除草劑草銨膦在土壤中遷移及表面光解行為

胡秀卿，平立鳳，蔡曉明，何紅梅，張春榮，趙 華

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所浙江省植物有害生物防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 杭州 310021)

草銨膦(Glufosinate-ammonium)是在我國使用較廣泛的非選擇性除草劑，化學(xué)名稱為 4-［羥基(甲基)膦?；?DL-高丙氨酸銨鹽，主要用于果園、葡萄園、非耕地、馬鈴薯田等田間雜草的防治［1－2］。草銨膦是 L-谷氨酸的膦酸衍生物，它通過對(duì)谷酰胺合成酶(GS)不可逆抑制及破壞其后GS有關(guān)過程而引起植物死亡［3］。隨著草銨膦使用量的增加，其在土壤環(huán)境殘留問題也引起了廣泛的關(guān)注，然而關(guān)于其在土壤中環(huán)境行為情況未見公開報(bào)道。除草劑在環(huán)境中的消解主要包括揮發(fā)、地表徑流、淋溶、微生物降解、光解、吸附等途徑［4］，而其中土表光解和淋溶性是影響農(nóng)藥消解的兩個(gè)重要指標(biāo)。我們建立了土壤中草銨膦殘留量的檢測(cè)分析方法，并通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)［5］，對(duì)草銨膦在土壤中的淋溶作用及在土壤表面的光解性能進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，以期為該藥劑的安全合理使用及環(huán)境監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試劑、儀器及供試土壤

95%草銨磷原藥，氫氧化鉀、磷酸二氫鉀、四硼酸鈉、磷酸、氯甲酸-9-芴甲酯(FMOC)均為分析純，乙腈為色譜級(jí)，重蒸水(重蒸餾，過0.22 μm濾膜)。

液相色譜儀(Waters 2695/2475)、XT5409-XPC 80型氙燈光解恒溫試驗(yàn)箱、ZDS-10型照度計(jì)、ZQJ-254型紫外線檢測(cè)儀。

供試的潮土、紅土和水稻土分別采自浙江的蕭山、衢州和金華，土樣經(jīng)風(fēng)干，過2 mm篩，室溫下保存?zhèn)溆谩９┰囃寥乐饕砘再|(zhì)見表1。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)

1.2 草銨膦在土壤表面的光解試驗(yàn)

稱取經(jīng)預(yù)處理的潮土4 g，加適量的水后，將其均勻涂布于30 cm2的玻璃平板上，室溫下陰干，制成土壤薄層板，使土層厚度約為1 mm。共制成相同的土壤薄層板10塊。分別將農(nóng)藥溶液均勻滴加到土壤薄層表面，使土壤中農(nóng)藥濃度為5.0 mg·kg－1，放入具優(yōu)質(zhì)石英玻璃蓋的培養(yǎng)皿中蓋緊，然后將培養(yǎng)皿置于氙燈光解恒溫試驗(yàn)箱中進(jìn)行光解試驗(yàn)。設(shè)置光強(qiáng)6 500～7 050 lx，紫外強(qiáng)度25.5 μW·cm－2，試驗(yàn)溫度為(25±2)℃。另設(shè)黑暗條件下的對(duì)照試驗(yàn)。光解試驗(yàn)期內(nèi)隔離其他光源，以減少對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

在試驗(yàn)開始后 1，3，5，7，9，12，24，72，120，168 h各取1塊土壤薄層板，檢測(cè)土樣中草銨膦濃度的變化，并記錄光照強(qiáng)度和紫外強(qiáng)度。

1.3 草銨膦在土壤中的淋溶試驗(yàn)

稱10 g(0.01 g)過0.25 mm篩的土壤(潮土、紅土、水稻土)于燒杯中加水(約7.5 mL)攪拌，直至成均勻的泥漿狀，用玻璃棒將泥漿均勻涂布于層析玻璃板上，土層厚度隨土質(zhì)的粗細(xì)程度不同，控制在0.5～1.0 mm之間。在溫度為(23±5)℃條件下，涂布好的土壤薄板晾干后，于薄板底部中心1.5 cm處點(diǎn)上藥液，點(diǎn)藥量為5.0 μg，待溶劑揮發(fā)后，放在裝有純水的層析槽(液面高度0.5 cm)中展開，至展開劑到達(dá)薄板13.5 cm處停止，然后晾干。將薄板上的土壤按等距離分成六段，分別測(cè)定各段土壤中的農(nóng)藥含量及其在薄板上的分布。

1.4 草銨膦在土壤中的殘留檢測(cè)方法

稱土壤樣品約4 g到100 mL錐形瓶中，加入0.6 mol·L－1KOH 水溶 液 10 mL，振蕩 提 取30 min，移入 50 mL 離心瓶，10 000 r·min－1離心10 min，轉(zhuǎn)移水層至100 mL具塞量筒。沉淀加入0.6 mol·L－1KOH水溶液10 mL，充分振蕩30 min后，按上述同樣條件離心分離，合并水層，調(diào)pH至近中性，去離子水準(zhǔn)確定容至50 mL。取上清液1 mL，依次加入1 mL 0.1 mol·L－1四硼酸鈉水溶液和2 mL 0.1%氯甲酸芴甲酯丙酮溶液振蕩2 min后靜置20 min。轉(zhuǎn)移至10 mL刻度試管，加6 mL乙酸乙酯，振蕩1 min后靜置20 min，取水相檢測(cè)。

液譜操作條件:色譜柱為Phenosphere SAX(80A，250 mm ×4.6 mm，5 μm)，檢測(cè)器為熒光檢測(cè)器，激發(fā)波長為254 nm，發(fā)射波長為315 nm，柱溫為50℃，流動(dòng)相為0.1 mol·L－1磷酸二氫鉀溶液:0.1 mol·L－1磷酸水溶液∶水∶乙腈(2∶12.5∶35.5∶50)，流速為1.5 mL· min－1，進(jìn)樣量為20 μL，相對(duì)保留時(shí)間為3.56 min。

在上述樣品處理及色譜條件下，草銨膦儀器最小檢出量為0.2 ng，在土壤中的最低檢出濃度為0.2 mg·kg－1。在無草銨膦殘留的空白土壤中分別添加不同濃度的草銨膦標(biāo)準(zhǔn)溶液，按前述方法進(jìn)行殘留量分析，其添加回收率為83%～102%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.2%～4.6%，符合農(nóng)藥殘留分析的要求(表2)。

表2 草銨膦在土壤中的添加回收率

2 結(jié)果與分析

2.1 草銨膦在土壤表面的光解行為

本試驗(yàn)使用氙燈光解恒溫試驗(yàn)箱來研究草銨膦原藥的土表光解特性，結(jié)果如圖1所示。

圖1 草銨膦在土壤表面的光解曲線

由圖1可知，在(25±2)℃、光強(qiáng) 6 500～7 050 lx，紫外強(qiáng)度25.5 μW·cm－2條件下，光照反應(yīng)7 d，草銨膦在土壤中濃度發(fā)生變化很小，光解緩慢，僅降解7.5%，而在黑暗條件下草銨膦在土壤降解7 d后，也降解了7.6%，兩者間無顯著差異，這結(jié)果表明草銨膦在土表幾乎不發(fā)生光解作用，屬土壤表面難光降解的農(nóng)藥品種。

2.2 草銨膦在不同土壤中的淋溶行為比較

評(píng)價(jià)化學(xué)農(nóng)藥在土壤中的淋溶特性，通常有土壤薄層層析法和土柱淋溶法兩種方法。本試驗(yàn)采用了土壤薄層層析法來評(píng)價(jià)草銨磷在3種土壤(潮土、紅土、水稻土)中的淋溶行為，以期為草銨膦對(duì)土壤環(huán)境以及對(duì)地下水的污染影響提供支撐數(shù)據(jù)。按照1.3進(jìn)行草銨膦在3種土壤薄層上的移動(dòng)性試驗(yàn)，根據(jù)1.4進(jìn)行土壤中草銨磷含量的測(cè)定，結(jié)果如圖2所示。

圖2 草銨膦在3種土壤中的移動(dòng)

當(dāng)水展開至土壤薄板13.5 cm處時(shí)，草銨磷濃度最大值位置分別在:潮土為10～12 cm處，水稻土為2～4 cm處，紅土在0～2 cm處。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算Rf值(Rf=原點(diǎn)至色譜斑點(diǎn)中心的距離/原點(diǎn)至展開劑前沿的距離)，草銨磷在潮土、水稻土、紅土中的Rf值分別為0.92，0.16，0.083，根據(jù)我國關(guān)于農(nóng)藥淋溶性劃分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，草銨磷在潮土中屬極易移動(dòng)(I級(jí))，在水稻土中屬不易移動(dòng)(IV級(jí))，紅土中屬不移動(dòng)(V級(jí))。

3 小結(jié)和討論

土壤是自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是除草劑最主要的歸屬場(chǎng)所。除草劑直接施用于土壤，其在土壤中的環(huán)境行為，將影響其藥效的發(fā)揮以及對(duì)環(huán)境的污染程度。草銨膦是我國使用比較廣泛的除草劑，對(duì)環(huán)境和生物引起的負(fù)面影響已漸漸引起人們的關(guān)注，但有關(guān)草銨膦的環(huán)境行為研究尚不夠深入。在本實(shí)驗(yàn)中草銨磷在紫外光照條件下降解十分緩慢，在光解7 d后與黑暗對(duì)照中殘留量幾乎一致，說明其在土壤表面幾乎不光解。而草銨膦在3種土壤中移動(dòng)性能差異較大，結(jié)合土壤理化性質(zhì)分析，淋溶性能的差異可能主要與土壤陽離子交換量及pH值有關(guān)。在陽離子交換量小和偏堿性的土壤中，土壤對(duì)草銨膦的吸附性較弱，易淋溶至土壤下層。紅土和水稻土呈偏酸性，而草銨磷常以鹽的形式存在并使用，易與其產(chǎn)生結(jié)合殘留，從而難被水淋溶。然而潮土呈偏堿性且陽離子交換量小，同時(shí)由于草銨磷水溶性強(qiáng)，所以很容易被淋溶進(jìn)入下層土壤。因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中在陽離子交換容量小和偏堿性的土壤中長期施用草銨磷時(shí)，要避免在施藥后立即灌溉，否則易造成對(duì)地下水的污染。

［1］張宏軍，劉學(xué)，張佳，等．草銨膦的作用機(jī)理及應(yīng)用［J］．農(nóng)藥科學(xué)與管理，2004，25(4):23－27.

［2］俞傳明，劉宣淦．草銨膦的合成［J］．農(nóng)藥，2001，40(4):15.

［3］Nolte S A，Young B G，Mungur R，et al．The glutamate dehydrogenase gene gdhA increased the resistance of tobacco to glufosinate［J］．Weed Research，2004，44:335－339.

［4］蘇少泉．除草劑在土壤中的降解與使用［J］．現(xiàn)代農(nóng)藥，2004，3(1):5－8.

［5］黃國強(qiáng)，李凌，李鑫鋼．農(nóng)藥在土壤中遷移轉(zhuǎn)化及模型方法研究進(jìn)展［J］．農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，2002，21(4):375－377.