農(nóng)藥前1 d、施藥后第1 d、第4 d及第8 d，2017年3月7日，球場分別在南區(qū)五號(hào)球場和北區(qū)二號(hào)球場球道施用重慶樹榮作物科學(xué)有限公司生產(chǎn)的毒死蜱和溴氰菊酯，毒死蜱的施用量為0.2 mL·m-2，溴氰菊酯的施用量0.4 mL·m-2，施用地點(diǎn)是球道草坪，施用面積為15 000 m2，水樣采集時(shí)間：3月6日、8日、11日、15日，采樣期間日最低溫度為23℃，最高溫度28℃，3月7日至8日降雨量0.5 mm，3月8日至9日降雨量為12 mm；第二次采樣時(shí)間選擇在球場施用毒死蜱和溴氰菊酯后的第8 d，2017年11月17日球場在南區(qū)五號(hào)球場和北區(qū)二號(hào)球場球道施用毒死蜱(施用量為0.3 mL·m-2)和溴氰菊酯(施用量為0.3 mL·m-2)，水樣采集時(shí)間：11月25日，施用農(nóng)藥至采樣期間，最低氣溫16℃，最高氣溫19℃，期間3 d的降雨量共18 mm。每次采樣的取水深度均為水下0.5 M，每個(gè)湖每次均在湖邊入水口、入水口對(duì)岸、湖中心三個(gè)地點(diǎn)分別取水，每次取水量為500 mL，將湖中三個(gè)取水點(diǎn)的水混合均勻后，取1 000 mL混合水裝入用重鉻酸鉀浸泡液清洗過的棕色玻璃瓶，并置于5℃的保溫箱中帶回實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)天進(jìn)行固相萃取，隨后將萃取液上色譜。

1.3 試劑材料

儀器：AUTO SPE 06C Reeko固相萃取儀；cleanert S C18-spe萃取小柱，規(guī)格:500 mg/6 mL；Agilent 7890B氣相色譜儀。儀器的最小檢出限為最低檢測限：0.008 pg·sec-1，色譜柱：Hp-530 m×320 μm×0.25 μm，高純氮.

試劑：毒死蜱和溴氰菊酯標(biāo)準(zhǔn)品(濃度0.1 mg·mL-1)為農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測生產(chǎn)；正己烷、丙酮、甲醇均為國產(chǎn)色譜純；無水硫酸鈉(200℃烘12 h后放入干燥器備用)，為國產(chǎn)分析純。

1.4 研究方法

1.4.1水體中農(nóng)藥殘留的提取及濃縮 將采集回的1 000 mL水樣，調(diào)節(jié)pH至6～7之間，準(zhǔn)確加入10 mL甲醇超聲10 min，用AUTO SPE 06CReeko固相萃取儀，按表1的操作方法進(jìn)行固相萃取，洗脫液濃縮至1 mL，供GC-ECD檢測使用。

表1 全自動(dòng)固相萃取儀運(yùn)行程序Table 1 Automatic solid phase extraction instrument operating procedures

1.4.2色譜條件 檢測器為ECD；進(jìn)樣模式為不分流進(jìn)樣；載氣為高純氮?dú)?；載氣流量為3 mL·min-1；壓力為12.758 psi；進(jìn)樣口溫度為250℃；隔墊吹掃流量為3 mL·min-1；進(jìn)樣口條件：進(jìn)樣量為1 μL；檢測器溫度為300℃；尾吹流量為60 mL·min-1；柱溫箱為初始溫度60℃，保持1 min。為了將目標(biāo)物出峰時(shí)間與雜質(zhì)峰錯(cuò)開，采用三個(gè)梯度升溫：以每分鐘10℃升至180℃，保持5 min；再以每分鐘5℃升至200℃，保持2 min；再以每分鐘8℃升至290℃，保持2 min。總共運(yùn)行時(shí)間為37.25 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

將濃度為0.1 mg·mL-1毒死蜱和溴氰菊酯標(biāo)準(zhǔn)品分別轉(zhuǎn)入兩個(gè)10 mL容量瓶中，用丙酮定容，即得10 mg·L-1儲(chǔ)備液。取儲(chǔ)備液分別配制0.025 mg·L-1、0.050 mg·L-1、0.1 mg·L-1、0.2 mg·L-1、0.4 mg·L-1、0.6 mg·L-16個(gè)梯度，按照1.4.2項(xiàng)下的色譜條件繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

以空白樣萃取后加濃度為0.1 mg·L-1標(biāo)品的目標(biāo)峰附近基線3倍信噪比[22]計(jì)算毒死蜱和溴氰菊酯在水中最小檢測濃度為≤3.565×10-4mg·L-1和≤4.025×10-4mg·L-1。毒死蜱和溴氰菊酯保留時(shí)間、線性回歸方程及檢出限見圖1及表2。

2.2 色譜分離及方法回收率

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果顯示：按1.4.2中的色譜條件，色譜峰尖銳且對(duì)稱，不拖尾，色譜分離較好，0.05 mg·L-1，0.1 mg·L-1，0.2 mg·L-1色譜分離的重現(xiàn)性好，見圖1。該方法色譜靈敏度高，能夠滿足定性和定量的要求。配制0.01 mg·L-1、0.05 mg·L-1、0.1 mg·L-13個(gè)濃度的水樣做加標(biāo)樣回收實(shí)驗(yàn)(n=5)，回收率和標(biāo)準(zhǔn)偏差見表3。

表2 毒死蜱和溴氰菊酯的線性方程與檢出限Table 2 Linear regression equations，correlation coefficients and detection limits of the method

圖1 三個(gè)濃度(a)及0.1mg.L-1濃度(b)的毒死蜱和溴氰菊酯標(biāo)準(zhǔn)品的氣相色譜圖Fig.1 Gas chromatograph of three concentrations (a) and 0.1 mg·L-1concentration(b) of chloryrifos and deltamethrin

表3數(shù)據(jù)顯示，本方法毒死蜱在水中3個(gè)濃度的加標(biāo)回收率在94.32%～106.29%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在6.13%以內(nèi)，溴氰菊酯在水中3個(gè)濃度的加標(biāo)回收率在74.37%～113.93%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在6.57%以內(nèi)，符合農(nóng)藥殘留分析的要求。

表3 水樣中毒死蜱和溴氰菊酯加標(biāo)回收率(n=5)Table 3 Chloryrifos and Deltamethrin recovery rate in the water samples

2.3 水樣中農(nóng)藥殘留的測定結(jié)果

用單因子污染指數(shù)作為水體中溴氰菊酯和毒死蜱有機(jī)污染物富集評(píng)價(jià)方法，其計(jì)算公式為Pi=Ci·Si-1。其中，Pi為水體單項(xiàng)污染指數(shù)，Ci為水樣中i的實(shí)測值，Si為國家標(biāo)準(zhǔn)i類有機(jī)污染物的最大限值。當(dāng)Pi≤1時(shí)，表明i類污染物未超標(biāo)；反之則超出國家標(biāo)準(zhǔn)限值(GB5749-2006，生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中毒死蜱最大限值是0.03 mg·L-1，溴氰菊酯最大限值是0.02 mg·L-1)。

對(duì)第一次和第二次采集的球場內(nèi)湖水樣分別進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果及單因子污染指數(shù)見表4。

表4 球場內(nèi)湖各次水樣農(nóng)藥殘留檢測值Table 4 The detection value of the pesticide residue of lake water samples unit/mg·L-1

注：*表示數(shù)據(jù)低于方法最低檢出限

Note：* indicates that the data is lower than the method minimum detection limit

第一次采樣的檢測結(jié)果顯示：施用農(nóng)藥前1 d，觀瀾湖五號(hào)球場二號(hào)洞內(nèi)湖G1和二號(hào)球場二號(hào)洞內(nèi)湖G2水樣中的毒死蜱和溴氰菊酯均未檢出，施用農(nóng)藥后的第1 d，兩個(gè)球場內(nèi)湖水體中毒死蜱和溴氰菊酯的單因子污染指數(shù)均出現(xiàn)超標(biāo)，第4 d兩個(gè)球場內(nèi)湖水體中毒死蜱和溴氰菊酯的單因子污染指數(shù)明顯增大，但第8 d兩個(gè)球場內(nèi)湖中毒死蜱和溴氰菊酯的檢測值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且單因子污染指數(shù)均小于1。第二次采樣的檢測結(jié)果進(jìn)一步證明了球場施用農(nóng)藥后第8 d，除G1和G2的毒死蜱能檢測出來，兩個(gè)采樣點(diǎn)的溴氰菊酯均未檢出，毒死蜱雖然檢測出來，但單因子污染指數(shù)也小于1。

3 討論

3.1 國內(nèi)外水體中農(nóng)藥殘留標(biāo)準(zhǔn)限值的差異

目前，我國尚未制定高爾夫球場使用農(nóng)藥及其排放水農(nóng)藥殘留物標(biāo)準(zhǔn)，但《中華人民共和國地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定集中式生活飲用水地表水源中規(guī)定溴氰菊酯的標(biāo)準(zhǔn)限值是0.02 mg·L-1(20 μg·L-1)[23]，《中華人民共和國生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定毒死蜱的標(biāo)準(zhǔn)限值是0.03 mg·L-1(30·μg·L-1)，溴氰菊酯的標(biāo)準(zhǔn)限值是0.02 mg·L-1(20 μg·L-1)[24]。國外對(duì)水體中農(nóng)藥殘留標(biāo)準(zhǔn)是以對(duì)人類健康完全無不利影響最低限量來進(jìn)行制定，1990年5月美國環(huán)境管理機(jī)構(gòu)(EA)所訂立的“高爾夫球場防止農(nóng)藥殘留污染水域的標(biāo)準(zhǔn)”中毒死蟬農(nóng)藥高爾夫球場排放水管理標(biāo)準(zhǔn)為40 μg·L-1，同時(shí)根據(jù)高爾夫球場中排水對(duì)公共水域的稀釋率，美國的健康與福利部(MHW)制定的高爾夫球場飲用水中毒死蟬農(nóng)藥殘留含量的標(biāo)準(zhǔn)為4 μg·L-1 [25]，歐盟設(shè)定的短期暴露和長期暴露毒死蟬的水質(zhì)基準(zhǔn)值分別為0.001 μg·L-1和0.00046 μg·L-1 [26]，澳大利亞/新西蘭[27]、加拿大[28]也分別設(shè)定了毒死蟬的水質(zhì)基準(zhǔn)限值，以防止其對(duì)水生態(tài)環(huán)境造成危害。與國內(nèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的最高限值相比，第8 d內(nèi)湖水體中毒死蜱和溴氰菊酯的單因子污染指數(shù)雖然小于1，但如果與國外飲用水質(zhì)的最低標(biāo)準(zhǔn)限值相比，球場第8 d內(nèi)湖水體中毒死蜱和溴氰菊酯的單因子污染指數(shù)仍然出現(xiàn)大于1的現(xiàn)象。

3.2 球場內(nèi)湖水體毒死蜱和溴氰菊酯的降解及風(fēng)險(xiǎn)

2017年3月7日觀瀾湖球場按溴氰菊酯0.4 mL·m-2，毒死蜱0.2 mL·m-2的濃度噴灑草坪，盡管施用農(nóng)藥后第1 d和第4 d水樣中的毒死蜱及溴氰菊檢測值超出國家標(biāo)準(zhǔn)限值，但第8 d水樣中的毒死蜱和溴氰菊酯檢測值已開始下降，且單因子污染指數(shù)Pi已全部小于1，與第4 d的水樣相比，第8 d毒死蜱的平均降解率達(dá)86.99%，溴氰菊酯的平均降解率為77.61%。鞠榮(2011)模擬實(shí)驗(yàn)證明施用毒死蜱后第8 d的降解率為93.8%[29]。2017年11月17日，盡管球場對(duì)毒死蜱的施用濃度增加了50%(施用濃度0.3 mL·m-2)，但施用農(nóng)藥后第8 d，兩個(gè)采樣點(diǎn)水樣中毒死蜱的單因子污染指數(shù)Pi仍然小于1，由于球場對(duì)溴氰菊酯的施用濃度減少了25%(施用濃度0.3 mL·m-2)，施用農(nóng)藥后第8 d，兩個(gè)采樣點(diǎn)水樣中的溴氰菊酯均未檢出。李界秋等人研究認(rèn)為，毒死蜱在環(huán)境中屬于易降解的農(nóng)藥，在pH為7.0的水中光降解的半衰期為10.7 d[30]。李旭偉等(2016)認(rèn)為溫度是影響毒死蜱降解的關(guān)鍵因素，且隨溫度升高，降解速率加快[31]。而溴氰菊酯半衰期一般少于6 d，陳梅蘭等(2000)認(rèn)為強(qiáng)光有助于溴氰菊酯的降解[32]。本項(xiàng)目曾于2015年4月1日及9月23日將球場噴灑毒死蜱和溴氰菊酯后第10 d的水體送到專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)檢測，結(jié)果均顯示未檢出[33]，金克林等人對(duì)深圳聚豪會(huì)高爾夫球會(huì)球場的水體檢測結(jié)果也顯示：球場周邊地表水中毒死蜱農(nóng)藥均未超過高爾夫球場排放水管理標(biāo)準(zhǔn)與飲用水中殘留標(biāo)準(zhǔn)[34]。由此可見，熱帶地區(qū)及亞熱帶地區(qū)高溫及強(qiáng)光有助于球場內(nèi)湖水體中農(nóng)藥殘留的降解。

但是，在毒死蜱和溴氰菊酯完全降解之前，球場內(nèi)湖水體中毒死蜱和溴氰菊酯的殘留對(duì)周圍流域及地下水源仍然有潛在影響風(fēng)險(xiǎn)。為了使球場內(nèi)湖水不影響地下水源，外排時(shí)不影響球場所在流域環(huán)境的水體，球場在草坪養(yǎng)護(hù)的過程中應(yīng)做好下列工作：(1)在草坪養(yǎng)護(hù)的過程中要根據(jù)天氣預(yù)報(bào)來安排作業(yè)，嚴(yán)格控制在暴雨來臨之前噴灑農(nóng)藥，以避免球場內(nèi)湖水因暴雨外排污染球場所在流域的水體；(2)球場內(nèi)湖必須輔設(shè)防滲漏膜，保證球場內(nèi)湖水體不產(chǎn)生下滲影響球場所在地的地下水源；(3)進(jìn)行科學(xué)管理及定期監(jiān)測，以減少病蟲害的爆發(fā)和農(nóng)藥的大規(guī)模使用。國外已有的調(diào)查研究結(jié)果也表明由于高爾夫球場管理不善會(huì)引起水體生態(tài)乃至大氣、土壤生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化[35]。

4 結(jié)論

AUTO SPE 06C Reeko固相萃取儀對(duì)水體農(nóng)殘的萃取操作簡便，優(yōu)化后的固相萃取-氣相色譜法，能較好地將水樣中毒死蜱和溴氰菊酯色譜峰的保留時(shí)間錯(cuò)開且峰值尖銳，為同時(shí)檢測水體中毒死蜱和溴氰菊酯提供了可靠的方法；與國內(nèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的毒死蜱和溴氰菊酯最高限值相比，球場施用農(nóng)藥后第1 d和第4 d毒死蜱和溴氰菊酯的檢測值雖出現(xiàn)超標(biāo)，但第8 d水樣中毒死蜱和溴氰菊酯的單因子污染指數(shù)Pi已小于1或未檢出，與第4 d的水樣相比，第8 d毒死蜱的平均降解率達(dá)86.99%，溴氰菊酯的平均降解率為77.61%；減小農(nóng)藥施用劑量，能降低湖水中農(nóng)藥的殘留風(fēng)險(xiǎn)；為了使球場內(nèi)湖水不影響地下水源，外排時(shí)不影響球場所在流域環(huán)境的水體，球場內(nèi)湖必須輔設(shè)防滲漏膜，并嚴(yán)格控制在暴雨來臨之前噴灑農(nóng)藥。