二氯喹啉酸在不同土壤中的降解規(guī)律及其影響因子

張 倩，郭 偉，宋 超，管志坤，王金亮，牟 山，王 剛，李義強(qiáng)*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，國家煙草專賣局病蟲害監(jiān)控與綜防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266101；2.吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，吉林 延吉 133000；3.山東青島煙草有限公司，青島 266000；4.青島市農(nóng)業(yè)委員會(huì)，青島 266000；5.中國煙葉公司，北京 100055）

二氯喹啉酸（quinclorac）是德國 BASF公司1984年開發(fā)的一種激素型喹啉羧酸類除草劑，主要用于防治農(nóng)田及草坪中稗草、馬唐等單子葉雜草，對(duì)部分闊葉雜草也具有一定抑制作用。二氯喹啉酸藥效好，價(jià)格便宜，是我國防除水稻田大齡稗草及其他雜草的特效除草劑，在生產(chǎn)中使用較普遍[1-3]。隨著二氯喹啉酸的廣泛使用，二氯喹啉酸藥害給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了一系列環(huán)境污染等問題。最直接危害是導(dǎo)致作物產(chǎn)生藥害，特別是土壤中殘留的二氯喹啉酸對(duì)后茬雙子葉作物煙草[4-6]、番茄[7-8]、黃瓜[9]等造成藥害，且發(fā)生區(qū)域和危害程度呈加重趨勢(shì)。尤其是我國南方煙稻輪作模式的普及，嚴(yán)重影響煙葉產(chǎn)質(zhì)量，給煙草生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，已引起煙草學(xué)界的高度關(guān)注[10-12]。通過研究二氯喹啉酸在不同土壤環(huán)境中的殘留降解規(guī)律，探討不同環(huán)境因子（溫度、濕度、pH等）對(duì)其降解的影響，以便采取有效措施，消除二氯喹啉酸對(duì)后茬作物的危害和降低農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染，為進(jìn)一步評(píng)價(jià)其在土壤生態(tài)環(huán)境中的持效性和污染治理提供依據(jù)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)土壤及理化性質(zhì)

試驗(yàn)于2012年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所進(jìn)行，供試土壤樣品為取自不同煙葉產(chǎn)區(qū)的植煙土壤，包括湖南瀏陽的河潮土、四川西昌的水稻土、云南騰沖的紅壤和山東即墨的棕壤等4種類型，土壤取樣深度為0～15 cm耕層，取樣后去除石塊、植物根和其他植株殘?bào)w等雜物，室溫風(fēng)干，研磨后過2 mm篩。土壤樣品的高效液相色譜檢測(cè)結(jié)果顯示，4種土壤中都不含有二氯喹啉酸。供試土壤部分理化性狀數(shù)據(jù)見表1。

表1 供試土壤基本性狀Table1 Chemical and physical properties of soils tested

1.2 儀器與試劑

1.2.1 主要儀器 Waters 2695液相色譜儀-紫外檢測(cè)器（HPLC-UV，美國 Waters公司）；Advantage系列旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（德國Heidolph公司），BLUD PARD WSZ-200A回旋式振蕩器（上海一恒科技有限公司）；TD5A-WS多管架自動(dòng)平衡離心機(jī)（上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司）；RSQ-60 AS超聲波震蕩機(jī)（寧波榮順科技儀器廠）；RXZ-380B人工培養(yǎng)箱（江南寧波儀器廠）。

1.2.2 試劑 50%二氯喹啉酸可濕性粉劑，江蘇富田農(nóng)化有限公司生產(chǎn)。二氯喹啉酸標(biāo)準(zhǔn)品（純度98.1%）由德國Dr.Ehrenstorfer GmbH公司購買。甲醇為色譜純，其余試劑均為分析純。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤類型對(duì)二氯喹啉酸降解的影響試驗(yàn) 分別稱取山東、湖南、四川、云南 4種土壤10 kg，稱取50%二氯喹啉酸可濕性粉劑10 g，加適量水稀釋后，用AGROLEX HD400型噴霧器在土壤表面均勻噴施，混合均勻，土壤中農(nóng)藥原始添加濃度約為0.5 mg/kg，調(diào)節(jié)土壤相對(duì)含水量為25%左右，裝入陶瓷盆內(nèi)，盆口覆蓋塑料薄膜以保持土壤含水量，在薄膜上用針刺適量小洞，以便透氣。置于溫度為 25 ℃的人工氣候箱中培養(yǎng)，間隔 5 d加適量水以保持土壤濕度基本恒定。分別于1 h及1、3、5、7、14、21、28、35、42、60 d 取土樣，每次取樣200 g，檢測(cè)土壤中二氯喹啉酸殘留量，重復(fù)3次。

1.3.2 土壤pH對(duì)二氯喹啉酸降解的影響試驗(yàn) 稱取10 kg山東棕壤3份，分別向其中添加適量硫酸溶液或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)土壤pH[13]，使pH分別為5.0、7.0、9.0，放于陰涼處，連續(xù)3 d用酸度計(jì)檢測(cè)并修正到所需pH。其他操作同1.3.1。

1.3.3 土壤含水量對(duì)二氯喹啉酸降解的影響試驗(yàn)稱取10 kg山東棕壤3份，按照土壤濃度0.5 mg/kg添加適量二氯喹啉酸，添加后檢測(cè)并計(jì)算實(shí)際含量，用去離子水調(diào)節(jié)土壤相對(duì)含水量分別約為20%、40%、80%。其他同1.3.1。

1.3.4 溫度對(duì)二氯喹啉酸降解的影響試驗(yàn) 稱取10 kg山東棕壤3份，按照土壤濃度0.5 mg/kg添加二氯喹啉酸，添加后檢測(cè)并計(jì)算實(shí)際含量，分別置于15、25、35 ℃的人工氣候箱中，整個(gè)試驗(yàn)過程保持土壤相對(duì)含水量為25%左右。其他同1.3.1。

1.4 二氯喹啉酸檢測(cè)

1.4.1 提取 準(zhǔn)確稱取20.0 g土壤樣品，置于磨口三角瓶中，加60 mL甲醇/0.01%磷酸水溶液（3∶1，V/V），回旋式振蕩器提取1 h后，將提取液轉(zhuǎn)移至50 mL離心管中，4000 r/min離心5 min，濾紙過濾，取上清液30 mL，過0.22 μm濾膜，待測(cè)定。

1.4.2 檢測(cè) 儀器條件：高效液相色譜儀-紫外檢測(cè)器（HPLC-UV），色譜柱：Waters Sun FireTM-C18，5.0 μm，4.6 mm×250 mm。流動(dòng)相：甲醇/0.01%磷酸水溶液（3∶1，V/V），流速0.6 mL/min進(jìn)樣量10 μL，柱溫30 ℃，檢測(cè)波長為240 nm。二氯喹啉酸特征峰響應(yīng)時(shí)間6.07 min。

2 結(jié) 果

2.1 檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)曲線和精確度試驗(yàn)

用二氯喹啉酸標(biāo)準(zhǔn)品配成100 mg/L的二氯喹啉酸母液，用甲醇逐級(jí)稀釋為5個(gè)濃度梯度：0.05、0.1、0.5、1.0、5.0、10.0 mg/L。按照本試驗(yàn)確定的檢測(cè)方法，測(cè)定峰面積。橫坐標(biāo)代表進(jìn)樣量，縱坐標(biāo)代表峰面積，繪制殘留量標(biāo)準(zhǔn)曲線，殘留回歸方程：Y＝125676X－2813.4，R2＝0.9999，其中 Y為峰面積，X為農(nóng)藥殘留量（mg/kg）。

在空白土壤樣品中，添加3個(gè)濃度（0.01、0.1、1 mg/L）的二氯喹啉酸，按照上述方法進(jìn)行添加回收率試驗(yàn)，每濃度5個(gè)重復(fù)。表2結(jié)果顯示，3個(gè)濃度水平的平均添加回收率分別為 89.86%、93.76%、95.64%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于4%，本試驗(yàn)采用的檢測(cè)方法符合農(nóng)藥殘留檢測(cè)要求。二氯喹啉酸的色譜圖見圖1。

表2 二氯喹啉酸在土壤中的添加回收率Table2 Average recovery of quinclorac in soil samples added at different levels

圖1 二氯喹啉酸液相色譜圖Fig.1 Typical HPLC chromatograms of quinclorac

2.2 二氯喹啉酸在不同土壤類型中的降解

二氯喹啉酸在不同土壤中的消解動(dòng)態(tài)結(jié)果見表3。山東、湖南、四川、云南4地土壤中添加二氯喹啉酸的原始添加濃度相差不大，分別為0.475、0.469、0.466、0.489 mg/kg；21 d時(shí)，除四川土壤外，其他3地土壤消解率均超過50%。通過土壤降解動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算出二氯喹啉酸在山東、湖南、四川和云南4種土壤中半衰期分別為26.8、23.9、35.6、32.4 d。

2.3 土壤pH對(duì)二氯喹啉酸降解的影響

由圖2可見，二氯喹啉酸在土壤中降解較緩慢。動(dòng)力學(xué)方程結(jié)果（表 4）表明，土壤中二氯喹啉酸的降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)特征。pH為 5、7、9的土壤中，二氯喹啉酸的半衰期分別為 30.9、22.7、16.6 d；21 d時(shí)二氯喹啉酸的降解率分別為47.44%、60.49%、68.55%；二氯喹啉酸在堿性土壤中降解快于酸性土壤。用 SAS統(tǒng)計(jì)軟件將二氯喹啉酸在 3種不同土壤pH下的半衰期值與土壤pH進(jìn)行回歸分析，得回歸方程為 y＝-3.575x＋48.425，R2＝0.9929。土壤pH與半衰期的數(shù)值呈明顯負(fù)相關(guān)。

2.4 土壤含水量對(duì)二氯喹啉酸降解的影響

從圖3和表5的測(cè)定結(jié)果可以看出，在不同土壤相對(duì)含水量試驗(yàn)中，二氯喹啉酸的降解速率因土壤相對(duì)濕度不同表現(xiàn)出較大差異，降解速率與含水量呈正相關(guān)，隨著含水量增加，半衰期明顯縮短。兩者的回歸方程為y＝-0.2329x＋34.1，R2＝0.8038。相對(duì)含水量為20%、40%、80%土壤中，21 d時(shí)二氯喹啉酸的降解率分別為41.27%、53.06%、62.96%；60 d時(shí)，土壤相對(duì)含水量為80%的二氯喹啉酸降解率超過90%。

表3 二氯喹啉酸在土壤中的殘留消解動(dòng)態(tài)Table3 Residue dynamics of quinclorac in soil

圖2 不同pH土壤對(duì)二氯喹啉酸的殘留動(dòng)態(tài)Fig.2 Residue dynamics of quinclorac in various soil pHs

表4 不同pH土壤中二氯喹啉酸的降解參數(shù)Table4 Dissipation parameters of quinclorac in various soil pHs

表5 二氯喹啉酸在不同土壤含水量中的降解參數(shù)Table5 Dissipation parameters of quinclorac in soils with various soil moisture

圖3 不同含水量土壤中二氯喹啉酸的殘留動(dòng)態(tài)Fig.3 Residue dynamics of quinclorac in soils with various soil moisture

2.5 溫度對(duì)二氯喹啉酸降解的影響

圖4 二氯喹啉酸在不同溫度中的殘留動(dòng)態(tài)Fig.4 Residue dynamics of quinclorac in soils with different temperatures

表6 二氯喹啉酸在不同溫度中的降解參數(shù)Table6 Dissipation parameters of quinclorac in different temperature

從圖4和表6的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，溫度和二氯喹啉酸降解呈正相關(guān)，隨著溫度升高，不同處理土壤中二氯喹啉酸的降解速率也明顯增加。在15、25、35 ℃時(shí)，二氯喹啉酸在土壤中的降解速率常數(shù)分別為0.016、0.0264、0.0329。二氯喹啉酸在3種不同溫度下的半衰期值與溫度的回歸方程為 y＝-1.11x+57.983，R2＝0.9139。即溫度越高，二氯喹啉酸在土壤中的降解半衰期越短，降解越快。

3 討 論

二氯喹啉酸在中性土壤（山東）中的半衰期明顯短于偏酸土壤（四川和云南）。二氯喹啉酸在湖南土中降解最快，這與土壤環(huán)境有密切相關(guān)。陳澤鵬等[14]研究二氯喹啉酸在煙區(qū)土壤中的半衰期為22.04～23.30 d，也有學(xué)者[15-16]研究認(rèn)為二氯喹啉酸在稻田土中降解較快，半衰期只有幾天。這與除草劑降解過程中的土壤性狀、溫濕度等環(huán)境條件有關(guān)。本研究是在室內(nèi)模擬條件下開展的，在溫濕度可控條件下，降解半衰期的差異主要來自于土壤本身，土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量決定了微生物的生長和繁殖狀況，而微生物是農(nóng)藥在土壤中降解的主要因素。陳莉等[17]，朱九生等[18]研究結(jié)果都證明了農(nóng)藥在土壤的降解過程中，微生物參與的生物降解起了主要作用，對(duì)土壤中農(nóng)藥降解速度有顯著影響。

二氯喹啉酸在土壤中的降解速率隨土壤含水量的增加而加快。王靜等[19]研究結(jié)果二氯喹啉酸在煙草水培液中的降解較在土壤中降解稍快，說明含水量高，二氯喹啉酸降解快。一方面由于含水量影響微生物生命活力和代謝作用，土壤高含水量可顯著減弱土壤對(duì)農(nóng)藥的吸附作用，稀釋土壤中農(nóng)藥含量，提高生物活性和生物利用率[20]。另一方面，土壤含水量大小影響土壤中的氧化還原電位和土壤透氣性[21]，從而對(duì)農(nóng)藥化學(xué)降解速率產(chǎn)生較大影響。

二氯喹啉酸在降解過程中，由于溫度升高促進(jìn)水解，農(nóng)藥降解加快。同時(shí)土壤微生物參與了酶催化的生化反應(yīng)，在一定溫度條件下，溫度越高，土壤中農(nóng)藥殘留微生物降解酶的生理活性越強(qiáng)，溫度為酶促反應(yīng)提供了充分的環(huán)境條件，從而對(duì)農(nóng)藥殘留降解轉(zhuǎn)化起到了關(guān)鍵調(diào)控作用。Walker A等[22]研究表明，溫度每變動(dòng) 10 ℃，降解速率相應(yīng)變動(dòng)2.2倍。在溫度為0～50 ℃時(shí)，溫度提高10 ℃，水解速率常數(shù)k值將提高2.5倍[23-24]。

如果按照二氯喹啉酸田間推薦的劑量225～375 g a.i./hm2施用，在土壤0～5 cm表土層形成藥劑處理層，根據(jù)植煙土壤容重1.2 g/cm3計(jì)算[25]，土壤中原始沉積量為0.375～0.625 mg/kg。按照上述半衰期計(jì)算，經(jīng)過 180～301 d，山東棕壤、湖南河潮土、四川水稻土、云南紅壤等4土壤中的二氯喹啉酸殘留量基本可以降解到對(duì)煙草生長無致畸影響的0.002 mg/kg水平[26]，與農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥登記建議的施用過二氯喹啉酸的田里一年后才能種植煙草的結(jié)論基本相符。由于二氯喹啉酸在土壤中的降解與土壤和氣候環(huán)境密切相關(guān)，在煙葉生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)前茬作物種植情況，計(jì)算施用二氯喹啉酸后種植煙草的安全間隔期，防止土壤中殘留的二氯喹啉酸對(duì)煙草產(chǎn)生藥害，影響煙草生長發(fā)育。

4 結(jié) 論

二氯喹啉酸在山東棕壤、湖南河潮土、四川水稻土、云南紅壤等4種不同類型土壤中的降解半衰期分別為26.8、23.9、35.6、32.4 d，在土壤中降解較慢。二氯喹啉酸在土壤中的降解與土壤類型、酸堿度、含水量、溫度等條件有關(guān)，土壤 pH、水分含量和溫度與二氯喹啉酸降解呈正相關(guān)。在煙葉生產(chǎn)中，可采用調(diào)整土壤墑情，改變土壤pH和調(diào)整移栽期改變土壤溫度等措施，適當(dāng)改變煙草生長環(huán)境，降低二氯喹啉酸在土壤中的殘留，減輕對(duì)作物和環(huán)境的影響。

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