腈菌唑在豇豆及露地土壤中的沉積及消解特性

劉雅楠，李文卓，魏 鵬，曹夢超，趙 穎，王蒙岑，朱國念

(浙江大學農藥與環(huán)境毒理研究所，浙江 杭州 310058)

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腈菌唑在豇豆及露地土壤中的沉積及消解特性

劉雅楠，李文卓，魏 鵬，曹夢超，趙 穎，王蒙岑①，朱國念

(浙江大學農藥與環(huán)境毒理研究所，浙江 杭州 310058)

利用QuEChERS與氣相色譜-串聯(lián)質譜法(GC-MS/MS)建立了腈菌唑在豇豆(Vignaunguiculata)及土壤中的殘留分析方法；并結合田間試驗，研究了腈菌唑在豇豆和露地土壤中的初始沉積及消解特性。結果表明,在0.001～2 mg·kg-1濃度范圍內，腈菌唑的儀器響應值與其濃度呈良好的線性關系，其最小檢出量為8.0×10-12g。豇豆和土壤樣品經(jīng)乙腈提取后采用弗羅里硅土小柱凈化，GC-MS/MS測定；當豇豆和土壤空白樣品基質中腈菌唑添加量為0.05～2 mg·kg-1時，平均回收率為86.6%～105.4%，相對標準偏差為3.0%～7.0%。方法的準確度、精密度和靈敏度可滿足豇豆及土壤中腈菌唑的殘留檢測要求。田間試驗結果發(fā)現(xiàn)，腈菌唑在豇豆中的殘留初始沉積量差異不顯著，在土壤中的殘留初始沉積量稍有差異，在豇豆和土壤中的消解半衰期分別為3.1～4.3和10.5～12.1 d，豇豆的生長稀釋和降雨是導致其在不同地區(qū)消解速率存在差異的主要因素。

腈菌唑；豇豆；土壤；殘留；初始沉積；消解動態(tài)

腈菌唑(myclobutanil),化學名稱為2-(4-氯苯基)-2-(1H,1,2,4-三唑-1-甲基)己腈,是由美國羅門哈斯公司開發(fā)的一種高效、低毒、殺菌譜廣的三唑類殺菌劑[1],作用方式為抑制病原菌麥角甾醇的生物合成[1-2],對子囊菌、擔子菌等引起的白粉病、銹病、黑星病、灰斑病、褐斑病具有較好的防治效果[3]。腈菌唑化學結構式見圖1。

腈菌唑近年來被廣泛用于豇豆(Vignaunguiculata)等作物[4-6],但其所引起的生態(tài)風險仍不明確。目前,關于腈菌唑在不同作物中的殘留分析方法有一定報道。如崔淑華等[1]用乙腈作為提取溶劑,采用氣相色譜-串聯(lián)質譜(GS-MS/MS)測定大蒜中的腈菌唑殘留;樓正云等[7]采用乙腈提取、氣相色譜-電子捕獲檢測器(GC-ECD)檢測黃瓜和土壤中的腈菌唑殘留;施翠娥等[8]采用二氯甲烷萃取,中性氧化鋁柱凈化,GC-ECD測定梨中的腈菌唑殘留;韓丙軍等[9]采用氣相色譜-氮磷檢測器(GC-NPD)測定香蕉中的腈菌唑殘留;沈偉健等[10]采用固相萃取凈化、GC-MS/MS測定了腈菌唑等12種三唑類殺菌劑在大豆和玉米中的殘留;WANG等[11]采用弗羅里硅土小柱凈化、GC-ECD測定煙草和土壤中的腈菌唑殘留;LIU等[12]采用Sep-Pak固相提取柱凈化、氣相色譜-離子阱質譜(GC-ITMS)測定小麥和土壤中的腈菌唑殘留。但對腈菌唑在豇豆作物上的殘留消解特性及生態(tài)風險尚鮮見報道。

圖1 腈菌唑的化學結構式

筆者利用QuEChERS(Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe)萃取豇豆和土壤樣品,用弗羅里硅土小柱凈化,GS-MS/MS分析,建立豇豆及其土壤中腈菌唑殘留快速、靈敏、準確的分析方法,并選擇南方豇豆主產(chǎn)地——浙江、福建開展田間試驗,闡明腈菌唑在豇豆生態(tài)系統(tǒng)中的殘留沉積和消解特性,為評估使用腈菌唑的農產(chǎn)品質量安全與生態(tài)風險提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

腈菌唑標準品(w=98.3%)購于國家標準物質中心,供試藥劑為w=40%的可濕性粉劑(美國陶氏益農公司)。

田間試驗地為浙江省諸暨市江藻鎮(zhèn)和福建省廈門市灌口鎮(zhèn)豇豆露地大田。浙江省諸暨市地處浙中內陸,屬亞熱帶季風氣候區(qū),四季分明,光照充足,雨水豐沛,年溫差大于同緯度鄰縣,為典型的丘陵山地氣候。年平均氣溫為16.3 ℃,年降水量為1 373 mm,年均降水日為158.3 d,相對濕度82%,年均日照時數(shù)為1 887.6 h,年日照百分率為45%。試驗地土壤類型以丘陵山地紅壤為主,pH值為6.5,有機質含量w約為1.5%。豇豆品種為芝豇。

福建省廈門市屬亞熱帶海洋性氣候區(qū),溫和多雨,夏無酷暑,冬無嚴寒,全年平均氣溫為21 ℃,年平均降水量約為1 100 mm。年平均氣溫為 20.6 ℃,年降水量為1 315 mm,3—9月為春夏多雨濕潤季節(jié),相對濕度為78%,年均日照時數(shù)為1 953 h。試驗點土壤類型為砂質紅壤,pH值為6.0,有機質含量w約為2.1%。豇豆品種為矮豇豆。

1.2 儀器設備與試劑

Agilent Technologies 7 000C GC Triple Quad(美國Agilent Technologies公司);色譜柱HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm,美國Agilent Technologies公司);Bond Elut-Fl (弗羅里硅土)小柱(200 mg,3 mL)(Agilent Technologies);N-EVAP 11氮吹儀(蘇州爾立公司);250 mL離心瓶、250 mL錐形瓶、具塞量筒、三角漏斗、容量瓶、刻度試管、電子天平等實驗室常用儀器設備。載氣為氦氣(φ=99.999%),碰撞氣為氮氣(φ=99.999%);重蒸水;乙腈、氯化鈉、硫酸鎂、乙酸乙酯等均為分析純。

1.3 田間試驗

為探明腈菌唑在豇豆上的殘留沉積及消解特性,參照NY/T 788—2004《農藥殘留試驗準則》[13]和《農藥登記殘留田間試驗標準操作規(guī)程》[14]的要求設計試驗小區(qū)。每個小區(qū)面積30 m2,小區(qū)間設保護行,各重復3次。于豇豆結莢初期施藥,制劑用量為450 g·hm-2,施藥后分別于0(2 h)、1、3、5、7、10、14、21、28 d采樣。浙江點施藥時間為2014年8月21日,福建點施藥時間為2014年8月4日。

豇豆樣本的采集:在小區(qū)內隨機選擇10個點,采集豇豆架上、中、下不同部位無病害豇豆莢1 kg,將豇豆莢剪成小段,搗碎混勻,四分法取250 g裝入樣本容器中,貼好標簽,于-20 ℃冰柜中保存。

土壤樣本的采集:隨機取點10個,用取土器采集0～10 cm的土壤1～2 kg,除去土壤中的碎石、雜草和植物根莖等雜物,混勻后采用四分法留樣250 g,裝入樣本容器中,貼好標簽,于-20 ℃冰柜中保存。

另設空白對照,施用與藥液同等體積的清水。

1.4 分析方法

1.4.1 QuEChERS萃取

稱取豇豆(土壤)樣品20 g于250 mL離心瓶中,加入20 mL去離子水,靜置15 min,再加入50 mL乙腈,勻漿2 min(土壤為振蕩30 min),過濾至具塞量筒,加6 g氯化鈉和8 g硫酸鎂振搖2 min,靜置2 h,吸取上清液5 mL,用旋轉蒸發(fā)儀減壓濃縮近干,氮氣吹干后,用乙酸乙酯定容至2 mL,待凈化。

1.4.2 弗羅里硅土小柱凈化

采用5 mLV(乙酸乙酯)∶V(正己烷)=1∶9的混合液預淋洗弗羅里硅土小柱,棄去;將1.4.1節(jié)所述的樣品待凈化液上柱,并用2 mLV(乙酸乙酯)∶V(正己烷)=1∶1的混合液淋洗3次,收集全部淋出液于10 mL試管中。氮氣吹干后,用2 mL乙酸乙酯定容,過0.22 μm孔徑有機膜,待測。

1.4.3 GC-MS/MS分析

進樣口溫度:260 ℃;柱溫:初始溫度80 ℃,保持1 min,以30 ℃·min-1升溫至200 ℃,保持1 min,以15 ℃·min-1升溫至260 ℃,保持6 min;進樣量:1 μL,不分流進樣,載氣為氦氣,流速2.25 mL·min-1;離子源溫度230 ℃,MSD傳輸線溫度250 ℃;猝滅氣體為氦氣,流速1.5 mL·min-1,碰撞氣為氮氣,流速1.0 mL·min-1。選取質荷比為152m/Z的產(chǎn)物離子為定量離子,質荷比為152和125m/Z的產(chǎn)物離子為定性離子對,如表1所示。此條件下,腈菌唑的保留時間為9.510 min。

表1 質譜多重反應監(jiān)測參數(shù)

Table 1 MRM parameters used in study

保留時間/min前級離子質荷比(m/Z)產(chǎn)物離子質荷比(m/Z)駐留時間/ms碰撞能量/eV9.51017915210059.51017912510010

1.5 標準曲線的繪制

將1 g·L-1腈菌唑標準溶液分別稀釋配制為0.1、1.0、5.0、10.0、20.0 mg·L-1系列標準溶液,再分別用豇豆和土壤空白樣品提取液稀釋。具體稀釋步驟為:取上述標準工作液1 mL于10 mL容量瓶中,分別用豇豆和土壤空白樣品提取液定容,即得到質量濃度分別為0.01、0.1、0.5、1.0和2.0 mg·L-1的標準工作溶液,在上述GC-MS/MS條件下進行測定,采用外標法定量,以進樣濃度為x軸、響應值為y軸,得到腈菌唑的標準工作曲線。

2 結果與分析

2.1 工作曲線與最小檢出量

在優(yōu)化后的分析條件下,腈菌唑的保留時間為9.510 min,在0.01～2.0 mg·L-1范圍內腈菌唑的儀器響應值(y)與濃度(x)呈良好的線性關系,其中以豇豆提取液作為基質溶液時,標準工作曲線的線性方程為y=23 084x+391.9,R2=0.999 6;以土壤提取液作為基質溶液時,標準工作曲線的線性方程為y=23 966x-54.87,R2=0.998 7。利用10倍信噪比計算得出儀器的最小檢出量為8.0×10-12g。

2.2 方法的準確度與精密度

分別取豇豆和土壤的空白樣品,添加5.0、50.0、200.0 mg·kg-1腈菌唑標準溶液進行回收率實驗,每個濃度處理重復5次。腈菌唑前級離子和產(chǎn)物離子質譜圖見圖2。腈菌唑在豇豆和土壤中的添加回收率見表2。結果顯示,豇豆樣品中添加量為0.05～2.0 mg·kg-1時,腈菌唑回收率為86.6%～97.2%,相對標準偏差為3.0%～7.0%;土壤樣品基質中添加量為0.05～2.0 mg·kg-1時,腈菌唑回收率為104.5%～105.2%,相對標準偏差為3.1%～5.5%。說明該方法的準確度和精密度均較好,符合農藥殘留檢測要求。

圖2 腈菌唑前級離子和產(chǎn)物離子質譜圖

表2 腈菌唑在豇豆和土壤中的添加回收率及相對標準偏差

Table 2 Recovery rate and relative standard deviation of myclobutanil in cowpea and soil relative to concentration of the substance

樣品添加水平/(mg·kg-1)平均回收率/%相對標準偏差/%豇豆0.0597.27.00.592.83.22.086.63.0土壤0.05104.55.50.5105.43.12.0105.23.4

2.3 殘留初始沉積和消解動態(tài)

施藥后0 d(2 h)采樣分析發(fā)現(xiàn)腈菌唑在兩地豇豆中的殘留初始沉積量無明顯差異,土壤中的殘留初始沉積量稍有差異?；貧w分析結果表明,腈菌唑在豇豆生態(tài)系統(tǒng)中的消解動態(tài)符合一級動力學方程(圖3～4),消解動力學參數(shù)見表3。腈菌唑在浙江和福建2地豇豆和土壤中的消解半衰期分別為3.1～4.3 和10.5～12.1 d。

圖3 腈菌唑在豇豆中的消解動態(tài)

圖4 腈菌唑在土壤中的消解動態(tài)

3 討論

腈菌唑在不同植物樣品基質中的凈化方法已有一定報道,如韓丙軍等[9]在提取香蕉中的腈菌唑時用乙腈提取、溶劑置換法凈化,譚龍波[15]和陳麗萍等[16]采用氧化鋁小柱凈化辣椒和毛豆樣品。張志恒等[17]則發(fā)現(xiàn)在分析草莓樣品時未采取凈化手段也不會對目標物的分析造成干擾。筆者在研究中發(fā)現(xiàn)豇豆樣品的基質干擾相對較大,采用已有報道的凈化手段效果并不理想。因此,筆者探討了弗羅里硅土小柱、十八烷基固相萃取柱(Cleaner C18-SPE，Agela Technologies)、N-丙基乙二胺(PSA,Agela Technologies)對豇豆樣品的凈化效果。結果表明,C18-SPE小柱對腈菌唑的吸附能力較強,利用較強的洗脫液將腈菌唑洗脫的同時也洗脫了大量雜質;PSA雖然有較好的去除色素干擾的效果,但由于其對腈菌唑具有一定的吸附性,造成其添加回收率較低;而在采用弗羅里硅土小柱凈化時,不僅凈化效果好,添加回收率也較高,故采用弗羅里硅土小柱凈化樣品。

表3 腈菌唑在豇豆和土壤中的消解動力學方程

Table 3 Degradation dynamic equations of myclobutanil in cowpea and soil

樣品試驗地點動力學方程決定系數(shù)R2半衰期/d豇豆浙江Ct=0.5289e-0.227t0.95743.1福建Ct=0.6135e-0.162t0.96464.3土壤浙江Ct=0.8393e-0.066t0.911010.5福建Ct=0.5105e-0.057t0.854312.1

Ct為農藥殘留量，mg·kg-1;t為消解時間，d。

腈菌唑在兩地豇豆中的初始沉積量差異不明顯,而在兩地土壤中的沉積量具有一定差異,原因在于藥劑未直接施用于土壤表面,而兩地豇豆植株的葉面積指數(shù)存在一定差異,導致腈菌唑在土壤中初始沉積量的不同。此外,腈菌唑在豇豆中的消解半衰期明顯短于其在土壤中的消解半衰期。這可能是由于在露地條件下,降雨會將一部分沉積于豇豆表面的腈菌唑殘留沖刷至土壤;其次,光照和葉面微生物群落等非生物和生物因素的共同作用也加速了其在豇豆上的殘留降解;另外,腈菌唑具有內吸性,藥液被植物吸收后傳導至豇豆植株其他部位,豇豆的生長稀釋作用對豇豆中腈菌唑殘留的消解也會起到促進作用。而沉積于土壤中的腈菌唑殘留不僅受土壤中微生物降解,還會受淋溶和吸附作用等影響[18],但豇豆土壤細菌群落的多樣性(16S-rRNA gene指紋圖譜比對,未發(fā)表數(shù)據(jù))低于豇豆植株表面及內生細菌的多樣性,且土壤中光解作用明顯較弱,這可能是導致土壤中腈菌唑殘留期相對較長的原因。

樓正云等[7]研究發(fā)現(xiàn)腈菌唑在黃瓜及其土壤中的半衰期分別為2.5～2.7和14.1～14.3 d;楊淑娟等[19]研究發(fā)現(xiàn)腈菌唑在菜用大豆和豌豆中的半衰期為3.2～3.6 d。筆者發(fā)現(xiàn),腈菌唑在豇豆和土壤中的消解半衰期分別為3.1～4.3 和10.5～12.1 d,與之前報道的其他蔬菜作物對比,半衰期的差異并不顯著,說明其在不同作物上消解速率差異不顯著,總體消解較快。

進一步對比浙江諸暨和福建廈門2個試驗點的結果,可以發(fā)現(xiàn)腈菌唑在浙江諸暨點的消解半衰期較福建廈門點短。浙江點試驗周期為2014年8月21日—2014年9月18日,福建點試驗周期為2014年8月4日—2014年9月1日,查詢試驗期間兩地天氣數(shù)據(jù)(http:∥lishi.tianqi.com/),發(fā)現(xiàn)浙江消解試驗中降雨時間為23 d,福建消解試驗中降雨時間為10 d,據(jù)此推測,浙江點腈菌唑消解速率應明顯快于福建點,但同時福建地區(qū)日照時間較長,加速了腈菌唑的光解速率,因此浙江點消解半衰期略短于福建點。

4 結論

采用優(yōu)化的QuEChERS萃取、弗羅里硅土小柱凈化、GS-MS/MS檢測,建立了一套腈菌唑在豇豆樣品和土壤樣品中的殘留分析方法。該方法回收率高,重現(xiàn)性好,對檢測其他豆類蔬菜中的腈菌唑殘留具有參考價值。研究發(fā)現(xiàn),不同田間環(huán)境引起腈菌唑消解速率差異的主要因素為生長稀釋作用和降雨、光照等環(huán)境因子。此外,田間試驗表明腈菌唑在豇豆和土壤中消解較快,半衰期分別為3.1～4.3 和10.5～12.1 d,該結果為進一步評估腈菌唑使用的農產(chǎn)品安全與生態(tài)風險提供了重要的理論依據(jù)。

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(責任編輯： 許 素)

Deposition and Degradation of Myclobutanil in Cowpea and Open Field.

LIU Ya-nan, LI Wen-zhuo, WEI Peng, CAO Meng-chao, ZHAO Ying, WANG Meng-cen, ZHU Guo-nian

(Institute of Pesticide and Environmental Toxicology, Zhejiang University， Hangzhou 310058, China)

An analytical method using QuEChERS extraction and GC-MS/MS (gas chromatography coupled with tandem mass spectrometry)was established for analysis of myclobutanil residues in cowpea and soil of the field, and initial deposition and degradation dynamics of myclobutanil in cowpea and soil of the field was also investigated in a field experiment. Results show that response value of the instrument was in linear relationship with concentration of myclobutanil in the range of 0.001-2 mg·kg-1, and LOD of the instrument was 8×10-12g. Myclobutanilin cowpea and soil samples were extracted with acetonitrile, purified with SPE Bond Elut-Fl columns and determined with GC-MS/MS. When myclobutanil content in the cowpea and soil samples was in the range between 0.05-2 mg·kg-1, the mean recovery rate reached 86.6%-105.4% with relative standard deviation being 3.0%-7.0%, which means the method satisfies the requirements for detection of myclobutanil residue in cowpea and soil in accuracy, precision and sensitivity. The field experiment shows that the deposition of myclobutanil in cowpea in the initial phase was not significant and differed slightly from that in the soil. The half-life of the substance in cowpea and soil ranged of 3.1-4.3 and 10.5-12.1 d and the growth-dilution effect of cowpea and precipitation are two dominant factors leading to variation of degradation rate of the substance in different regions.

myclobutanil;cowpea;soil;residue;initial deposition;degradation dynamics

2015-11-13

農業(yè)部農藥登記殘留試驗項目(2013F161)；中央高校基本科研業(yè)務費專項(517302-172210151)

X592

A

1673-4831(2016)05-0832-05

10.11934/j.issn.1673-4831.2016.05.022

劉雅楠 (1990—),女,內蒙古呼和浩特人,碩士生,主要研究方向為農藥殘留與膳食風險評估。E-mail: liuyanan@zju.edu.cn

① 通信作者E-mail: wmctz@zju.edu.cn