郝鳳霞, 丁小娟, 房俊卓, 呂俊敏, 楊金會

速滅威在枸杞土壤中的遷移及淋溶行為模擬研究

郝鳳霞, 丁小娟, 房俊卓, 呂俊敏, 楊金會

省部共建煤炭高效利用與綠色化工國家重點實驗室, 寧夏大學(xué), 銀川 750021

應(yīng)用薄層層析法和柱淋洗法研究了速滅威在3種枸杞產(chǎn)區(qū)土壤——灌淤土、灰鈣土和潮土中的遷移及淋溶特性, 并探討了土壤類型、pH值、淋溶量等因素對其淋溶的影響。結(jié)果表明: 速滅威在三種枸杞產(chǎn)區(qū)土壤中的移動性由大到小依次為: 灰鈣土>潮土>灌淤土, 比移值Rf分別為0.47、0.37和0.35, 移動速率m/(cm·h–1/2)分別為3.52、2.58和2.35。速滅威在三種土壤中的比移值R在0.35—0.64之間, 屬于中等移動農(nóng)藥。速滅威在三種土壤中的淋出率由大到小依次為: 潮土>灰鈣土>灌淤土, 淋出率分別為63.1 %、50.0 %和28.3 %。隨著水量的增加, 速滅威在三種土壤中的淋溶率也越來越大。當淋溶水量大于350 mL時, 除潮土外, 灌淤土和灰鈣土中幾乎無速滅威流出, 進一步證明了速滅威可能在潮土中的吸附力較低, 而在灌淤土和灰鈣土中的吸附力較高。淋溶液pH值不同, 淋溶率也有較大差異, 在灌淤土和灰鈣土中弱酸性條件利于速滅威淋出, 在潮土中性條件易于淋出, 這可能與土壤的pH及全鹽量含量不同有關(guān), 在弱酸性條件下, 潮土的全鹽量含量高, 增大了對速滅威的吸附力, 導(dǎo)致速滅威的淋溶率降低。速滅威在土壤中屬于中等移動農(nóng)藥, 對地下水存在一定的危險。

速滅威; 遷移; 淋溶; 枸杞; 土壤

0 前言

地下水是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)條件之一, 而地下水的質(zhì)和量, 都是在不斷地變化之中, 影響其變化的因素有天然的和人為的兩種。天然因素的變化往往是緩慢的、長期的, 而人為因素對地下水質(zhì)和量的影響越來越突出。地下水污染是指人為因素影響下的地下水水質(zhì)的明顯變化[1]。地下水的污染來源十分廣泛, 主要有工業(yè)廢水、生活污水、工業(yè)廢渣、礦渣、農(nóng)藥、化肥、垃圾、糞便、海水及含水層中的天然高礦化水等[2]。目前很多耕地為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)而普遍利用農(nóng)藥, 但如果使用不當, 又會對地下水及生態(tài)環(huán)境造成不利影響。如滴滴涕、六六六等高毒性有機氯農(nóng)藥的殘留部分, 不僅能在大氣環(huán)境中長距離遷移, 而且很容易經(jīng)過灌溉水的引用等方式而滲入地下[3,4]。有機磷農(nóng)藥雖然降解周期短, 但仍有一些屬于高毒性有機污染物, 長期殘留在環(huán)境中, 并通過地表徑流和淋溶等途徑進入水環(huán)境造成污染[5-7]。氯氰菊酯和氰戊菊酯等擬除蟲菊酯類農(nóng)藥沉積在太湖中, 可能會對底棲生物產(chǎn)生一定的危害[8]。

氨基甲酸酯類農(nóng)藥具有殺蟲效果顯著、分解快、代謝迅速、殘留期短等特點, 是繼有機氯、有機磷類農(nóng)藥后發(fā)展較為迅速的一類高效、廣譜殺蟲劑[9]。國內(nèi)外學(xué)者研究了各種試樣中氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留的分析方法[10-13]及合成方法[14,15]等。隨著氨基甲酸酯類殺蟲劑使用量及范圍的擴大, 其在作物中的殘留以及對人類健康和環(huán)境造成的毒害也越來越為人們所關(guān)注[16-20]。

枸杞是一種名貴中藥材, 主要分布在河北、內(nèi)蒙古、陜西、寧夏、青海、新疆等省, 而寧夏是枸杞的主產(chǎn)區(qū), 寧夏枸杞主要分布在衛(wèi)寧平原、蘆花臺、南梁農(nóng)場、銀川新市區(qū)、惠農(nóng)縣的雁窩池等一帶。受地貌及生物氣候條件與人為活動的影響, 寧夏平原土壤具有明顯的地帶性、非地帶性和人為土壤特征。地帶性土壤主要為灰鈣土; 非地帶性土壤包括堿土和風沙土、鹽土、新積土、湖土、潮土、沼澤土幾種類型; 人為土壤主要為灌淤土。經(jīng)評價, 灌淤土、潮土和灰鈣土是適宜種植枸杞的三種土壤[21]。農(nóng)藥在枸杞增產(chǎn)方面起了不可替代的作用。速滅威是一種氨基甲酸酯類農(nóng)藥, 常用于枸杞蚜蟲的防治[22], 將25%速滅威可濕性粉劑按562.5—750克每公頃的用量用水稀釋1000倍在枸杞上噴霧施藥3次, 施藥間隔期7天, 安全間隔期為21天。但是, 若長期大量使用, 在確保枸杞增產(chǎn)豐收的同時, 大量殘留在枸杞中的農(nóng)藥可能不僅會對人體產(chǎn)生直接毒害, 而且會對生態(tài)環(huán)境造成污染[23], 而有關(guān)速滅威在土壤中的遷移及淋溶的報道未見。因此, 研究速滅威在枸杞土壤環(huán)境中的遷移及淋溶行為, 對提高枸杞質(zhì)量, 保護環(huán)境有著重要的現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Agilent 1100高效液相色譜儀(美國安捷倫科技公司), UV2450紫外-可見分光光度計(日本島津公司), AL204電子天平(梅特勒-托利多國際貿(mào)易(上海)有限公司), SevenGo Duo pro pH計(梅特勒-托利多國際貿(mào)易(上海)有限公司), KQ-250DE數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)。

速滅威標準品(由國家標準物質(zhì)中心提供, 純度99.9 %), 甲醇(HPLC級)(購自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司), 實驗室用水均為高純水。灌淤土、潮土和灰鈣土分別采自寧夏中寧縣舟塔鄉(xiāng)、寧夏銀川市南梁農(nóng)場和寧夏銀川市西夏區(qū), 均為0—20 cm土層樣品, 風干、磨細, 過40目篩, 備用, 3種土壤的理化性質(zhì)見表1。

1.2 標準溶液的制備

準確稱取速滅威標準品0.0100 g置于小燒杯中, 用甲醇溶解, 轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中, 用甲醇定容至刻度, 搖勻, 制得1000 μg·mL-1的標準溶液, 放置冰箱中, 備用。

表1 供試土壤的部分理化性質(zhì)

1.3 土壤中的移動性實驗

為比較速滅威在土壤中的移動性能, 采用薄層層析進行測定, 取土樣25 g于250 mL錐形瓶中, 按一定水土比例加入蒸餾水振蕩10 min, 調(diào)成泥漿, 涂于玻璃板上, 室溫下干燥, 保持土層厚度0.50—0.70 mm。在薄板上點0.3 mL的速滅威標準溶液, 待有機溶劑揮發(fā)后, 將點好的薄板放入展開槽(20 cm×30 cm×30 cm)中, 傾斜度保持在30゜左右, 以水為展開劑, 展開劑達到前沿時, 取出薄板, 室溫下水平放置至干燥。以2.0 cm為一段, 將每段土樣分別移入5 mL離心試管中, 加入2 mL甲醇, 超聲10 min, 離心分離, 取上清液移至試管中, 再加2 mL甲醇, 重復(fù)提取一次, 合并兩次所得清液并定容, 用HPLC分析測定速滅威的含量。按(1)式計算農(nóng)藥在薄板上的比移值(R)。農(nóng)藥在薄板中的移動速率按(2)式計算。

式中,Z為農(nóng)藥含量最高區(qū)段的中心到原點的距離,Z為原點到溶劑前沿的距離。

式中,Z為農(nóng)藥的遷移距離(cm);為遷移時間(h);為遷移速率(cm·h-1/2)

1.4 土壤中的淋溶實驗

為探討速滅威隨滲透水在土壤中垂直剖面向下的運動規(guī)律, 采用柱淋溶法進行測定, 取內(nèi)徑為1.0 cm的有機玻璃柱, 底部墊一層濾紙、一層40目尼龍紗, 再裝入少量細砂, 將供試土壤50 g均勻嚴實地填入柱中, 填充完畢后在上端加2 mL速滅威標準溶液, 再鋪一層石英砂覆蓋, 墊一層濾紙, 并加蓋少量粗砂壓住濾紙, 利用虹吸裝置, 使用調(diào)節(jié)閥控制水的流速, 先用一定量的水預(yù)飽和土柱, 靜止放置一段時間使吸附充分達到平衡, 然后以一定量的水淋溶土柱。淋溶結(jié)束后分10段采集土樣, 分別用25 mL甲醇振蕩提取, 離心分離, HPLC法測定。同時, 收集土壤柱下端的淋出水樣, 每50 mL收集一次, HPLC測定。在此基礎(chǔ)上, 考察不同pH值和不同淋溶量對農(nóng)藥在不同土壤中的遷移性。

1.5 速滅威的檢測條件

采用反相高效液相色譜測定, 色譜條件: Agilent TC-C18(4.6 mm×250 mm×5 μm)為色譜柱, 流動相為甲醇(A): 水(B)梯度洗脫, 0到20 min, 從100%B到100%A, 檢測波長為258 nm, 柱溫為25 ℃, 進樣量為100 μL, 保留時間16.84 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 速滅威在土壤中的移動性

速滅威在3種土壤中的移動性測定結(jié)果見表2, 從中可以看出, 速滅威在3種枸杞土壤中屬中等移動性, 在三種土壤中的移動性由大到小依次為灰鈣土>灌淤土>潮土, 在灰鈣土中的移動速率較大, 這可能是由于灰鈣土中的砂粒含量較高, 而粘粒較低有關(guān), 灰鈣土中的粘粒含量最低, 所以土壤膠體對速滅威的吸附相對最弱。除此之外, 也可能與灰鈣土的pH較大有關(guān), 因為土壤pH的降低會導(dǎo)致農(nóng)藥凈電荷的增加, 從而增加了對農(nóng)藥的吸附[24,25]。

2.2 速滅威在土壤中的淋溶性

速滅威在三種土壤中的淋溶性見表3, 淋溶率由大到小依次為潮土>灰鈣土>灌淤土, 其中, 速滅威在潮土中的淋出率最高, 這可能與速滅威在潮土中的吸附力較低有關(guān)[26]。

表3 速滅威在不同土壤中的淋出率

2.3 淋溶水量對速滅威在土壤中的淋出量的影響

淋溶水量對速滅威在幾種不同土壤中的遷移的影響見圖1, 由圖可知, 隨著淋溶水量的增加, 速滅威從土壤中的淋出量也增加。但是, 當淋溶水量大于350 mL時, 灌淤土和灰鈣土中幾乎無速滅威流出, 證明淋溶水量已經(jīng)達到飽和, 但潮土中仍然有一部分速滅威流出, 進一步證明了速滅威可能在潮土中的吸附力較低, 而在灌淤土和灰鈣土中的吸附力較高。

2.4 淋溶水pH值對農(nóng)藥在土壤中淋溶遷移的影響

淋溶水pH對農(nóng)藥在不同土壤中的淋溶遷移影響結(jié)果如下圖2所示。由圖可知, 淋溶水pH值對速滅威的淋溶率有較大影響, 如在灌淤土和灰鈣土中弱酸性條件利于速滅威淋出, 在潮土中中性條件易于淋出。

3 討論

農(nóng)藥類型不同, 在不同土壤中的遷移及淋溶特性有較大差異, 如酰胺類除草劑—異丙甲草胺在粉砂質(zhì)壤土中可淋溶, 在壤土和壤質(zhì)黏土中為較難淋溶[27]、甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑—丁香菌酯在紅壤土、潮土和褐土中均為不移動, 在紅壤土與潮土中易吸附, 褐土中較易吸附[28]、三唑啉酮類除草劑—氨唑草酮在紅壤土中為極易移動, 在黑土中為中等移動, 在水稻土中為可移動, 這與3種土壤有機質(zhì)含量一致, 認為分子型農(nóng)藥進入土壤后的遷移主要受土壤有機質(zhì)含量的影響, 其次為黏粒含量[29]。因此, 很多農(nóng)藥在防治病蟲害的同時, 進入土壤后, 具有較強的移動性, 對地下水存在一定的污染風險, 應(yīng)采取有效措施, 如物理吸附[30]、微生物及化學(xué)降解[31]等方法有效降低農(nóng)藥對水體的污染, 維持水環(huán)境的生態(tài)平衡和人類的可持續(xù)發(fā)展。

圖1 速滅威在不同土壤中的淋出量比較

Figure 1 The leaching amount of metolcarb on different soils

4 結(jié)論

速滅威在這三種土壤中比移值由大到小依次為灰鈣土(0.47)>灌淤土(0.37)>潮土(0.35), 其R均在0.35—0.64范圍內(nèi), 屬中等移動性; 速滅威在三種土壤中的淋出量隨著淋溶水量的增加而逐漸增大, 但當淋溶水量大于350 mL時, 除潮土外, 灌淤土和灰鈣土中幾乎無速滅威流出, 速滅威在三種土壤中的淋溶率由大到小依次為潮土(63.1%)>灰鈣土(50.1%)>灌淤土(28.3%); 淋溶液pH不同, 速滅威的淋出率也不同, 在灌淤土和灰鈣土中弱酸性條件利于速滅威淋出, 在潮土中中性條件更易于淋出?？傊? 速滅威在幾種枸杞土壤中容易移動, 并隨著降雨量的增加容易被淋出而遷移到地下水, 對地下水造成一定的污染, 因采取有效措施降低其對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成的威脅。

圖2 pH對速滅威在不同土壤中的淋溶率的影響

Figure 2 The influencing of pH of metolcarb in different soils

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Simulation study of migiration and leaching of metolcarb in several soils infield

HAO Fengxia, DING Xiaojuan, FANG Junzhuo, LV Junmin, YANG Jinhui

State Key Laboratory of High-efficiency Utilization of Coal & Green Chemical Engineering, NingXia University, Yinchuan 750021, China

TLC and soil column method were established for determing the characteristics of migiration and leaching of metolcard in several soils, and the most critical influences such as soil type, pH and amount of water were used to discuss the impact of leaching rate. The results indicated that the mobility of metolcard in different soils were as follows:sierozem> fluvo-aquic soil> irrigation silting soil withR0.47, 0.37 and 0.35, and the movement speeds were 3.52, 2.58 and 2.35, individually. TheRof metolcarb in several soils were in the scope of 0.35-0.64, therefore, metolcarb belonged to middle mobile pesticide. Meanwhile, the leaching rates of metolcarb in several soils were as follows: fluvo-aquic soil> sierozem> irrigation silting soil with the leaching rates were 63.1 %, 50.0 % and 28.3 % respectively. The leaching rate of metolcarb in the three soils were increased with the increasing amount of water applied.When the amount of water was more than 350 mL, there were hardly any metolcarb from the sierozem soil and irrigation silting soil column except fluvo-aquic soil. It was proved that metolcarb was adsorbed firmly in sierozem soil and irrigation silting soil. In the meantime, pH was anthor important fator to leaching rate; pH was low, which significantly increasedmetolcarb in sierozem soil and irrigation silting soil. It was possibly because different soils had different pH and total saline. For fluvo-aquic soil, it had high total saline; the adsorb capacity was enhanced in the weak acid condtion; as a result, the leaching rate of metolcarb from fluvo-aquic soil column was reduced. Metolcarb belonged to middle mobile pesticide, and could harm to groundwater.

metolcarb; migiration; Leaching;; soil

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.06.017

Q89

A

1008-8873(2019)06-120-05

2018-12-18;

2019-02-25

國家自然科學(xué)基金資助項目(21567022)

郝鳳霞(1978—), 女, 寧夏中寧人, 碩士, 副教授, 主要從事農(nóng)藥環(huán)境污染方面的研究工作, E-mail: hao_fx@nxu.edu.cn

郝鳳霞, 丁小娟, 房俊卓, 等. 速滅威在枸杞土壤中的遷移及淋溶行為模擬研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(6): 120–124.

HAO Fengxia, DING Xiaojuan, FANG Junzhuo, et al. Simulation study of migiration and leaching of metolcarb in several soils infield[J]. Ecological Science, 2019, 38(6): 120–124.