四種除草劑在水稻上的消解及殘留規(guī)律研究

孫 攀，陳 非，劉豐茂*，張宏軍

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，北京100193；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)藥檢定所，北京100125)

1 前言

水稻在我國(guó)糧食作物中占有較大比例，在我國(guó)南北方廣泛種植，除草劑因方便、省力、有效等優(yōu)勢(shì)在水稻種植區(qū)被廣泛使用[1-2]。除草劑的使用在水稻種植過程中起著積極的作用，但近年來隨著農(nóng)藥的使用，殘留、藥害、抗性等問題逐漸暴露，水體、土壤環(huán)境中農(nóng)藥殘留檢出的情況屢見報(bào)道[3]，為達(dá)到理想的雜草防除效果，除草劑使用頻率和施藥量不斷加大，易造成除草劑高殘留情況；我國(guó)半數(shù)以上的人口以稻米為食，稻米食用的安全問題受到廣大消費(fèi)者的密切關(guān)注，因而水稻上農(nóng)藥的安全使用以及殘留監(jiān)測(cè)十分必要[4]。

芐嘧磺隆和吡嘧磺隆是兩種廣泛應(yīng)用于水稻的磺酰脲類除草劑，此類除草劑難揮發(fā)、難降解，土壤中殘留期較長(zhǎng)，極易對(duì)后茬的敏感作物造成影響[5-6]，Azcarate M指出磺酰脲類除草劑易在有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳含量高的土壤中被吸附發(fā)生降解[7]。此外，孫惠青等研究還發(fā)現(xiàn)磺酰脲類除草劑的使用劑量與殘留量存在一定關(guān)聯(lián)[8]，且磺酰脲類除草劑具有較強(qiáng)的水溶性，在水稻田使用后極易進(jìn)入土壤、水體，可能會(huì)對(duì)水稻田間其他水生生物造成影響[9-12]。目前磺酰脲類除草劑的檢測(cè)方法一般有液相串聯(lián)質(zhì)譜，液相等方法，但是針對(duì)現(xiàn)有方法其前處理通常使用弗羅里硅土、HLB等固相萃取柱進(jìn)行凈化，前處理方法比較繁瑣。

丙草胺、丁草胺屬于酰胺類除草劑，是水稻田中常用的除草劑，該類除草劑具有較好的除草活性，但具有較強(qiáng)的殘留毒性[13-14]，因而監(jiān)測(cè)土壤、水體、水稻中其殘留量十分重要。目前關(guān)于酰胺類除草劑的檢測(cè)方法主要有氣相、液相色譜，對(duì)于酰胺類除草劑的檢測(cè)方法一般以氣相方法為主，樣品前處理方法一般有多壁碳納米管修飾玻碳電極法、頂空法、分子印跡等復(fù)雜方法。

本研究建立了一種土壤、糙米和稻殼中芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺這四種除草劑的快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)方法：丙草胺、丁草胺采用氣相色譜(土壤、糙米)、氣相串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀(稻殼)進(jìn)行檢測(cè)，芐嘧磺隆、吡嘧磺隆采用液相串聯(lián)質(zhì)譜(土壤、糙米、稻殼)進(jìn)行檢測(cè)。四種除草劑的回收率范圍在72.4%～108.0%，添加回收率范圍在70%～110%，變異系數(shù)范圍為1.5%～14.9%；基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線在0.01～1mg/kg濃度范圍內(nèi)，可決系數(shù)均在0.98以上，線性相關(guān)良好，可滿足本試驗(yàn)殘留檢測(cè)的要求。

2 材料與方法

2.1 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2017年6月在山東省魚臺(tái)縣進(jìn)行，田間試驗(yàn)參照農(nóng)藥登記殘留試驗(yàn)準(zhǔn)則(NY/T788-2004)進(jìn)行，供試藥劑以及施藥劑量(表1)。

選擇3個(gè)不同地點(diǎn)進(jìn)行四種除草劑的消解試驗(yàn)，三地分別命名為張黃鎮(zhèn)三里屯村直播稻(地塊代號(hào)A)，張黃鎮(zhèn)三里屯村直播稻(地塊代號(hào)B)和王廟鎮(zhèn)舊城村機(jī)插秧(地塊代號(hào)C)，消解試驗(yàn)的施藥量分別選擇2倍推薦劑量和推薦劑量，施藥1次，每地設(shè)3個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積80m2，另設(shè)空白對(duì)照區(qū)。于施藥后0、5、10、20、40、80d分別采集土壤樣品，混勻后取50g土壤樣品；于水稻收獲期采集≥2kg稻穗，經(jīng)脫粒、脫殼后晾干，混勻后取500g糙米及適量稻殼；放入樣品袋中，貼好標(biāo)簽，于-20℃條件下儲(chǔ)藏。

表1 四種除草劑施藥劑量信息

2.2 儀器與材料 安捷倫液相質(zhì)譜聯(lián)用儀,安捷倫氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，島津氣相-電子捕獲檢測(cè)器，電子天平，旋渦混合器，低速臺(tái)式離心機(jī)，高速離心機(jī)，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。

乙腈；甲酸(純度99 %)；娃哈哈純凈水；芐嘧磺隆(純度98.3%)，丁草胺(純度95%)，吡嘧磺隆(純度98%)，丁草胺(純度96 %)；NaCl；MgSO4；分散固相凈化劑(C18，PSA，GCB)。

2.3 樣品前處理方法

2.3.1 丙草胺、丁草胺前處理方法 提?。悍Q取稻殼2g(糙米5g，土壤5g)于50mL 離心管中，稻殼樣品加5mL 0.1 %甲酸水和20mL乙腈(糙米加5mL水和10mL乙腈；土壤加10mL乙腈)，渦旋震蕩10min，稻殼加入4g NaCl(糙米和土壤加1g NaCl和4g MgSO4)，渦旋3min，將離心管于3 800r/min 離心5min，稻殼和糙米取上清液10mL于50mL雞心瓶中，在35℃水浴下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干，N2吹干后，稻殼用1mL乙腈定容(糙米用1mL丙酮定容；土壤取1mL上清液備用)。

凈化：取稻殼1mL提取液至裝有50mg C18和100mg MgSO4(糙米和土壤均用50mg PSA、10mg GCB和150mg MgSO4)的2mL塑料離心管中，渦旋2min，將離心管10 000r/min離心1min，過0.22μm濾膜至小瓶，供氣相串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)(糙米、土壤供氣相-電子捕獲檢測(cè)器檢測(cè))。

2.3.2 芐嘧磺隆、吡嘧磺隆前處理方法 提?。悍Q取稻殼2g(糙米10g，土壤5g)于50mL離心管中，稻殼加5mL0.1%甲酸水和10mL乙腈(糙米加5mL水和10mL乙腈；土壤加10mL乙腈)，渦旋提取10min，稻殼、土壤加入3g NaCl(糙米加3g NaCl和2g MgSO4)，渦旋3min，將離心管于3 800r/min離心5min。

凈化：取稻殼樣品1mL上清液轉(zhuǎn)移至裝有50mg C18和100mg MgSO4(糙米使用50mg C18凈化，土壤使用20mg PSA和100mgMgSO4凈化)的2mL塑料離心管中，渦旋凈化2min，將離心管置于10 000r/min的轉(zhuǎn)速下離心1min，過0.22μm濾膜，進(jìn)小瓶，供液相串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)。

2.4 儀器條件

2.4.1 氣相串聯(lián)質(zhì)譜儀器條件 色譜柱為HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)毛細(xì)管柱，升溫程序?yàn)?00℃保持1min，以20℃/min升至220℃，再以1℃/min升至230℃，再以20℃/min升至260℃，保持3min，總運(yùn)行時(shí)間21.5min。進(jìn)樣口溫度為260℃，檢測(cè)器溫度為280℃，進(jìn)樣量為2.0μL，流速為1.2mL/min，離子源為EI源，離子源溫度為230℃，檢測(cè)模式為選擇離子監(jiān)測(cè)模式。丙草胺保留時(shí)間8.90min，定量離子(m/z)241；丁草胺保留時(shí)間11.22min，定量離子(m/z)176。

2.4.2 氣相-電子捕獲檢測(cè)器儀器條件 色譜柱為HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)，升溫程序?yàn)?20℃，以15℃/min升至170℃，再以5℃/min升至230℃，保持5min，總運(yùn)行時(shí)間20.33min。進(jìn)樣口溫度為270℃，檢測(cè)器溫度為280℃，進(jìn)樣量為2.0μL，流速為1.0mL/min，保留時(shí)間丁草胺為15.95min，丙草胺為16.81min。

2.4.3 液相串聯(lián)質(zhì)譜儀器條件 色譜柱為ZORBAX SB-C18(2.1mm×50mm×3μm)，流動(dòng)相為乙腈∶0.1%甲酸水=90∶10(v/v)，流速為0.2mL/min，柱溫為25℃，進(jìn)樣量為5μL，電離源為ESI，電離模式為正離子模式，監(jiān)測(cè)模式為多反應(yīng)監(jiān)測(cè)。芐嘧磺隆保留時(shí)間1.00min，定量離子(m/z)149；吡嘧磺隆保留時(shí)間1.06min，定量離子(m/z)178。

3 結(jié)果與分析

3.1 前處理方法

3.1.1 芐嘧磺隆、吡嘧磺隆前處理方法 QuEChERS方法具有回收率高、省時(shí)省力、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)藥殘留檢測(cè)領(lǐng)域被廣泛采用，因而本方法在QuEChERS方法的基礎(chǔ)上對(duì)除草劑的提取、凈化步驟進(jìn)行優(yōu)化。土壤的前處理過程中發(fā)現(xiàn)芐嘧磺隆和吡嘧磺隆使用20mg PSA和100mg MgSO4的組合時(shí)可達(dá)到理想的回收率；稻殼在提取過程中加入5mL0.1%甲酸水，使用50mg C18和100mg MgSO4時(shí)芐嘧磺隆和吡嘧磺隆可達(dá)到理想回收率；糙米中加入5mL 0.1%甲酸水，使用50mg C18時(shí)芐嘧磺隆和吡嘧磺隆均可滿足回收率要求；

3.1.2 丁草胺、丙草胺前處理方法 通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)丁草胺、丙草胺在糙米和稻殼中的回收率較差，通過旋蒸濃縮后進(jìn)行凈化，回收率結(jié)果較好；糙米和土壤樣品使用50mg PSA、10mg GCB和150mg MgSO4的組合時(shí)回收率可滿足要求，稻殼使用50mg C18和150mg MgSO4時(shí)回收率可滿足要求。

3.2 回收率結(jié)果

3.2.1 基質(zhì)效應(yīng)考察 對(duì)四種除草劑標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定，以標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度與峰面積做標(biāo)準(zhǔn)曲線，其中y為標(biāo)準(zhǔn)品峰面積，x為標(biāo)準(zhǔn)品x為標(biāo)準(zhǔn)品濃度(mg/L)，考察實(shí)際樣品基質(zhì)中響應(yīng)情況。

基質(zhì)效應(yīng)計(jì)算公式為：

基質(zhì)效應(yīng)(%)=(目標(biāo)物質(zhì)基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率/目標(biāo)物質(zhì)溶劑標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率-1)×100%

當(dāng)基質(zhì)效應(yīng)>20%或者<-20%，則應(yīng)考慮基質(zhì)效應(yīng)影響，需采用基質(zhì)標(biāo)進(jìn)行定量。

各基質(zhì)中四種除草劑標(biāo)準(zhǔn)曲線方程、可決系數(shù)R2、基質(zhì)效應(yīng)信息(表2)。

表2 基質(zhì)效應(yīng)考察

續(xù)表

四種除草劑在各基質(zhì)中濃0.01～0.1mg/L的范圍內(nèi)線性相關(guān)性良好，可決系數(shù)均>0.98，由于存在基質(zhì)效應(yīng)，故在試驗(yàn)中均選擇用基質(zhì)標(biāo)進(jìn)行定量。

3.2.2 回收率 芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺在各基質(zhì)中平均回收率范圍分別為78.9%～102.7%，81.0%～106.4%，78.7%～103.5%，72.4%～108.0%，變異系數(shù)在1.5%～14.9%之間，可滿足本試驗(yàn)殘留檢測(cè)的要求，試驗(yàn)殘留檢測(cè)方法對(duì)四種除草劑的量限為最小添加水平，均低于各除草劑的殘留限量標(biāo)準(zhǔn)，回收率結(jié)果(表3)。

表3 四種除草劑方法驗(yàn)證結(jié)果

續(xù)表

3.3 四種除草劑檢測(cè)結(jié)果

3.3.1 消解動(dòng)態(tài) 山東省魚臺(tái)縣水稻田田間試驗(yàn)中四種除草劑消解動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果為：四種除草劑按照推薦劑量和2倍推薦劑量施用以后，芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺在土壤中消解較快，施藥10d后殘留量已<本方法定量限，未擬合出消解曲線，不同劑量除草劑施用后均較快消解。

表4 土壤中除草劑殘留量(mg/kg)

續(xù)表

注：“/”表示未有樣品檢測(cè)

3.3.2 最終殘留量結(jié)果 本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)按照推薦劑量和二倍推薦劑量施藥后糙米中芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺的最終殘留量均<本文的定量限，且遠(yuǎn)<四種除草劑的最低殘留限量，因此其在水稻上的使用是安全的。

4 結(jié)果

芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺為水稻田的主要除草劑品種，因此關(guān)于它們的分析檢測(cè)方法的研究比較多。本試驗(yàn)嘗試建立四種除草劑的液相串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)四種除草劑同時(shí)檢測(cè)分析，但在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，同一種檢測(cè)方法不能滿足靈敏度、峰形、雜質(zhì)分離等要求，故對(duì)于四種除草劑采用不同的儀器分別進(jìn)行檢測(cè)，并建立了不同的前處理方法。本研究建立了液相串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)土壤、糙米、稻殼中芐嘧磺隆和吡嘧磺隆殘留量的分析方法；建立了氣相-電子捕獲檢測(cè)器檢測(cè)土壤、糙米中丙草胺和丁草胺殘留量的分析方法以及氣相串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)稻殼中丙草胺和丁草胺殘留量的分析方法。本分析方法在前處理過程中無需經(jīng)過繁瑣的凈化過程，前處理方法操作較為簡(jiǎn)單，且此方法的精密度、準(zhǔn)確度均符合本試驗(yàn)的檢測(cè)要求。

田間試驗(yàn)結(jié)果表明，按照推薦劑量和2倍推薦劑量施藥后，四種除草劑在水稻田土壤中消解較快，最終殘留量均<糙米中最大殘留限量。