王丹琴，王 雪，朱雪竹，趙海燕，林超霸

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210095)

化學(xué)除草劑作為一種經(jīng)濟(jì)高效、可靠的田間除草手段，在糧食的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。以芐嘧磺隆為主的磺酰脲類和丁草胺等酰胺類除草劑是中國市場的主流品種[1]，芐嘧磺隆與丁草胺的復(fù)配劑廣泛應(yīng)用于我國南北稻區(qū)，用以防除田間的禾本科雜草和惡性闊葉雜草[2]，年使用量占市場份額的50%以上。同時，由于丁草胺揮發(fā)性和淋溶性差，而芐嘧磺隆具有不易揮發(fā)、不易光解、移動性小、穩(wěn)定性強、半衰期長的特點，兩者均易殘留于土壤中[3]，長期連續(xù)使用極易造成農(nóng)田除草劑殘留污染[4]。有研究[5]表明丁草胺在稻田施用5個月后仍能被檢出，其在土壤中的最高殘留量為30.87 mg·kg-1，常年施用農(nóng)藥的農(nóng)田表層土壤[6]中丁草胺檢出量高達(dá)206.06 μg·kg-1，芐嘧磺隆檢出量高達(dá)2.78 mg·kg-1。除草劑會粘附到作物上，QIU等[7]在從農(nóng)田及市場中收集的小麥中檢出0.015 mg·kg-1丁草胺，AL-NASIR等[8]在農(nóng)田種植的蔬菜中檢出0.486 mg·kg-1芐嘧磺隆，威脅農(nóng)產(chǎn)品安全。南京市位于中國東部、長江下游中部地區(qū)，具有優(yōu)越的地理位置與水利條件，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，2017年全市農(nóng)藥使用量(商品量)為945 t，而除草劑用量占比為40%，遠(yuǎn)超過殺蟲劑和殺菌劑[9]。截至2020年3月2日，南京市化學(xué)除草面積達(dá)3.332萬hm2，但鮮見對該地區(qū)農(nóng)田除草劑殘留特征與消解動態(tài)的相關(guān)報道。筆者以丁草胺和芐嘧磺隆為研究對象，選取南京市兩個代表性農(nóng)業(yè)種植區(qū)域——江寧區(qū)和六合區(qū)，探究農(nóng)田土壤中這兩種除草劑的殘留特征與消解動態(tài)，以期為南京地區(qū)農(nóng)田除草劑的合理施用及污染防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 采樣點概況

六合區(qū)位于南京市北部，地勢北高南低，南部地形以平原為主，平原區(qū)主要為典型的稻-麥茬口種植區(qū)，常年種植面積約為320 km2；江寧區(qū)位于南京市東南部，地勢南北高、中間低，常年種植面積約為199.8 km2。南京市屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量約為1 200 mm，年平均溫度為15.4 ℃。采樣地于10月下旬至11月上旬開始播種冬小麥，次年6、7月為收獲期，在小麥播種后20～40 d內(nèi)進(jìn)行第1次除草，2月下旬至3月上旬(返青期)會出現(xiàn)第2個出草高峰期(以闊葉雜草為主)，此期間常用芐嘧磺隆除草[10]。6月中下旬播種晚稻，水直播田一般在播種后2～4和25～30 d用丁草胺和芐嘧磺隆兌土或拌肥料撒施進(jìn)行2次封閉處理;機插秧田在機器插秧前1～4 d和插秧后7～14 d用芐嘧磺隆的復(fù)配除草劑及丁草胺等進(jìn)行2次土壤封閉處理；拋秧田一般在移栽后3～7 d(7月)施用芐·丁復(fù)配劑進(jìn)行第1次除草[11-12]，保持3～5 d后還需根據(jù)情況再進(jìn)行補治。該研究在六合區(qū)東南部水稻種植中心及周邊2～6 km范圍內(nèi)選取5個采樣點(S1～S5)，在江寧區(qū)南部農(nóng)田區(qū)域2～6 km范圍內(nèi)選取6個采樣點(S6～S11)，采樣點距離公路500 m以上。

1.2 樣品采集及處理

根據(jù)采樣地區(qū)農(nóng)田除草劑施用特點，采樣時間設(shè)置為小麥和水稻收獲期，在冬小麥第2次施用除草劑2～3個月后選取22塊麥田，同樣在晚稻第2次施用除草劑2～3個月后選取24塊稻田。土壤采樣深度為0～20 cm，采集方法參考HJ/T 166—2004《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[13]，將采集回來的新鮮土樣去除砂礫等雜物，于-20 ℃條件下冷凍干燥后，過250 μm孔徑篩備用。每塊農(nóng)田同時采集22～25份農(nóng)作物，采集方法參考DB51/T 1047—2010《糧油作物植物樣品田間采集及制備技術(shù)規(guī)范》[14]，將水稻和小麥的莖葉和帶殼籽粒分開處理，置于通風(fēng)干燥處陰干，用壟谷機脫殼，粉碎得糙米、稻殼、麥殼樣品，過250 μm孔徑篩備用。

1.3 土壤理化性質(zhì)的測定

土壤黏粒、粉粒和砂粒含量測定采用比重計速測法，含水率、pH值測定分別采用烘干法(105 ℃)、電位法，土壤有機質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)，土壤陽離子交換量測定采用三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法(HJ 889—2017)[15]，土壤堿解氮含量測定采用擴散法，土壤速效磷含量測定采用鉬銻抗比色法[16]。

1.4 丁草胺和芐嘧磺隆的提取

1.4.1芐嘧磺隆

土壤：用二氯甲烷-丙酮(體積比為7∶3)混合液作為提取液[17]。稱取2 g經(jīng)預(yù)處理的土壤，加10 mL提取液，超聲提取(90 W)40 min，按6 000 r·min-1離心5 min(離心半徑為10 cm)，收集上清液，重復(fù)提取兩次，合并提取液，轉(zhuǎn)移至硅膠層析柱(從下至上分別為少量脫脂棉、2 g 48 μm孔徑柱層析硅膠和2 g無水Na2SO4)中凈化分離，用乙腈淋洗并洗脫2次，收集所有洗脫液，40 ℃條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干后，用2 mL乙腈(色譜純)定容，過0.22 μm有機相濾頭，待液相色譜儀分析用。

農(nóng)作物：用丙酮-乙酸乙酯(體積比為4∶3)混合液作為提取液[18]。稱取2 g經(jīng)預(yù)處理的作物樣，加14 mL提取液，以下同土壤提取操作。

1.4.2丁草胺

土壤：用石油醚-丙酮(體積比為1∶1)混合液作為提取液[2]。稱取2 g經(jīng)預(yù)處理的土壤，加10 mL提取液，超聲提取(90 W)40 min后，按6 000 r·min-1離心5 min(離心半徑為10 cm)，收集上清液，重復(fù)提取兩次，合并提取液，轉(zhuǎn)移至硅膠層析柱中凈化分離，用石油醚-丙酮(體積比為94∶6)混合液淋洗并洗脫2次[19]，收集所有洗脫液，40 ℃條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干，用石油醚(色譜純)定容至2 mL，過0.22 μm有機相濾頭，待液相色譜儀分析用。

農(nóng)作物：用丙酮-乙酸乙酯(體積比為4∶3)作為提取液[18]，稱取2 g經(jīng)預(yù)處理的作物樣，加14 mL提取液，以下同土壤提取操作。

1.5 液相色譜測定條件

儀器：高效液相色譜儀(島津LC-20AD)，配紫外檢測器。色譜柱：Agilent ZORBAX Eclipse Plus C18(250 mm×4.6 mm，5 μm)。待測物為芐嘧磺隆，流動相[20]為乙腈-水(體積比為55∶45)(含體積分?jǐn)?shù)φ=0.2%的冰醋酸，pH=4～5)；待測物為丁草胺，流動相[21]為乙腈-水(體積比為70∶30)(含φ=0.2%的冰醋酸，pH=3～3.5)；流速為1.0 mL·min-1。柱溫為40 ℃，檢測波長為254 nm，以峰面積外標(biāo)法定量。芐嘧磺隆和丁草胺的保留時間分別為5.36～5.40和2.78～2.81 min。芐嘧磺隆線性方程為y=13 569x+25.498(R2=0.999 9，x為檢測物濃度，y為峰面積)，最低檢出限為0.010 8 mg·kg-1，回收率為88.96%～95.18%(添加濃度分別為0.05、0.5和5 mg·kg-1)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.56%～3.95%。丁草胺線性方程為y=52 427x+95.596(R2=0.999 9)，最低檢出限為0.012 5 mg·kg-1，回收率為87.85%～93.62%(添加濃度分別為0.05、0.5和5 mg·kg-1)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.61%～5.35%。

1.6 室內(nèi)模擬試驗設(shè)計

根據(jù)常用品種60%丁草胺乳油、10%芐嘧磺隆可濕性粉劑的使用標(biāo)準(zhǔn)，分別按推薦劑量的50%、100%和200%作為施用劑量，設(shè)置6個濃度處理組：處理組DT1、DT2和DT3土壤中丁草胺初始濃度為0.4、0.8和1.6 mg·kg-1，處理組BT1、BT2和BT3土壤中芐嘧磺隆初始濃度為0.2、0.4和0.8 mg·kg-1，按m(土)∶m(水)=6∶4的比例調(diào)整好土壤質(zhì)量含水率(40%)，均勻攪拌后配制成不同濃度的藥土，每個處理重復(fù)3次。同時設(shè)置對照試驗，以未使用過除草劑的休耕田土壤為對照，土壤為黃棕壤。對照土壤理化性質(zhì)：質(zhì)量含水率為18.9%，黏粒質(zhì)量含量為26.8%，粉粒質(zhì)量含量為31.5%，砂粒質(zhì)量含量為31.3%，陽離子交換量為18.47 cmol·kg-1，有機質(zhì)含量為32.00 g·kg-1，pH=6.15，堿解氮含量為106 mg·kg-1，速效磷含量為33.8 mg·kg-1。將各處理組置于溫度為(25±1) ℃、濕度為70%～80%的人工氣候培養(yǎng)箱中進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗，培養(yǎng)時間設(shè)置為32 d，每隔8 d采集測定土壤中除草劑含量。

1.7 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進(jìn)行分析并作圖，采用SPSS 24.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行兩個獨立樣本非參數(shù)檢驗(Mann-Whitney檢驗)，以及雙變量Spearman和Pearson系數(shù)相關(guān)性分析(雙尾檢驗)。

2 結(jié)果與討論

2.1 芐嘧磺隆和丁草胺殘留分布特征

各采樣點糙米和谷殼樣品中均未檢出芐嘧磺隆和丁草胺殘留，GB 2763—2019《中國食品中農(nóng)藥最大殘留限量》[22]中人體對于芐嘧磺隆和丁草胺的可接受日攝入量(ADI)分別為0.2和0.1 mg·kg-1，這兩種除草劑的殘留量未超標(biāo),但采樣點農(nóng)田土壤中存在除草劑殘留(表1)。土壤中丁草胺殘留量為ND～1.578 mg·kg-1，檢出率為54.55%，芐嘧磺隆殘留量為ND～0.102 mg·kg-1，檢出率為63.64%。其中，在采樣點位S8，丁草胺和芐嘧磺隆殘留量最大值分別為1.578和0.102 mg·kg-1，分別為殘留量平均值的5.33倍和4.52倍，表明這些區(qū)域除草劑施用量較高。

表1 農(nóng)田土壤中丁草胺和芐嘧磺隆的殘留濃度Table 1 Residue of bensulfuron methyl and butachlor in agricutural soils

分區(qū)域來看，這兩個區(qū)域農(nóng)田土壤中芐嘧磺隆殘留量無顯著性差異，而丁草胺殘留量存在顯著性差異(P<0.01)。江寧區(qū)農(nóng)田土壤中丁草胺和芐嘧磺隆平均含量分別為0.296 和0.035 mg·kg-1，六合區(qū)平均含量分別為0.070和0.029 mg·kg-1。分不同利用類型土壤來看，稻田和麥田土壤中丁草胺殘留存在顯著性差異(P<0.01)，芐嘧磺隆殘留量則無顯著性差異。稻田土壤中丁草胺和芐嘧磺隆殘留量均值分別為0.410和0.033 mg·kg-1，麥田土壤中殘留量均值分別為0.010和0.028 mg·kg-1。

稻田土壤中丁草胺殘留量顯著高于其在麥田中的殘留量，主要是與稻田丁草胺施用量較高有關(guān)。南京市農(nóng)田中常見的雜草主要為禾本科和莎草科雜草，丁草胺對大部分一年生禾本科雜草、莎草科雜草等有較好的防治效果[11-12]。根據(jù)江蘇省不同地區(qū)農(nóng)田禾本科雜草對除草劑抗性強度的調(diào)研報告，蘇南六合、江寧是抗性較大的區(qū)域，易導(dǎo)致丁草胺用量增加[23]。江蘇省植保植檢站2019年公布的《稻田雜草綠色防控技術(shù)方案》顯示，稻田丁草胺施用頻率和劑量明顯高于芐嘧磺隆。江寧區(qū)稻田[11]常施用30%丁·芐可濕性粉劑1 800～2 250 g·hm-2，10%芐嘧磺隆可濕性粉劑150～300 g·hm-2和36%丁草胺復(fù)配劑2 250 mL·hm-2。六合區(qū)稻田[12]常施用20%芐嘧磺隆復(fù)配劑600 g·hm-2，50%芐丁異丙隆可濕性粉劑1 200 g·hm-2和42%丁草胺復(fù)配劑1 500～1 800 mL·hm-2。在實踐中，除草劑通常被反復(fù)施用以控制雜草。丁草胺在江寧區(qū)稻田土壤中的殘留量偏高，尤其是江寧采樣點位S8和S9顯著高于其他點位，主要為該區(qū)域除草劑的實際施用量較高所致。

2.2 土壤理化性質(zhì)對除草劑殘留的影響

采樣區(qū)農(nóng)田土壤均為黃棕壤，但理化性質(zhì)存在差異，其中，有機質(zhì)含量為25.4～48.1 g·kg-1，土壤pH值為5.14～6.8，堿解氮含量為87～145 mg·kg-1，速效磷含量為13.0～33.8 mg·kg-1。土壤理化性質(zhì)與除草劑殘留濃度的相關(guān)分析見圖1。

圖1 土壤理化性質(zhì)與除草劑殘留濃度的Pearson相關(guān)分析

分析結(jié)果(圖1)顯示，芐嘧磺隆殘留量與土壤有機質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)(Spearman相關(guān)系數(shù)ρ=-0.761，顯著性值sig<0.001)，在偏酸性條件下與pH值呈顯著正相關(guān)(ρ=0.903，sig<0.001)；丁草胺殘留量與土壤有機質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)(ρ=-0.458，sig=0.032)，在偏酸性條件下與pH值無顯著性相關(guān)。芐嘧磺隆殘留量和丁草胺殘留量分別與土壤堿解氮含量、土壤速效磷含量無顯著性相關(guān)。

農(nóng)藥的水溶性、揮發(fā)性、劑型以及施藥量均不同程度地影響農(nóng)藥在土壤中的淋溶和遷移[24]，土壤的吸附性能和微生物降解是大多數(shù)除草劑在土壤中消失的主要途徑。石健等[3]發(fā)現(xiàn)土壤對丁草胺的吸附性能與有機質(zhì)含量和pH值有著一定的密切關(guān)系，有機質(zhì)含量與吸附量呈正相關(guān)，在堿性條件下(pH值為7.0～10.0)不利于土壤吸附。葉鳳嬌等[25]也發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥在土壤中降解速率的主要影響因素為土壤pH值和有機質(zhì)含量。程玲等[26]的實驗結(jié)果表明稻田土壤中芐嘧磺隆的降解速率隨土壤有機質(zhì)含量的增加而加快，隨土壤pH的升高而降低。土壤有機質(zhì)含量是影響土壤微生物量的一個重要因素，隨著有機碳含量的增高，土壤微生物量上升，同時微生物活性也得到提高，從而加快了除草劑在土壤中的降解[27]。

2.3 土壤中丁草胺和芐嘧磺隆的消解動態(tài)

圖2顯示，相同培養(yǎng)條件下對比發(fā)現(xiàn)，丁草胺施用劑量雖高于芐嘧磺隆，但其在試驗土壤中的殘留量要低于芐嘧磺隆，表明丁草胺降解速率更快。處理組BT3和DT3土壤中施用200%推薦用量的芐嘧磺隆和丁草胺32 d后，兩種除草劑殘留量都低于0.20 mg·kg-1。農(nóng)藥在土壤中的消解規(guī)律遵循一級反應(yīng)動力學(xué)方程，芐嘧磺隆的降解反應(yīng)動力學(xué)方程為Ct=C0e-0.053t(Ct為td 時土壤中除草劑殘留濃度，C0為除草劑初始濃度)，丁草胺的降解反應(yīng)動力學(xué)方程為Ct=C0e-0.087t，兩種除草劑的消解速率不受施用量的影響，芐嘧磺隆降解速率常數(shù)為0.053 d-1，丁草胺降解速率常數(shù)為0.087 d-1。

處理組BT1、BT2、BT3土壤中芐嘧磺隆初始含量為0.2、0.4、0.8 mg·kg-1，DT1、DT2、DT3土壤中丁草胺初始含量為0.4、0.8、1.6 mg·kg-1。

在實際農(nóng)田中，由于氣候、土壤性質(zhì)和土壤微生物等條件的變化，兩種除草劑在土壤中的消解速率常數(shù)及半衰期[26]與筆者模擬試驗中預(yù)估的數(shù)值存在差異。KAUR等[28]發(fā)現(xiàn)丁草胺在實際稻田和室內(nèi)模擬實驗條件下的半衰期分別為15.2～19.29和25.94～29.79 d。在室內(nèi)培養(yǎng)條件下土壤中芐嘧磺隆半衰期分別為12.4(第1階段)和35 d(第2階段)，在實際稻田土壤中其半衰期分別為11.8(第1階段)和15.6 d(第2階段)[29]。筆者研究中的模擬試驗條件可能有利于這兩種除草劑的消解，芐嘧磺隆半衰期為13.08 d，丁草胺半衰期為7.94 d，此與前人研究結(jié)果存在差異。

3 結(jié)論

(1) 稻田土壤中芐嘧磺隆和丁草胺殘留量顯著高于麥田土壤中殘留量；不同除草劑在不同區(qū)域殘留特征存在差異，芐嘧磺隆在兩個采樣區(qū)域土壤中的殘留量無顯著性差異，而丁草胺在兩個區(qū)域的殘留量存在顯著性差異。

(2) 研究發(fā)現(xiàn)，部分點位丁草胺施用量較高，導(dǎo)致其在土壤中殘留量高，但稻米和麥粒中未超標(biāo)。

(3) 農(nóng)田土壤中芐嘧磺隆和丁草胺殘留量與土壤有機質(zhì)含量之間呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)性，應(yīng)關(guān)注有機質(zhì)含量低的農(nóng)田土壤中除草劑的殘留問題。