高萬君,張永志,童蒙蒙,馬慧勤,錢珊珊,王天雨,李葉云,吳慧平*,侯如燕*
茶園常用除草劑田間藥效試驗與殘留動態(tài)
高萬君1,張永志1,童蒙蒙1,馬慧勤2,錢珊珊3,王天雨3,李葉云1,吳慧平2*,侯如燕1*
1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)及資源利用國家重點(diǎn)實驗室,安徽 合肥 230036;2. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院,安徽 合肥 230036;3. 安徽省公眾檢驗研究院有限公司,安徽 合肥 230051
對比評價了草甘膦、草銨膦、復(fù)配劑型草甘膦-乙草胺及草甘膦-助劑對茶園主要惡性雜草的防治效果,并對試驗小區(qū)土壤中各除草劑的殘留水平進(jìn)行了評估。試驗結(jié)果表明,與草甘膦相比,草銨膦起效快,在施藥第7天雜草覆蓋度降低到9.15%,施藥14?d后對野老鸛、續(xù)斷菊、小飛蓬等雜草的防治效果在95%以上,草胺磷在茶園土壤中降解較快,30?d的消解率達(dá)到94%,殘留水平較低(第58天殘留量為0.01?mg·kg-1),可能是替代草甘膦除草劑的較優(yōu)選擇;乙草胺作為封閉型除草劑,能夠抑制禾本科雜草出苗,且在土壤中消散較快(21?d后的消解率為97%),可用于防治禾本科等雜草。
茶園;除草劑;藥效;農(nóng)藥殘留
茶樹是多年生常綠植物,栽培歷史悠久[1]。我國茶樹種植區(qū)域廣闊,茶園生態(tài)環(huán)境復(fù)雜多樣,其雜草群落組成復(fù)雜、穩(wěn)定性強(qiáng)。茶園雜草與茶樹爭奪水分、土壤養(yǎng)分和生長空間,還會助長茶樹病蟲害的滋生蔓延,危害茶園,給茶樹的產(chǎn)量和品質(zhì)帶來不利影響[2-3]。雜草防控是茶園生產(chǎn)管理中一項重要的工作,尤其是幼齡茶園和未封行茶園[4]。人工除草效果較好且不會對茶樹產(chǎn)生不利影響,但除草成本高,效率低。近年來,化學(xué)除草劑彌補(bǔ)了人工除草工作效率低和勞動力成本高的問題,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用率呈上升趨勢[2-3,5]。長期以來,茶園主要使用的除草劑類型有草甘膦和草銨膦[6],乙草胺作為封閉劑,20世紀(jì)90年代初我國開始引進(jìn)和生產(chǎn),可用于芽前防除一年生禾本科雜草和部分闊葉雜草[7-8]。不同類型的除草劑作用機(jī)理和環(huán)境穩(wěn)定性不同,部分除草劑性質(zhì)穩(wěn)定、持效期長,雖然對雜草的防效期較長,但可能造成土壤板結(jié)、茶園生態(tài)環(huán)境破壞等問題,也可能帶來茶葉中農(nóng)藥殘留的安全隱患[5]。例如作為世界農(nóng)藥生產(chǎn)量之首的草甘膦,其安全問題近年來備受爭議。課題組前期對水培茶苗草甘膦的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)代謝規(guī)律研究發(fā)現(xiàn),作為內(nèi)吸性除草劑的代表,草甘膦經(jīng)茶苗根部吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)到葉部,可能是茶葉中草甘膦殘留的主要來源[9]。
由于茶樹并非除草劑的靶標(biāo)植物,因此茶園除草劑的使用效果和對茶葉質(zhì)量安全帶來的影響長期以來較少有人關(guān)注。我國新頒布的食品中農(nóng)藥殘留限量標(biāo)準(zhǔn)(GB 2763—2016)中規(guī)定了茶葉中草甘膦和草銨膦的MRLs標(biāo)準(zhǔn)分別為1?mg·kg-1和0.5?mg·kg-1[10],歐盟制定茶葉中兩種農(nóng)藥的MRLs標(biāo)準(zhǔn)為2.0?mg·kg-1和0.1?mg·kg-1。近年來,部分出口茶葉中草甘膦除草劑超標(biāo)引起了業(yè)內(nèi)的普遍關(guān)注,因此篩選評價茶園常用除草劑、研究除草劑在茶園土壤中持留特性及其對茶葉質(zhì)量安全的潛在影響勢在必行,不僅可以輔助人工除草、減少茶園土壤污染,也可保障茶葉質(zhì)量安全。本文選用常用除草劑草甘膦、草銨膦及其復(fù)配劑型草甘膦-乙草胺和草甘膦-助劑,對茶園主要惡性雜草的防效進(jìn)行了對比評價,并對試驗小區(qū)內(nèi)土壤中除草劑殘留水平進(jìn)行了評估。此研究將對茶園雜草的防控提供實踐指導(dǎo),并為茶園除草劑的安全使用和禁限用法規(guī)制定,以及替代性農(nóng)藥的選擇提供一定的理論和技術(shù)參考。
商用制劑:含有效成分30%的草甘膦異丙胺鹽(中化作物保護(hù)品有限公司),含有效成分20%的草銨膦(山東省長清農(nóng)藥廠有限公司),含有效成分90%的乙草胺(浙江天豐生物科學(xué)有限公司)。商用助劑:安融樂(現(xiàn)代科技生物助劑,北京成禾佳信農(nóng)資貿(mào)易有限公司)。高效壓力溶劑萃取系統(tǒng)(HPSE,萊伯泰科公司)。草甘膦(98.0%)、草銨膦(97.5%)和氨甲基膦酸(99%)標(biāo)準(zhǔn)品購于德國Dr. Ehrensterfer公司。草甘膦內(nèi)標(biāo)(草甘膦-2-13C,15N)購于Sigma-Aldrich(上海)貿(mào)易有限公司。用純水配制成1?000?μg·mL-1的單標(biāo)以及100?μg·mL-1的混標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液,于4℃冰箱保存。純水稀釋標(biāo)準(zhǔn)儲備液配制成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液;有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)乙草胺(丙酮配制濃度為100?μg·mL-1)購自北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司,丙酮稀釋標(biāo)準(zhǔn)儲備液成不同濃度水平的標(biāo)準(zhǔn)工作液;衍生化試劑為氯甲酸-9-芴基甲酯(FMOC-Cl)購自阿法埃莎(中國)化學(xué)有限公司,并用丙酮配制成20?g·L-1的衍生化溶液,標(biāo)準(zhǔn)工作液及衍生化溶液均需現(xiàn)配現(xiàn)用。硼酸鹽緩沖溶液(pH=9):稱取5?g硼酸鈉(Na2B4O7·10H2O),用水溶解并定容至100?mL,用5?mol·L-1HCl調(diào)pH至9。
根據(jù)課題組前期對茶園雜草的調(diào)查研究結(jié)果,選擇本試驗階段內(nèi)主要發(fā)生4種惡性靶標(biāo)雜草作為統(tǒng)計對象,包括:花葉滇苦菜[續(xù)斷菊,(L.) Hill.]、刺兒菜[小薊,(Willd.) MB.]、野老鸛草(老鸛嘴,L.)和小飛蓬[(L.) Cronq.]。
1.3.1 田間試驗
選取安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)高新技術(shù)農(nóng)業(yè)園內(nèi)的茶園為試驗小區(qū),設(shè)5個處理組(4次重復(fù)),每小區(qū)面積約為6?m2,隨機(jī)排列(圖1),各處理小區(qū)中間設(shè)置隔離行。草甘膦、草銨膦處理組噴施劑量為制劑標(biāo)簽上推薦劑量,草甘膦-乙草胺處理組為推薦劑量的50%,草甘膦-助劑處理組為推薦劑量(具體劑量見表1)。二次稀釋法配藥,先配成母液再進(jìn)一步稀釋,每公頃兌水量為450~750?kg,采用手持式噴霧器(2.5?L)定量噴霧法均勻進(jìn)行莖葉噴霧,以清水作為對照。
注:各小區(qū)分布,a:草甘膦;b:草銨膦;c:草甘膦+乙草胺;d:草甘膦+助劑;e:對照
1.3.2 防治效果
噴施農(nóng)藥后,每周觀察1次,對試驗小區(qū)內(nèi)雜草的覆蓋度進(jìn)行評價[11],并對4種惡性雜草計數(shù),測定其株防效,綜合評價除草劑防治效果??紤]到田間試驗平行小區(qū)間植物生長狀態(tài)和多樣性等存在一定差異,此次試驗的株防效是采用所有平行小區(qū)內(nèi)該雜草的總株數(shù)進(jìn)行計算,公式如下:
株防效/%=(處理前平行小區(qū)內(nèi)雜草總株數(shù)-處理后平行小區(qū)內(nèi)雜草總株數(shù))/處理前平行小區(qū)內(nèi)雜草總株數(shù)×100。
1.3.3 取樣
分別于0(噴施農(nóng)藥2?h后待雜草葉面全干記為0?d的樣品)、1、3、7、14、21、30、58?d隨機(jī)抽取各小區(qū)土壤樣品,取土深度0~15?cm,采樣量不少于1?kg,自然風(fēng)干土壤,混勻后過40目(孔徑425?μm)篩,裝入封口袋中保存在–20℃冰箱中待測。田間噴施農(nóng)藥后第5天采摘草甘膦處理小區(qū)內(nèi)的茶樹新梢測定殘留量[9]。
表1 試驗小區(qū)內(nèi)藥劑噴施劑量
1.4.1 草甘膦、草銨膦、氨甲基膦酸土壤樣品處理
稱取干燥土壤樣品0.5?g于50?mL離心管中,添加內(nèi)標(biāo)1?mg·kg-1,加入10?mL 0.6?mol·L-1的KOH,振蕩30?min,4?000?r·min-1離心30?min并過濾得上清液,用6?mol·L-1HCl和0.6?mol·L-1HCl調(diào)節(jié)上清液pH至7,取1?mL提取液,加入1?mL硼酸鹽緩沖液(pH=9)充分混勻,再加入1?mL衍生化試劑進(jìn)行衍生化反應(yīng)(不少于12?h)后,10?000?r·min-1離心10?min,反應(yīng)液過PTFE濾膜后進(jìn)行LC-MS/MS分析。
1.4.2 乙草胺土壤樣品前處理
取土壤樣品10?g,與6?g硅藻土混合均勻,裝填至22?mL的萃取罐中。用同樣方法裝填好2個萃取罐,置于HPSE中(雙通道運(yùn)行,可同時萃取2個樣品),萃取溶劑為丙酮∶正己烷(1∶1),系統(tǒng)壓力10.34?MPa,萃取溫度100℃,加熱平衡時間2?min,靜態(tài)萃取時間6?min,沖洗體積60%,氮?dú)獯祾?0?s,循環(huán)運(yùn)行兩次。萃取液收集到60?mL收集管中。轉(zhuǎn)移收集液到250?mL旋蒸瓶中,用正己烷-丙酮混合溶劑洗滌收集管3次,每次5?mL,合并所有提取液40℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干,用5?mL正己烷洗滌旋蒸瓶,得到復(fù)溶液。將弗羅里硅土固相萃取柱依次用5?mL正己烷-二氯甲烷(正己烷∶二氯甲烷=1∶9)混合溶劑和5?mL正己烷活化,當(dāng)溶劑液面到達(dá)固相萃取柱吸附填料上表面時,立即導(dǎo)入復(fù)溶液,用100?mL旋蒸瓶收集淋洗液,并用5?mL正己烷-二氯甲烷混合溶劑洗滌原旋蒸瓶過柱,每次5?mL,淋洗3次,收集淋洗液,40℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干,用5?mL正己烷溶解,50℃氮吹至近干,用1?mL正己烷準(zhǔn)確定容,按照本文1.5.2章節(jié)進(jìn)行氣相色譜(GC)分析。
1.4.3 茶樹新梢樣品前處理
稱取茶新梢0.25?g于50?mL離心管中,倒入研缽中,添加10?mL純水進(jìn)行研磨,超聲30?min后5?000?r·min-1離心5?min。取上清液于50?mL離心管中,加入2.5?mL二氯甲烷,渦旋2?min后5?000?r·min-1離心5?min。移取2?mL上清液于5?mL離心管中,加入5?mg GCB和50?mg PVPP,渦旋2?min,以10?000?r·min-1離心10?min。移取1?mL上清液,加入1?mL硼酸鹽緩沖液,渦旋2?min,再加入1?mL FMOC-Cl混勻,室溫下衍生化反應(yīng),放置過夜。將衍生化后的溶液以10?000?r·min-1離心10?min,過0.22?μm親水性濾膜,待LC-MS/MS檢測。
1.5.1 LC-MS/MS分析
安捷倫液相色譜串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜儀(LC-MS/MS):1260超高效液相色譜儀串聯(lián)6460三重四極桿質(zhì)譜(美國安捷倫科技有限公司),色譜柱:Agilent EC-C18(1.8?μm×2.1?mm ×50?mm),柱溫:30℃,進(jìn)樣量5?μL,流動相流速為0.3?mL·min-1,A相為0.002?mol·L-1甲酸銨,B相為乙腈。梯度洗脫程序為:0~1.5?min:10%~50% B,1.5~2?min:50%~95% B;2~3?min:95%~95% B;3~3.1?min:95%~10% B;3.1~6?min:10% B。質(zhì)譜:電噴霧離子源,正離子掃描模式,鞘氣溫度為350℃,鞘氣流速為11.0?L·min-1,霧化氣壓力為35.0?psi,檢測方式為多反應(yīng)監(jiān)測,質(zhì)譜參數(shù)見表2。
1.5.2 GC分析
氣相色譜7890B(美國安捷倫科技有限公司),色譜柱:HP-5毛細(xì)管柱30?m×0.32?mm×0.25?μm,進(jìn)樣口溫度:250℃,尾吹氣流量:15?mL·min-1,進(jìn)樣方式:不分流,載氣:氮?dú)?,流速?.0?mL·min-1,程序升溫:初溫為100℃,25℃·min-1升至230℃,保持1?min,再以5℃·min-1升至260℃,保持1?min,后以10℃·min-1升至270℃,保持3?min,檢測器溫度:300℃。
表2 草甘膦、草銨膦和氨甲基膦酸質(zhì)譜參數(shù)
2.1.1 LC-MS/MS分析
分別稱取0.5?g空白土壤于離心管中,添加0.1?mg·kg-1和1?mg·kg-1草甘膦、草銨膦和氨甲基膦酸混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(6次重復(fù)),參照1.4和1.5章節(jié)中的方法分析,使用內(nèi)標(biāo)法定量,0.05?μg·mL-1草甘膦標(biāo)準(zhǔn)溶液和0.05?μg·mL-1草甘膦內(nèi)標(biāo)計算校正因子為0.848。方法學(xué)評價結(jié)果見表3,3種農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液在0.001~0.5?μg·mL-1呈現(xiàn)良好線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)2超過0.99,回收率為66.4%~90.1%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=6)為4.00%~19.10%,方法的定量限為0.1?mg·kg-1。
2.1.2 GC分析
乙草胺的加標(biāo)含量為0.005?mg·kg-1和0.100?mg·kg-1(重復(fù)5次),測定加標(biāo)回收率、重復(fù)性和檢測限。方法學(xué)評價結(jié)果見表3,乙草胺標(biāo)準(zhǔn)溶液在0.01~1.0?μg·mL-1呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)R超過0.99,回收率均在102.7%~110.2%之間,RSD(n=5)在0.13%~4.20%,方法的定量限為0.005?mg·kg-1。
2.2.1 藥害觀察
各藥劑處理區(qū)茶樹生長正常,未見藥害產(chǎn)生。
2.2.2 田間藥效
4個施藥小區(qū)噴施草甘膦、草甘膦+乙草胺、草甘膦+安融樂、草胺磷后,分別于7、14、21?d對野老鸛、續(xù)斷菊、小飛蓬和小薊雜草計數(shù),結(jié)果見表4,7?d后,各處理組雜草防效均低于70%;第14天,草甘膦對小飛蓬的防效達(dá)96.88%,對小薊的防效達(dá)100%;第21天,草甘膦對野老鸛、續(xù)斷菊、小飛蓬和小薊雜草的防效超過90%;草甘膦+乙草胺組14?d后對小飛蓬的防效達(dá)92.50%(小薊為100%),第21天對續(xù)斷菊和小薊雜草防效在95%以上;草甘膦+助劑組第14天對小飛蓬的防效達(dá)100%,第21天對續(xù)斷菊的防效達(dá)96.40%;草銨膦組第14天對野老鸛、續(xù)斷菊和小飛蓬雜草的防效達(dá)95%以上,第21天對這3種雜草的防效均達(dá)100%。
各藥劑對茶園雜草蓋度的影響結(jié)果見圖2。第7天各處理組的雜草蓋度均明顯低于處理前,從第7天到第56天,雜草蓋度先降低后增加,第21天時,雜草蓋度最低,草甘膦、草甘膦+乙草胺混劑、草甘膦+助劑混劑和草銨膦各處理組分別為4.6%,4.3%,5.9%,6.3%。草甘膦+乙草胺處理組第35天和第56天,雜草蓋度均低于其他3個處理組,顯示乙草胺處理組作為封閉型除草劑,對一年生禾本科及部分闊葉雜草起到較好的防治效果。第56天,4個處理組雜草蓋度均高于處理前,說明雜草生長到處理前的狀態(tài)或者比處理前更加茂盛,結(jié)合表4的防治效果,進(jìn)一步證明4組藥劑在處理后的第21天達(dá)到最好雜草防治效果,隨后受害雜草恢復(fù)或者新生雜草萌發(fā);4組藥劑中草銨膦對雜草的防治起效快,商品化助劑無顯著增效作用。
表3 草甘膦、草銨膦、氨甲基膦酸和乙草胺在土壤中的添加回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差
表4 不同藥劑對茶園雜草的防效
注:BT:藥劑處理前,PMG:草甘膦;PMG+ACE:草甘膦+乙草胺;GLU:草銨膦;PMG+ARL:草甘膦+助劑
2.2.3 農(nóng)藥殘留動態(tài)
進(jìn)一步比較了0~58?d后土壤中各除草劑的殘留降解動態(tài)(圖3),結(jié)果表明,含草甘膦除草劑的3個試驗小區(qū)(草甘膦、草甘膦+乙草胺和草甘膦+助劑)在施藥2?h后,草甘膦殘留分別為1.20、0.57、1.45?mg·kg-1,草甘膦的降解產(chǎn)物氨甲基膦酸殘留分別為0.62、0.41?mg·kg-1和1.38?mg·kg-1(草甘膦制劑中并未檢測到降解產(chǎn)物氨甲基膦酸),結(jié)果表明草甘膦在土壤中降解較快,可能是茶園土壤中微生物和茶園土壤特性促進(jìn)了草甘膦降解[12-14]。3個試驗小區(qū)土壤中草甘膦殘留濃度隨著時間的延長總體呈現(xiàn)降低、增加、降低的波動趨勢,可能是草甘膦被土壤中的有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)等土壤組分不斷吸附解析,或因微生物及光照等作用發(fā)生降解[15]。施藥后第58天,3個小區(qū)土壤中草甘膦消解率分別為95%、53%和66%(圖3-a、圖3-c1、圖3-d)。草銨膦、乙草胺在土壤中的殘留動態(tài)與草甘膦顯著不同,草銨膦處理后58?d的土壤中草銨膦的消解率為97%,第7天的土壤殘留濃度突然降低可能是取樣不均勻所致(圖3-b);乙草胺殘留逐漸降低,58?d后消解率為99%(圖3-c2)。課題組前期對水培茶苗草甘膦的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)代謝規(guī)律研究發(fā)現(xiàn),草甘膦可經(jīng)茶苗根部吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)到葉部,第5天葉部的累積量達(dá)到最高值,隨后逐漸降低。此次,我們在藥劑噴施后的第5天,采摘草甘膦處理小區(qū)和對照小區(qū)內(nèi)的茶樹新梢,檢測草甘膦的殘留量,發(fā)現(xiàn)處理組與對照組茶樹新梢中草甘膦的殘留量均低于定量限,說明本試驗過程中草甘膦的噴施未造成茶葉中草甘膦殘留,因此草甘膦單次施藥對茶鮮葉中草甘膦殘留影響不大。
試驗結(jié)果表明,與草甘膦相比,草銨膦農(nóng)藥起效快,施藥第7天覆蓋度為9.15%,施藥14?d對野老鸛、續(xù)斷菊、小飛蓬等雜草的防治效果在95%以上,而且草銨膦在土壤中的殘留降解較快,30?d的消解率達(dá)到94%,殘留水平較低(第58天殘留量為0.01?mg·kg-1),因此,草銨膦或許可以作為草甘膦替代性除草劑用于茶園雜草防治。另外,乙草胺對禾本科雜草的出苗率有一定的抑制作用,且乙草胺在土壤中降解相對較快(21?d后的消解率為97%),因此乙草胺可作為禾本科雜草和其他雜草的苗前處理劑。然而,有關(guān)這類除草劑的田間藥效評價需進(jìn)一步利用比較生物量的統(tǒng)計方法加以驗證,且除草劑對茶園土壤生態(tài)環(huán)境及茶葉質(zhì)量安全造成的潛在影響有待于進(jìn)一步評估。
注:a:草甘膦;b:草銨膦;c1和c2:草甘膦+乙草胺;d:草甘膦+助劑,PMG:草甘膦;AMPA:氨甲基膦酸;GLU:草銨膦;ACE:乙草胺
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Weeds Control Effect and Residues of Several Herbicides in Tea Gardens
GAO Wanjun1, ZHANG Yongzhi1, TONG Mengmeng1, MA Huiqin2, QIAN Shanshan3,WANG Tianyu3, LI Yeyun1, WU Huiping2*, HOU Ruyan1*
1. State Key Laboratory of Tea Plant Biology and Utilization, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China;2. School of Plant Protection, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China;3. Public Inspection Institute(Anhui) Co., Ltd, Hefei 230051, China
The weeds control effect of several herbicides (glyphosate, glufosinate and combination of glyphosate-acetochlor and glyphosate-auxiliaries) and the herbicides residues in the soil of treated plots in the tea gardens were compared. The results show that the glufosinate had a faster control effect on the weeds. The coverage of weeds decreased to 9.15% on the 7thtreatment day. The control efficiency of glufosinate to theL.,(L.) Hill.,(L.) Cronqreached more than 95% on the 14thday. Glufosinate showed a faster degradation (the dissipation ratio was 94% on the 30thday) in the soil than the glyphosate (the residue concentration was 0.01?mg·kg-1on the 58thtreatment day). Therefore, glufosinate might be an alternative herbicide for weed control in tea gardens. Acetochlor, as a closed herbicide, had the potential of inhibiting the emergence of gramineous weeds and faster dissipation rate in the soil (the dissipation ratio was 97% on the 21thday), and therefore, it was recommended to control gramineous or the other weeds.
tea garden, herbicide, efficacy, pesticide residue
S571.1;S482
A
1000-369X(2019)05-587-08
2018-12-20
2019-02-19
國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目(2016YFD0200900)、國家自然科學(xué)基金(31772076和31270728)
高萬君,女,碩士,主要從事茶葉化學(xué)與安全方面的研究。*通信作者:whp@ahau.edu.cn;hry@ahau.edu.cn