高爾夫球場湖水中毒死蜱和溴氰菊酯的殘留分析*

唐少霞, 陳 艷, 賈桂云, 吳 丹

(1. 海南師范大學地理與環(huán)境科學學院， 海南 海口 571158； 2. 海南師范大學化學與化工學院, 海南 海口 571158)

海南島地處熱帶季風氣候區(qū)，年降雨量在1 000～2 500 mm，大部分地區(qū)年平均溫度在23℃～25℃之間，海南冬季平均氣溫在15℃以上，非常適合開展戶外活動。高爾夫運動在海南發(fā)展勢頭迅猛，自1992年?？谂_達高爾夫俱樂部正式對外營業(yè)之后，截止2017年海南省營業(yè)的高爾夫球場多達45個[1]。高爾夫球場草坪和樹木通常占整個球場面積的70%左右，剩余面積由沙坑和水塘構成，而水面占整個球場近30%[2]。為了得到高質(zhì)量的草坪和良好的擊球草坪面，高爾夫球場在種植和養(yǎng)護草坪過程中不可避免地會施用大量的化肥及農(nóng)藥，球場草坪化肥的施用量是農(nóng)業(yè)的3～6倍[3-4]。暴雨季節(jié)，球場人工湖水滿時，只能往外排放，因此球場施用的化肥及農(nóng)藥是否會隨雨水徑流對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響，一直是人們關注的問題。目前對球場草坪養(yǎng)護所產(chǎn)生的影響研究，主要集中在化肥及農(nóng)藥的施用量、灌溉水量[5]，并通過模擬實驗分析化肥農(nóng)藥殘留物流失量[6-8]，分析溫帶地區(qū)及亞熱帶地區(qū)化肥農(nóng)藥的流失量及對周圍水體的影響[9-13]。目前，只有少量研究關注熱帶地區(qū)球場草坪養(yǎng)護對地表水的影響[14]，而建在多雨地區(qū)砂壤土上的球場，由于下滲作用較強，草坪養(yǎng)護時所施用的化肥和農(nóng)藥對環(huán)境及對生物多樣性所產(chǎn)生的危害更大[15]。水環(huán)境污染等問題已經(jīng)嚴重影響到水環(huán)境的安全[16-17]，目前對農(nóng)藥殘留的研究更多的是集中在湖泊水體及水體中的動植物[18-20]。溴氰菊酯和毒死蜱屬于廣譜殺蟲劑，毒死蜱還是殺螨劑，這兩種藥劑在草坪養(yǎng)護過程中被廣泛使用，施用的濃度一般為0.3 mL·m-2，2017年觀瀾湖球場施用的溴氰菊酯和毒死蜱累計量分別為1 155.4 L和789.04 L。由于按國標GB/T5749-2006無法同時檢測水體中的毒死蜱和溴氰菊酯。本研究以海南省海口市北部觀瀾湖南區(qū)五號球場和北區(qū)二號球場球作為研究區(qū)，用優(yōu)化后的固相萃取-氣相色譜法探明球場內(nèi)湖水體中毒死蜱和溴氰菊酯的降解規(guī)律，旨在分析球場草坪施用農(nóng)藥對水體生態(tài)風險的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

觀瀾湖球場位于海口市龍華區(qū)永興鎮(zhèn)玄武巖臺地地區(qū)，球場于2009年開業(yè)，占地2125畝(141.57 hm2)，擁有10個18洞錦標級球場，南區(qū)有3個球場，北區(qū)7個球場，其中南區(qū)五號球場球道面積為15 000 m2，北區(qū)二號球場球道面積22 160.9 m2，采樣地點：五號球場二號洞內(nèi)湖G1和二號球場二號洞內(nèi)湖G2。該球場的本土主要是由火山角礫巖母質(zhì)發(fā)育的火山灰土，土層薄，球場果嶺種植的是海濱雀稗中的白金草(SeaIslePlatinum)；而球道種植的是海濱雀稗2000型。觀瀾湖球場草坪，年單位面積施肥量約為239 g·m-2，并根據(jù)草坪情況不定期施用溴氰菊酯和毒死蜱等農(nóng)藥，球場內(nèi)湖用玄武巖輔設，湖內(nèi)種植再力花(ThaliadealbataFraser)，暴雨湖水滿時會往外排放。采集球場施用農(nóng)藥前及施用農(nóng)藥后8 d和10 d的湖水，均末檢測出農(nóng)藥殘留，湖水中TP、NH3-N、CODcr、BOD5含量存在季節(jié)性差異[21]。

1.2 樣品的采集

本研究分兩次進行采樣，第一次采樣時間選擇在球場施用農(nóng)藥前1 d、施藥后第1 d、第4 d及第8 d，2017年3月7日，球場分別在南區(qū)五號球場和北區(qū)二號球場球道施用重慶樹榮作物科學有限公司生產(chǎn)的毒死蜱和溴氰菊酯，毒死蜱的施用量為0.2 mL·m-2，溴氰菊酯的施用量0.4 mL·m-2，施用地點是球道草坪，施用面積為15 000 m2，水樣采集時間：3月6日、8日、11日、15日，采樣期間日最低溫度為23℃，最高溫度28℃，3月7日至8日降雨量0.5 mm，3月8日至9日降雨量為12 mm；第二次采樣時間選擇在球場施用毒死蜱和溴氰菊酯后的第8 d，2017年11月17日球場在南區(qū)五號球場和北區(qū)二號球場球道施用毒死蜱(施用量為0.3 mL·m-2)和溴氰菊酯(施用量為0.3 mL·m-2)，水樣采集時間：11月25日，施用農(nóng)藥至采樣期間，最低氣溫16℃，最高氣溫19℃，期間3 d的降雨量共18 mm。每次采樣的取水深度均為水下0.5 M，每個湖每次均在湖邊入水口、入水口對岸、湖中心三個地點分別取水，每次取水量為500 mL，將湖中三個取水點的水混合均勻后，取1 000 mL混合水裝入用重鉻酸鉀浸泡液清洗過的棕色玻璃瓶，并置于5℃的保溫箱中帶回實驗室，當天進行固相萃取，隨后將萃取液上色譜。

1.3 試劑材料

儀器：AUTO SPE 06C Reeko固相萃取儀；cleanert S C18-spe萃取小柱，規(guī)格:500 mg/6 mL；Agilent 7890B氣相色譜儀。儀器的最小檢出限為最低檢測限：0.008 pg·sec-1，色譜柱：Hp-530 m×320 μm×0.25 μm，高純氮.

試劑：毒死蜱和溴氰菊酯標準品(濃度0.1 mg·mL-1)為農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測生產(chǎn)；正己烷、丙酮、甲醇均為國產(chǎn)色譜純；無水硫酸鈉(200℃烘12 h后放入干燥器備用)，為國產(chǎn)分析純。

1.4 研究方法

1.4.1水體中農(nóng)藥殘留的提取及濃縮 將采集回的1 000 mL水樣，調(diào)節(jié)pH至6～7之間，準確加入10 mL甲醇超聲10 min，用AUTO SPE 06CReeko固相萃取儀，按表1的操作方法進行固相萃取，洗脫液濃縮至1 mL，供GC-ECD檢測使用。

表1 全自動固相萃取儀運行程序Table 1 Automatic solid phase extraction instrument operating procedures

1.4.2色譜條件 檢測器為ECD；進樣模式為不分流進樣；載氣為高純氮氣；載氣流量為3 mL·min-1；壓力為12.758 psi；進樣口溫度為250℃；隔墊吹掃流量為3 mL·min-1；進樣口條件：進樣量為1 μL；檢測器溫度為300℃；尾吹流量為60 mL·min-1；柱溫箱為初始溫度60℃，保持1 min。為了將目標物出峰時間與雜質(zhì)峰錯開，采用三個梯度升溫：以每分鐘10℃升至180℃，保持5 min；再以每分鐘5℃升至200℃，保持2 min；再以每分鐘8℃升至290℃，保持2 min。總共運行時間為37.25 min。

2 結果與分析

2.1 標準曲線及檢出限

將濃度為0.1 mg·mL-1毒死蜱和溴氰菊酯標準品分別轉入兩個10 mL容量瓶中，用丙酮定容，即得10 mg·L-1儲備液。取儲備液分別配制0.025 mg·L-1、0.050 mg·L-1、0.1 mg·L-1、0.2 mg·L-1、0.4 mg·L-1、0.6 mg·L-16個梯度，按照1.4.2項下的色譜條件繪制標準曲線。

以空白樣萃取后加濃度為0.1 mg·L-1標品的目標峰附近基線3倍信噪比[22]計算毒死蜱和溴氰菊酯在水中最小檢測濃度為≤3.565×10-4mg·L-1和≤4.025×10-4mg·L-1。毒死蜱和溴氰菊酯保留時間、線性回歸方程及檢出限見圖1及表2。

2.2 色譜分離及方法回收率

經(jīng)反復試驗，結果顯示：按1.4.2中的色譜條件，色譜峰尖銳且對稱，不拖尾，色譜分離較好，0.05 mg·L-1，0.1 mg·L-1，0.2 mg·L-1色譜分離的重現(xiàn)性好，見圖1。該方法色譜靈敏度高，能夠滿足定性和定量的要求。配制0.01 mg·L-1、0.05 mg·L-1、0.1 mg·L-13個濃度的水樣做加標樣回收實驗(n=5)，回收率和標準偏差見表3。

表2 毒死蜱和溴氰菊酯的線性方程與檢出限Table 2 Linear regression equations，correlation coefficients and detection limits of the method

圖1 三個濃度(a)及0.1mg.L-1濃度(b)的毒死蜱和溴氰菊酯標準品的氣相色譜圖Fig.1 Gas chromatograph of three concentrations (a) and 0.1 mg·L-1concentration(b) of chloryrifos and deltamethrin

表3數(shù)據(jù)顯示，本方法毒死蜱在水中3個濃度的加標回收率在94.32%～106.29%，相對標準偏差在6.13%以內(nèi)，溴氰菊酯在水中3個濃度的加標回收率在74.37%～113.93%，相對標準偏差在6.57%以內(nèi)，符合農(nóng)藥殘留分析的要求。

表3 水樣中毒死蜱和溴氰菊酯加標回收率(n=5)Table 3 Chloryrifos and Deltamethrin recovery rate in the water samples

2.3 水樣中農(nóng)藥殘留的測定結果

用單因子污染指數(shù)作為水體中溴氰菊酯和毒死蜱有機污染物富集評價方法，其計算公式為Pi=Ci·Si-1。其中，Pi為水體單項污染指數(shù)，Ci為水樣中i的實測值，Si為國家標準i類有機污染物的最大限值。當Pi≤1時，表明i類污染物未超標；反之則超出國家標準限值(GB5749-2006，生活飲用水衛(wèi)生標準中毒死蜱最大限值是0.03 mg·L-1，溴氰菊酯最大限值是0.02 mg·L-1)。

對第一次和第二次采集的球場內(nèi)湖水樣分別進行檢測，檢測結果及單因子污染指數(shù)見表4。

表4 球場內(nèi)湖各次水樣農(nóng)藥殘留檢測值Table 4 The detection value of the pesticide residue of lake water samples unit/mg·L-1

注：*表示數(shù)據(jù)低于方法最低檢出限

Note：* indicates that the data is lower than the method minimum detection limit

第一次采樣的檢測結果顯示：施用農(nóng)藥前1 d，觀瀾湖五號球場二號洞內(nèi)湖G1和二號球場二號洞內(nèi)湖G2水樣中的毒死蜱和溴氰菊酯均未檢出，施用農(nóng)藥后的第1 d，兩個球場內(nèi)湖水體中毒死蜱和溴氰菊酯的單因子污染指數(shù)均出現(xiàn)超標，第4 d兩個球場內(nèi)湖水體中毒死蜱和溴氰菊酯的單因子污染指數(shù)明顯增大，但第8 d兩個球場內(nèi)湖中毒死蜱和溴氰菊酯的檢測值呈現(xiàn)下降趨勢，且單因子污染指數(shù)均小于1。第二次采樣的檢測結果進一步證明了球場施用農(nóng)藥后第8 d，除G1和G2的毒死蜱能檢測出來，兩個采樣點的溴氰菊酯均未檢出，毒死蜱雖然檢測出來，但單因子污染指數(shù)也小于1。

3 討論

3.1 國內(nèi)外水體中農(nóng)藥殘留標準限值的差異

目前，我國尚未制定高爾夫球場使用農(nóng)藥及其排放水農(nóng)藥殘留物標準，但《中華人民共和國地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中規(guī)定集中式生活飲用水地表水源中規(guī)定溴氰菊酯的標準限值是0.02 mg·L-1(20 μg·L-1)[23]，《中華人民共和國生活飲用水衛(wèi)生標準》中規(guī)定毒死蜱的標準限值是0.03 mg·L-1(30·μg·L-1)，溴氰菊酯的標準限值是0.02 mg·L-1(20 μg·L-1)[24]。國外對水體中農(nóng)藥殘留標準是以對人類健康完全無不利影響最低限量來進行制定，1990年5月美國環(huán)境管理機構(EA)所訂立的“高爾夫球場防止農(nóng)藥殘留污染水域的標準”中毒死蟬農(nóng)藥高爾夫球場排放水管理標準為40 μg·L-1，同時根據(jù)高爾夫球場中排水對公共水域的稀釋率，美國的健康與福利部(MHW)制定的高爾夫球場飲用水中毒死蟬農(nóng)藥殘留含量的標準為4 μg·L-1 [25]，歐盟設定的短期暴露和長期暴露毒死蟬的水質(zhì)基準值分別為0.001 μg·L-1和0.00046 μg·L-1 [26]，澳大利亞/新西蘭[27]、加拿大[28]也分別設定了毒死蟬的水質(zhì)基準限值，以防止其對水生態(tài)環(huán)境造成危害。與國內(nèi)水質(zhì)標準的最高限值相比，第8 d內(nèi)湖水體中毒死蜱和溴氰菊酯的單因子污染指數(shù)雖然小于1，但如果與國外飲用水質(zhì)的最低標準限值相比，球場第8 d內(nèi)湖水體中毒死蜱和溴氰菊酯的單因子污染指數(shù)仍然出現(xiàn)大于1的現(xiàn)象。

3.2 球場內(nèi)湖水體毒死蜱和溴氰菊酯的降解及風險

2017年3月7日觀瀾湖球場按溴氰菊酯0.4 mL·m-2，毒死蜱0.2 mL·m-2的濃度噴灑草坪，盡管施用農(nóng)藥后第1 d和第4 d水樣中的毒死蜱及溴氰菊檢測值超出國家標準限值，但第8 d水樣中的毒死蜱和溴氰菊酯檢測值已開始下降，且單因子污染指數(shù)Pi已全部小于1，與第4 d的水樣相比，第8 d毒死蜱的平均降解率達86.99%，溴氰菊酯的平均降解率為77.61%。鞠榮(2011)模擬實驗證明施用毒死蜱后第8 d的降解率為93.8%[29]。2017年11月17日，盡管球場對毒死蜱的施用濃度增加了50%(施用濃度0.3 mL·m-2)，但施用農(nóng)藥后第8 d，兩個采樣點水樣中毒死蜱的單因子污染指數(shù)Pi仍然小于1，由于球場對溴氰菊酯的施用濃度減少了25%(施用濃度0.3 mL·m-2)，施用農(nóng)藥后第8 d，兩個采樣點水樣中的溴氰菊酯均未檢出。李界秋等人研究認為，毒死蜱在環(huán)境中屬于易降解的農(nóng)藥，在pH為7.0的水中光降解的半衰期為10.7 d[30]。李旭偉等(2016)認為溫度是影響毒死蜱降解的關鍵因素，且隨溫度升高，降解速率加快[31]。而溴氰菊酯半衰期一般少于6 d，陳梅蘭等(2000)認為強光有助于溴氰菊酯的降解[32]。本項目曾于2015年4月1日及9月23日將球場噴灑毒死蜱和溴氰菊酯后第10 d的水體送到專業(yè)檢測機構檢測，結果均顯示未檢出[33]，金克林等人對深圳聚豪會高爾夫球會球場的水體檢測結果也顯示：球場周邊地表水中毒死蜱農(nóng)藥均未超過高爾夫球場排放水管理標準與飲用水中殘留標準[34]。由此可見，熱帶地區(qū)及亞熱帶地區(qū)高溫及強光有助于球場內(nèi)湖水體中農(nóng)藥殘留的降解。

但是，在毒死蜱和溴氰菊酯完全降解之前，球場內(nèi)湖水體中毒死蜱和溴氰菊酯的殘留對周圍流域及地下水源仍然有潛在影響風險。為了使球場內(nèi)湖水不影響地下水源，外排時不影響球場所在流域環(huán)境的水體，球場在草坪養(yǎng)護的過程中應做好下列工作：(1)在草坪養(yǎng)護的過程中要根據(jù)天氣預報來安排作業(yè)，嚴格控制在暴雨來臨之前噴灑農(nóng)藥，以避免球場內(nèi)湖水因暴雨外排污染球場所在流域的水體；(2)球場內(nèi)湖必須輔設防滲漏膜，保證球場內(nèi)湖水體不產(chǎn)生下滲影響球場所在地的地下水源；(3)進行科學管理及定期監(jiān)測，以減少病蟲害的爆發(fā)和農(nóng)藥的大規(guī)模使用。國外已有的調(diào)查研究結果也表明由于高爾夫球場管理不善會引起水體生態(tài)乃至大氣、土壤生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化[35]。

4 結論

AUTO SPE 06C Reeko固相萃取儀對水體農(nóng)殘的萃取操作簡便，優(yōu)化后的固相萃取-氣相色譜法，能較好地將水樣中毒死蜱和溴氰菊酯色譜峰的保留時間錯開且峰值尖銳，為同時檢測水體中毒死蜱和溴氰菊酯提供了可靠的方法；與國內(nèi)水質(zhì)標準規(guī)定的毒死蜱和溴氰菊酯最高限值相比，球場施用農(nóng)藥后第1 d和第4 d毒死蜱和溴氰菊酯的檢測值雖出現(xiàn)超標，但第8 d水樣中毒死蜱和溴氰菊酯的單因子污染指數(shù)Pi已小于1或未檢出，與第4 d的水樣相比，第8 d毒死蜱的平均降解率達86.99%，溴氰菊酯的平均降解率為77.61%；減小農(nóng)藥施用劑量，能降低湖水中農(nóng)藥的殘留風險；為了使球場內(nèi)湖水不影響地下水源，外排時不影響球場所在流域環(huán)境的水體，球場內(nèi)湖必須輔設防滲漏膜，并嚴格控制在暴雨來臨之前噴灑農(nóng)藥。