張嘉宇，楊德松

(石河子大學農學院/新疆綠洲農業(yè)病蟲害治理與植保資源利用自治區(qū)普通高校重點實驗室,新疆 石河子 832003)

農藥污染現(xiàn)已成為一個世界性問題,對土壤的危害最為嚴重。而土壤是一個復雜的多介質多界面系統(tǒng),隨著農業(yè)可持續(xù)發(fā)展理念的提出,土壤質量成為當前研究的熱點,因此,農藥在土壤中的消解行為研究具有較強的科學價值與指導意義[1]。而新疆作為棉花優(yōu)勢主產區(qū),棉花種植面積2 540.5 khm2，產量占全國棉花的比重為74.4%,當前新疆種植棉花98%都是機采棉,棉花脫葉是植棉全程機械化的重要組成部分,直接影響的棉花的品質、采收的質量和效率。棉花脫葉劑效果的好壞決定著最終棉花的整體收成,因此敵草隆以復配的形式作為脫葉劑在新疆棉田發(fā)揮著重要的作用。近年來,除草劑的銷售增長率遠高于殺蟲劑和殺菌劑,約占到農藥產量比重的1/3[2-3]。除草劑作為一種重要的農業(yè)生產資料,在保護農業(yè)生產、提高農業(yè)綜合生產能力、促進糧食穩(wěn)定增產和農民持續(xù)增收上發(fā)揮著極其重要的作用。但在除草劑品種持續(xù)增加、效能不斷提高的同時,也帶來了一系列環(huán)境問題[4-5]。除草劑的大量使用超出了環(huán)境的自然清解能力,直接污染著大氣、水體、土壤等自然環(huán)境,這些殘留的除草劑對環(huán)境產生的不良影響已經引起人們的廣泛關注[6-7]。敵草隆(diuron)屬于取代脲類除草劑,取代脲類除草劑是一類廣譜、內吸性除草劑,在農業(yè)生產中廣泛應用。它們在自然界中的半衰期較長,對環(huán)境具有明顯的不良影響[8]。研究[9-12]發(fā)現(xiàn),敵草隆的吸附行為也與土壤中的有機質含量有關,其吸附系數(shù)有隨土壤有機質含量增高而增大的趨勢。因此，在有機質含量低的土壤里,敵草隆容易產生淋失滲漏而導致水環(huán)境污染。目前,國內外對于除草劑的測定方法較多,主要涉及土壤、植物等[13-16],但對于敵草隆在土壤中的殘留消解動態(tài)研究較少,本研究利用高效液相色譜法(HPLC)對敵草隆在不同土質中的殘留消解動態(tài)進行了研究。高效液相色譜法適于溶解后能制成溶液的樣品(包括有機介質溶液),不受樣品揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性的限制,對分子量大、難氣化、熱穩(wěn)定性差的生化樣品及高分子和離子型樣品均可檢測。部分農藥由于具有揮發(fā)性和熱不穩(wěn)定性,使用氣相色譜法氣化時容易發(fā)生分解,從而使立體結構發(fā)生改變,使得檢測得到的數(shù)據(jù)可靠性變差,而采用高效液相色譜分析,可以有效克服這一缺點。同時，高效液相色譜法有著快速簡便、靈敏度高等優(yōu)點，廣泛應用于農藥殘留的檢測中[17-18]。本文為了評估敵草隆在不同土壤質地中的殘留消解動態(tài),在田間試驗的基礎上,利用高效液相色譜法,對敵草隆在砂土及壤土中的殘留、消解動態(tài)進行了研究,為敵草隆在土壤中的合理利用提供了理論基礎。

1 材料與方法

1.1 供試藥劑及儀器

供試藥劑：540 g/L噻苯·敵草隆懸浮劑SC(360 g/L噻苯隆+180 g/L敵草隆)購于江蘇輝豐生物農業(yè)股份有限公司；敵草隆標準品(質量分數(shù)98.8%)購于德國Dr.Ehrenstorfer公司；乙腈(色譜純)；氯化鈉。

供試儀器：高效液相色譜儀(Waters e2695 Separations Module)；渦旋振蕩器；電子分析天平；高速臺式離心機；超聲波清洗器。

1.2 田間試驗設計

田間試驗設計參照《農藥殘留試驗準則(NY/T 788—2004)》進行[19]和《農藥登記殘留田間試驗標準操作規(guī)程》[20]。

1.2.1 試驗方法

試驗地點：新疆石河子市石河子大學試驗站；

試驗時間：2018年9—11月；

供試土壤：砂土和壤土地塊進行土壤消解動態(tài)試驗；

噴施劑量：參照產品說明推薦使用劑量,并根據(jù)實際情況做適當調整。540 g/L噻苯·敵草隆懸浮劑于砂土和壤土中噴施3種濃度,分別為：推薦用藥量180 mL/hm2；0.5倍用藥量90 mL/hm2；2倍用藥量360 mL/hm2。

小區(qū)面積：如圖1所示,91 m2(13 m×7 m),劃分為8個區(qū)域,其中2個清水噴施作為對照,并設置隔離帶。將配制好的3種不同濃度藥劑分別均勻噴施于砂土及壤土中,采用五點采樣法于施藥后的1、5、7、14、21、30、45 d采集土壤,采集量不少于1 kg,存于密封袋中,貼好標簽,置于-20 ℃冰箱內,待測。

圖1 供試小區(qū)示意圖

1.3 分析方法

1.3.1 標準品母液的配制

準確稱取敵草隆標準品并用乙腈溶解配置成濃度為100 mg/L的標準品母液備用,于-20 ℃保存。

1.3.2 土壤樣品的前處理

土壤采集后風干研磨過2 mm篩備用。用電子天平準確稱取土壤樣品10 g至50 mL離心管內,分別加入3%氨水2 mL和乙腈8 mL,渦旋震蕩提取10 min。再加入NaCl4 g鹽析促使水相和有機相分離,繼續(xù)渦旋震蕩2 min,將離心管置于4000 r/min的離心機內高速離心5 min。取上清液1 mL過0.22 μm有機濾膜后,將其注入進樣小瓶,待測。

1.3.3 色譜條件

高效液相色譜儀HPLC(Waters e2695 Separations Module)。色譜柱：5 μm×4.6 mm×250 mm。流動相：甲醇與水的體積比為60:40；流速1 mL/min。柱溫：35 ℃,測定波長：254 nm。進樣量20 μL。

1.3.4 標準曲線的制作

將配制好的100 mg/L敵草隆標準品母液,用乙腈分別稀釋成質量濃度為0.01、0.05、0.1、1、5 mg/L的系列標樣工作溶液,于1.3.3條件下進行測定。

1.3.5 添加回收率

將配制好的100 mg/L敵草隆標準品母液,按照0.01、0.05、1 mg/kg的添加量分別添加到空白土壤樣品中。每個添加量重復5次平行試驗。按照1.3.2方法進行提取和凈化,測定回收率及相對標準偏差。

2 結果與分析

2.1 標準曲線

試驗采用外標定量法,以敵草隆標準品濃度為橫坐標(X),以色譜峰的面積為縱坐標(Y)繪制標準曲線圖,并進行線性回歸分析,獲得的標準曲線(見圖2)為：y=5.47×104x+3.47×103(R2=0.99),相對保留時間為5.66 min。結果表明,在0.01～5 mg/L內,敵草隆的質量濃度與其峰面積有著良好的線性關系(見圖3)。

圖2 敵草隆的標準曲線圖

圖3 敵草隆的標樣色譜圖

2.2 方法的準確度和精密度

敵草隆在空白土樣中的添加量分別為0.01、0.05、1 mg/kg,按照上述1.3.2方法處理并用高效液相色譜法進行檢測,測定的土樣中敵草隆的添加回收率為94.90%～95.72%,相對標準偏差在0.93%～1.64%之間(見表1),符合要求,可用于敵草隆農藥殘留的檢測。

表1 敵草隆在土樣中的添加回收率

2.3 砂土和壤土中敵草隆的消解動態(tài)

用360 g/L噻苯隆·180 g/L敵草隆均勻噴施于砂土和壤土中。由表2可知,在0.5倍用藥量(90 mL/hm2)噴施時,敵草隆在砂土中的原始沉積量分別為0.41、0.38、0.27、0.23、0.16、0.12、0.05 mg/kg；標準用藥量(180 mL/hm2)噴施時,敵草隆在砂土中的原始沉積量分別為0.79、0.68、0.54、0.48、0.38、0.18、0.12 mg/kg；2倍用藥量(360 mL/hm2)噴施時,敵草隆在砂土中的原始沉積量分別為1.62、1.31、0.92、0.71、0.42、0.37、0.26 mg/kg。360 g/L噻苯隆·180 g/L敵草隆0.5倍用藥量(90 mL/hm2)噴施時,敵草隆在壤土中的原始沉積量分別為0.48、0.39、0.33、0.29、0.18、0.14、0.11 mg/kg；標準用藥量(180 mL/hm2)噴施時,敵草隆在壤土中的原始沉積量分別為0.82、0.63、0.42、0.36、0.32、0.2、0.19 mg/kg；2倍用藥量(360 mL/hm2)噴施時,敵草隆在壤土中的原始沉積量分別為1.66、1.51、1.12、0.87、0.56、0.51、0.46 mg/kg。

表2 敵草隆在砂土和壤土中的殘留量

注：S、R分別為砂土和壤土；1、2、3為3種噴施濃度：360 g/L噻苯隆180 g/L敵草隆0.5倍用藥量90 mL/hm2；標準用藥量180 mL/hm2；2倍用藥量360 mL/hm2。

結果表明,相同濃度的藥劑噴施于不同土壤,敵草隆在砂土中的殘留低于壤土。隨著時間的延長,敵草隆在土壤中的殘留不斷降低。且隨著濃度的增高,敵草隆在土壤中的殘留量也逐漸增多。

由圖4可知,敵草隆在砂土和壤土中的消解動態(tài)均符合一級動力學方程Ct=C0ekt,其中C0為施藥后敵草隆的原始沉積量,k為消解速率常數(shù),Ct為殘留量,t為取樣時間；半衰期的計算公式為T1/2=ln2/k。

360 g/L噻苯隆·180 g/L敵草隆在0.5倍用藥量(90 mL/hm2)噴施時,敵草隆在砂土中的消解動力學方程為Ct=0.433e-0.047t,半衰期為14.7 d；標準用藥量(180 mL/hm2)噴施時,敵草隆在砂土中的消解動力學方程為Ct=0.824e-0.044t,半衰期為15.8 d；2倍用藥量(360 mL/hm2)噴施時,敵草隆在砂土中的消解動力學方程為Ct=1.379e-0.042t,半衰期為16.5 d。在0.5倍用藥量(90 mL/hm2)噴施時,敵草隆在壤土中的消解動力學方程為Ct=0.444e-0.034t,半衰期為20.4 d；標準用藥量(180 mL/hm2)噴施時,敵草隆在壤土中的消解動力學方程為Ct=0.652e-0.032t,半衰期為21.7 d；2倍用藥量(360 mL/hm2)噴施時,敵草隆在壤土中的消解動力學方程為Ct=1.470e-0.031t,半衰期為22.4 d。

圖4 不同濃度敵草隆在砂土和壤土中的消解動態(tài)

由表3可知,不同濃度的敵草隆噴施于同樣質地的土壤中,隨著敵草隆藥劑濃度增大,半衰期逐漸延長；在噴施相同濃度的敵草隆于不同的土質中時,敵草隆在砂土中的半衰期明顯低于壤土。

表3 敵草隆在砂土和壤土中的消解動力學方程及相關參數(shù)

3 結果與討論

3.1 結果

本試驗采用高效液相色譜法建立快速準確的敵草隆在土壤中的殘留分析方法,對比砂土和壤土在不同的時間的藥品殘留量。試驗結果表明敵草隆在0.01～5 mg/kg內有良好的線性關系,靈敏度、準確度均符合要求,且目標峰分離效果較好；敵草隆在砂土和壤土中的消解動態(tài)均符合一級動力學方程,且與施藥濃度有關,施用藥品濃度越大,其在土壤中消解越慢；同樣濃度的藥劑噴施于2種土壤中,敵草隆在砂土中的消解速度明顯快于壤土,在砂土中的半衰期為14.7～16.5 d,在壤土中的半衰期為20.4～22.4 d。本研究為敵草隆在田間的合理使用提供依據(jù)。

3.2 討論

敵草隆是一種兼具內吸和觸殺作用的取代脲類除草劑。它被植物的根和葉吸收入植物體后通過抑制植物的光合作用,致使葉面變黃,最終死亡。敵草隆普遍以復配的形式被廣泛用于棉田,因此棉花脫葉劑的使用成為新疆機采棉中重要的組成部分。但連續(xù)多年普遍使用除草劑,會使其殘留于土壤,不但易對后茬農作物產生藥害,影響農作物的產量和品質,也會對土壤的理化性質和生物多樣性產生不良影響。

(1)本研究采用高效液相色譜法檢測敵草隆在不同土壤中的殘留消解動態(tài),敵草隆的相對保留時間為5.66 min,不同于其他相關文獻[21-23]的報道,這可能與檢測時所使用的儀器、檢測條件和檢測方法不同有關。敵草隆在土壤中的添加回收率為94.9%～95.72%,最低檢測濃度為0.01 mg/kg,因此,本研究中的方法可以滿足敵草隆殘留分析的要求。

(2)已有研究[24-26]表明,農藥施用于不同質地的土壤中,土壤的吸附能力也不同。本試驗對施用于2種不同的土壤質地中的敵草隆殘留消解動態(tài)進行了研究,結果表明,敵草隆在砂土和壤土中的消解動態(tài)有明顯差異,相同濃度的藥劑噴施于不同土壤中,敵草隆在砂土中的殘留低于壤土。這可能是與2種土壤性質有著明顯的差異,砂土通透性強,通氣良好,好氣性微生物活動占優(yōu)勢,可以促進有機質分解,有機質礦質化加快,且土壤疏松,易耕作；而壤土顆粒組成中黏粒、粉粒、砂粒含量適中,質地介于黏土和砂土之間,兼有黏土和砂土的優(yōu)點,通氣透水、保水保溫性能都較好,因此,造成了敵草隆在不同土質中殘留消解動態(tài)也有所不同。

(3)敵草隆在土壤中的半衰期與種植的作物、種植地點、土壤性質、溫度等均有著密切的關系。本研究發(fā)現(xiàn),敵草隆在土壤中的消解動態(tài)符合一級動力學方程,且與施用濃度有關,施用藥品濃度越大,其在土壤中消解越慢；敵草隆在土壤中的半衰期為14.7～22.4 d。馮義志[8]等研究表明敵草隆在棉田土壤中的半衰期為11.4～18.9 d。謝夢醒[27]研究表明敵草隆在安徽宣城試驗點甘蔗土壤中的消解半衰期為11.96～21.36 d；在廣東湛江試驗點敵草隆在土壤中消解半衰期為10.36～12.57 d。在不同研究中敵草隆的半衰期也各不相同,其影響因素很多,包括溫度、土壤性質、種植作物、氣候差異等。