時英爽,高有華,蔡超,高晨陽,韓馮陽,景偉文*
(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,烏魯木齊830052;2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,烏魯木齊830052)
對藥劑施用后殘留水平的測定是農(nóng)藥合理、安全使用的重要依據(jù)之一[1]。 作為干旱區(qū)生態(tài)的典型區(qū)域和全國最大的產(chǎn)棉區(qū),新疆綠洲具有獨特的自然和環(huán)境條件,屬于中溫帶和暖溫帶大陸性氣候,干旱少雨,日照充足,熱量條件好,由此形成了較大面積的宜(次宜)植棉區(qū)和特殊的種植栽培制度、習(xí)慣,如膜下滴灌和一年一熟的栽培與耕作方式等[2]。這些因素既與蟲害的發(fā)生有關(guān),也會影響棉田害蟲防治的具體方法和策略。因此,開展地區(qū)特殊氣候、環(huán)境和種植體系下棉花作物受藥后藥劑的沉積、殘留和消解規(guī)律以及防效的調(diào)查研究工作可為藥劑區(qū)域性最佳(低)有效使用劑量的確定提供參考數(shù)據(jù),長遠(yuǎn)來看,更是實現(xiàn)農(nóng)藥減施增效,保障棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必不可少的基礎(chǔ)工作之一。
吡蟲啉(Imidacloprid)的化學(xué)名稱為 1-(6- 氯吡啶-3- 吡啶基甲基)-N- 硝基亞咪唑烷-2- 基胺,是具有代表性和應(yīng)用普遍性的新煙堿類殺蟲劑農(nóng)藥[3-4]。 吡蟲啉對稻飛虱、蚜蟲等刺吸式口器害蟲及稻縱卷葉螟具有特效,廣泛用于防治水稻、馬鈴薯、棉花、玉米等農(nóng)作物的病蟲害[5-7]。
為進一步了解該農(nóng)藥在棉田中施用后的殘留消解動態(tài),并以此為依據(jù),明確該藥劑在本地區(qū)環(huán)境和種植條件下防治棉蚜的最佳使用劑量,進行了70%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)吡蟲啉水分散粒劑的沉積殘留試驗和防治棉蚜的田間藥效試驗。
試驗時間:2018年 6—10 月。 試驗地點:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)三坪實踐教學(xué)基地試驗田(新疆烏魯木齊市)。供試藥劑:70%吡蟲啉水分散粒劑(WG),寧波三江益農(nóng)化學(xué)有限公司生產(chǎn)。
試驗田地區(qū)的年平均溫度為7.2 ℃,極端高溫時期通常發(fā)生在7 月和8 月(夏季)。年日照時間為2 829 h,年降水量為228.8 mm,年蒸發(fā)量為2 647 mm。 試驗點土壤類型為黃土質(zhì)棕鈣土,其pH 值為8.02~8.51。有機碳、總硫、速效硫、總磷、速效磷、速效 鉀 含 量 分 別 為 88.09、4.52、1.68、3.22、0.01 和0.08 g·kg-1。 棉花(新陸早 49 號)是根據(jù)該地區(qū)的常規(guī)方法種植的,為“一年一熟”。在4 月底,在塑料薄膜下進行直接播種,其中每幅薄膜播種4 行。 膜的寬度為120 cm,穴距為10 cm。 進行了膜下滴灌和及時澆水管理。 沒有添加任何施肥。 在整個試驗過程中,使用殺蟲劑后,溫度在18~30 ℃變化,雨量為2.2~2.7 cm。 所測樣品為棉花頂部葉片(6~8葉期)。
1.1.1吡蟲啉殘留和消解動態(tài)試驗。殘留試驗參考《農(nóng)藥殘留試驗準(zhǔn)則》(NY/T 788—2004)[8]進行。 每小區(qū)面積為 15 m2,4 個重復(fù)。 采用 AGROLEX HD-400 型背負(fù)式手動噴霧器 (新加坡利農(nóng)責(zé)任有限公司)進行噴施。設(shè)使用劑量(有效成分,下同)為10.50、15.75、21.00、31.50、47.25 g·hm-2(分 別 用A~E 代表,廠家推薦劑量為 21.0~31.5 g·hm-2)共5 個處理,用水量為 900 L·hm-2,施藥 1 次。在 2018年 7 月 15 日(晴朗無風(fēng),29 ℃)進行噴施(蚜蟲若蟲始盛期),同時設(shè)置不施藥的清水對照。處理間設(shè)保護帶。 藥后 2 h、1、3、5、7 d 進行取樣。
長期殘留消解動態(tài)試驗按劑量47.25 g·hm-2(推薦劑量上限的1.5 倍)于8 月24 日施藥,分別于藥后 2 h 和 1、3、5、7、10、15、20、25、30、45、60 d進行取樣。 每小區(qū)隨機采集棉花葉片1 kg,貯于低溫冰箱中。 表層土壤以5 點取樣法,每點取0.5 kg,混勻后,按四分法每小區(qū)取0.5 kg,帶回實驗室內(nèi),自然風(fēng)干、磨細(xì),過孔徑 420 μm(40 目)篩,低溫貯存?zhèn)錅y。
1.1.2防效試驗。噴藥前定點、定株掛牌后調(diào)查蟲口基數(shù),每點調(diào)查30 株棉花葉片(每小區(qū)10 株)。與殘留試驗同一天施藥,施藥 1 次,藥后 1、3、5、7 d分別調(diào)查各小區(qū)的殘存蚜蟲數(shù),共調(diào)查4 次。 依據(jù)藥前蟲口基數(shù)和藥后各次調(diào)查的殘蟲量計算蟲口減退率和校正防效: 蟲口減退率=(施藥前蟲數(shù)-施藥后蟲數(shù))/ 施藥前蟲數(shù)×100%;校正防效=(處理區(qū)蟲口減退率-空白對照區(qū)蟲口減退率)/ (1-空白對照區(qū)蟲口減退率)×100%。
利用DPS 軟件對數(shù)據(jù)進行Duncan 氏多重比較。
LC-20AB 高效液相色譜儀(HPLC):日本島津公司;MJ-BL25B2 攪拌機:廣東美的生活電器制造有限公司; 篩子: 浙江上虞市道墟五四儀器廠;GL-20G-II 離心機:上海安亭科學(xué)儀器廠;水浴恒溫振蕩器:江蘇科析儀器有限公司;KQ5200B 型超聲波清洗器:昆山市超聲儀器有限公司;FA2004 電子天平:上海精密科學(xué)儀器有限公司;孔徑0.22 μm有機相微孔濾膜:海寧市郭店桃園醫(yī)療化工儀器廠。
吡蟲啉標(biāo)準(zhǔn)品(100 mg·L-1,純度>97%)購自北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司。 N- 丙基乙二胺(PSA)、無水硫酸鎂、氯化鈉、檸檬酸鈉和檸檬酸二鈉鹽(均為分析純)購自深圳逗點生物技術(shù)有限公司。 乙腈、甲醇(色譜純)購自 Sigma Aldrich 公司。高純水由艾柯純水儀制備。
1.3.1溶液配制。吡蟲啉標(biāo)準(zhǔn)溶液:準(zhǔn)確移取1.00 mL 吡蟲啉標(biāo)準(zhǔn)品于10.00 mL 容量瓶中,用乙腈溶解并定容至刻度,配制成質(zhì)量濃度為10.00 mg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)儲備液,于4 ℃避光保存。 吡蟲啉標(biāo)準(zhǔn)工作液使用時用乙腈稀釋到標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍濃度。
1.3.2樣品的前處理。稱取用攪拌機攪碎的棉花葉片10.00 g 左右于50 mL 離心管中,加入20.00 mL乙腈溶劑,振蕩 15 min,加入 4.00 g MgSO4,1.00 g NaCl,1.00 g Na3C6H5O7,0.50 g C6H6Na2O7,搖勻,振蕩 5 min 后超聲 3 min,于 4 000 r·min-1下離心 5 min 后取2.00 mL 上清液快速加入裝有25 mg PSA的離心管中,快速手動振搖后離心,取上清液過孔徑0.22 μm 有機相微孔濾膜后用HPLC 進樣檢測,記錄峰面積。 每樣品做3 份平行試驗,結(jié)果取平均值。稱取10.00 g 過篩土壤樣品于50 mL 離心管中,其余步驟同棉花葉片樣品。
1.3.3回收率。在未施藥的對照地隨機取棉花葉片和土壤,分別添加吡蟲啉 1.00、5.00、10.00 mg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液,每個質(zhì)量濃度設(shè)3 個平行試驗,按1.3.2 的方法對樣品進行處理,測定有關(guān)指標(biāo)。
1.3.4高效液相色譜條件。SPD-20 紫外檢測器;色譜柱:ODS-3(內(nèi)徑4.6 mm,長250 mm,填料粒徑5 μm),檢測波長270 nm;等度洗脫,流動相:甲醇/水=3/7(體積比);流速 0.8 mL·min-1;柱溫 30 ℃;進樣量為20 μL。 根據(jù)保留時間定性,外標(biāo)法定量。
2.1.1標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。配制吡蟲啉的標(biāo)準(zhǔn)溶液,質(zhì)量濃度范圍為 0.10~10.00 mg·L-1,以標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)x、相應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)y,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,線性回歸方程為y=191 652x+1 218.5,R2=0.999 8,結(jié)果表明在 0.10~10.00 mg·L-1范圍內(nèi)吡蟲啉呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。
2.1.2分析方法的回收率與精密度。表1 結(jié)果表明,吡蟲啉在棉花葉片和土壤中的添加回收率分別為96.31%~108.00%、94.60%~107.60%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.34%~0.81%、0.69%~0.90%。
以空白棉花葉片和土壤加標(biāo)試驗(加標(biāo)質(zhì)量濃度 0.10 mg·L-1,取 6 個獨立樣品進行測試)在儀器上的響應(yīng)值為基礎(chǔ),以3 倍信噪比(S/N)所對應(yīng)的含量為方法的檢出限,吡蟲啉在棉花葉片和土壤中的檢出限 [LOD=3S/b,S為峰面積的標(biāo)準(zhǔn)偏差,b為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率]分別為 0.001 8 mg·kg-1、0.001 0 mg·kg-1;以 10 倍S/N所對應(yīng)的含量為方法的定量限[LOQ=10S×c/x,S為峰面積的標(biāo)準(zhǔn)偏差,c為加標(biāo)質(zhì)量濃度,x為測定結(jié)果的平均值],得出定量限分別為 0.005 0 mg·kg-1、0.001 5 mg·kg-1。 從上述結(jié)果可以看出,本測試方法可用于棉花葉片和土壤中吡蟲啉的殘留分析測定[8]。
表1 回收率試驗結(jié)果
表2 的試驗結(jié)果表明,施藥后棉花葉片上吡蟲啉的原始沉積量為 0.53~1.99 mg·kg-1,隨噴施劑量的增加而增加。吡蟲啉的殘留量隨時間推移逐步降低,消解率逐漸增大。施藥后的第7 天,吡蟲啉的殘留量為 0.18~0.53 mg·kg-1,消解率在 65.9%~75.7%。對上述數(shù)據(jù)進行擬合,棉花葉片中吡蟲啉的消解動態(tài)符合一級動力學(xué)方程,消解半衰期(T1/2)為3.17~3.85 d。從擬合結(jié)果來看,在試驗劑量范圍內(nèi),消解半衰期和劑量之間沒有明顯的對應(yīng)關(guān)系。
長期殘留消解動態(tài)試驗結(jié)果(圖1)表明,土壤中吡蟲啉的原始沉積量為 0.36 mg·kg-1,Ct=0.070 3e-0.045t(Ct代表土壤中的殘留量,t代表時間),R2=0.578 2,遠(yuǎn)低于葉片中的,但是消解規(guī)律和葉片中的類似,均隨時間推移逐步降低。 葉片和土壤中的吡蟲啉分別在10 d、7 d 內(nèi)消解速率較快,消解率分別達(dá)到88.2%和93.1%,之后消解速率明顯減慢。60 d 后葉片中仍有農(nóng)藥殘留被檢出(0.02 mg·kg-1),但在收獲期棉籽中未檢出。 60 d 后土壤中農(nóng)藥殘留已降至較低水平(0.01 mg·kg-1)。 目前沒有關(guān)于吡蟲啉在土壤中的最高殘留限量(Maximum residue limit,MRL)。 推算 95 d 后土壤中吡蟲啉可降至檢出限以下。
表2 不同用藥量處理吡蟲啉在棉花葉片中的殘留及消解率
由表3 可知,藥后第1 天,各藥劑處理的校正防效為42.1%~86.7%,且隨著用藥劑量增加,呈上升趨勢,其中D、E 劑量處理對棉蚜的校正防效顯著高于 A、B、C 劑量處理。 施藥后 3 d,各處理的校正防效均達(dá)到最大。 施藥后5~7 d,各處理的校正防效出現(xiàn)不同程度的下降,但C、D、E 處理的校正防效仍超過85%,說明吡蟲啉對棉花蚜蟲有較好的持效期。 總體上,C、D 和 E 劑量處理的防效均高于A、B 劑量,并且 C、D 劑量處理間和 D、E 劑量處理間的防效大多無顯著差異,但C、E 劑量處理的防效大多有顯著差異。 根據(jù)上述結(jié)果,C、D、E 劑量處理均可達(dá)到比較滿意的防治效果。
圖1 吡蟲啉在棉花葉片和土壤中的長期殘留消解動態(tài)
表3 吡蟲啉防治棉蚜試驗校正防效統(tǒng)計分析結(jié)果
對吡蟲啉的防效與其殘留量進行關(guān)聯(lián),結(jié)果(圖2)顯示,在試驗范圍內(nèi),噴施的藥劑濃度越高,葉片中吡蟲啉的殘留量越高,防效越好。 對二者進行相關(guān)性分析,得線性方程y=8.07x+54.11(其中y為防效,x為殘留量),R2=0.886 8,表明二者之間存在正相關(guān)關(guān)系。
圖2 藥后7 d 不同處理下吡蟲啉殘留量及其對棉蚜的防效
QuEChERS (Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe)方法因操作簡單、快速及高效,已被廣泛用于農(nóng)藥殘留測定的前處理過程[9-10]。 由于方法本身具有模板的性質(zhì),因而為適應(yīng)各種實際情況和要求,人們對其進行了不斷的研究和改進。 與蔬菜(葉類)食品相比,作物葉片中富含大量的酚類、酯類和色素類物質(zhì),因而要求分析方法有一定的適應(yīng)性,但目前大量的研究結(jié)果主要集中在食品方面[11-12]。 為了解吡蟲啉在大田作物上施用后的殘留消解動態(tài)與農(nóng)藥最終殘留量的關(guān)系,考慮棉花葉片樣品的上述特性,本研究在選定的分析條件下驗證了方法的線性范圍、線性方程、檢出限、定量限、加標(biāo)回收率及RSD等性能參數(shù),得到了比較滿意的分析條件和方法。
采用建立的分析方法進一步研究了吡蟲啉在棉花葉片中的殘留動態(tài)。 在已有的研究中,蔣治國等[13]測定得到吡蟲啉在青菜中的降解半衰期為3.8 d,15 d 消解率達(dá)到 92.9%。 樓建晴等[14]研究結(jié)果表明:吡蟲啉在甘藍(lán)上的降解較快,施藥后7 d,降解率為85.25%~92.09%,半衰期為2~4 d。 Banerjee等[15]測得吡蟲啉在秋葵、黑布林和番茄中的半衰期為 1.98~3.30 d。Paramasivam 等[16]測得桑葉中吡蟲啉的半衰期為3.81~4.93 d。 本研究的相關(guān)結(jié)果與其近似,表明吡蟲啉屬于易消解的農(nóng)藥。
據(jù)統(tǒng)計,農(nóng)田中施用的農(nóng)藥量僅有30%左右附著在農(nóng)作物上,其余70%左右擴散到土壤和大氣中,導(dǎo)致土壤中農(nóng)藥殘留量及衍生物含量增加,造成農(nóng)田土壤污染[17]。 土壤中殘留農(nóng)藥可被糧食、蔬菜作物吸收,使之遭受污染,并通過食物鏈危害人畜健康。 另外,還可隨著土壤表層飲用水進入人或動物體內(nèi),對人體的健康造成直接或間接的危害,影響人們的正常生活[18]。
王蕾等[19]得到的結(jié)果是天津韭菜中吡蟲啉的殘留量低于山東,主要與試驗期間的氣候因素有關(guān),溫度高、光照時間長、降水頻繁,都會導(dǎo)致農(nóng)藥的殘留量減小。 嚴(yán)銳等[20]的研究表明,葉面噴施吡蟲啉,因風(fēng)吹、日曬、雨淋而造成的農(nóng)藥流失和分解達(dá)60%~90%??梢姡瑲夂蚝铜h(huán)境因素,主要如降雨和光照等對農(nóng)藥殘留和消解規(guī)律的影響是比較明顯的。 因此,需要密切結(jié)合地域特點進行針對性的研究。
吡蟲啉的防治劑量和效果之間的關(guān)系存在明顯的地區(qū)差異[21]。 在本試驗劑量下吡蟲啉對蚜蟲均有一定的控制作用。 劉愛芝等[22]研究結(jié)果表明:吡蟲啉防治麥蚜經(jīng)濟有效的使用劑量 (有效成分,下同)是 15~30 g·hm-2。 丁佩等[23]研究 70%吡蟲啉水分散粒劑(WDG)防治杭白菊蚜蟲試驗結(jié)果表明:使用劑量為 52.5 g·hm-2時,施藥 1 d 后的校正防效即可超過70%,施藥3 d 后的防效在85%以上,施藥7 d 后的防效在90%以上,施藥14 d 后的防效仍維持在80%以上,且沒有觀察到對杭白菊和非靶標(biāo)生物的不利影響。葉志堅等[24]研究70%吡蟲啉水分散粒劑防治十字花科蔬菜蚜蟲藥效結(jié)果表明,使用劑量為 15.0~22.5 g·hm-2時,其防治效果最佳。對比上述研究結(jié)果可知,吡蟲啉在不同場景、不同地區(qū)施藥時劑量上的差異是比較明顯的。大田施藥時,不僅要根據(jù)蚜蟲發(fā)生情況,抓住防治的關(guān)鍵時期,還須考慮地區(qū)的氣候條件、農(nóng)田環(huán)境和種植制度,以便合理確定藥劑劑量。根據(jù)本研究結(jié)果,在新疆棉田 C~E 劑量(有效成分 21.00、31.50、47.25 g·hm-2)均對棉蚜有較好的防效。 但較高的用藥量會加速棉蚜對藥劑抗性的產(chǎn)生。故結(jié)合吡蟲啉在棉花植株的最終殘留及其對棉蚜蟲的控制效果,建議在該地區(qū)用70%吡蟲啉水分散粒劑防治棉花蚜蟲時,安全有效劑量為 21.0~31.5 g·hm-2。 可見,該廠家推薦的劑量是合理的。