煙稻輪作田土壤中二氯喹啉酸殘留閾值分析

林建麒 李亞琪 黃一蘭 梁頒捷 程森 陳濤 林智慧 方松

摘 ?要：為明確煙稻輪作田土壤中二氯喹啉酸導(dǎo)致煙草藥害的殘留閾值，研究了稻田不同施藥劑量下二氯喹啉酸的殘留量和降解規(guī)律，分析了殘留量和煙草藥害等級相關(guān)性。結(jié)果表明，土壤中較低濃度的二氯喹啉酸殘留就可導(dǎo)致煙草藥害。稻田推薦劑量的二氯喹啉酸在植煙土壤中半衰期為25.7 d，施用60 d后降解率為77.83%。移栽后60 d，土壤中二氯喹啉酸殘留量與煙草藥害等級呈指數(shù)關(guān)系，殘留閾值為0.006 mg/kg，如超過此閾值，煙草會(huì)產(chǎn)生明顯藥害癥狀。煙田規(guī)劃期即煙草移栽前60 d，二氯喹啉酸殘留風(fēng)險(xiǎn)值為0.072 mg/kg。研究為控制二氯喹啉酸藥害風(fēng)險(xiǎn)和煙田規(guī)劃提供了理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：土壤;二氯喹啉酸;煙草;殘留閾值

Abstract： In order to determine the residual threshold value of quinclorac in tobacco-rice rotation soil， the residue and degradation of quinclorac in the soil under different dosages were studied， and the correlation between the residue of quinclorac and the phytotoxicity level of tobacco was analyzed. The results showed that low concentration of quinclorac residues in soil could lead to tobacco damage. The half-life of quinclorac recommended in rice field was 25.7 days， and the degradation rate was 77.83% after 60 days. At 60 days after transplanting， there was a good exponential relationship between the residual amount of quinclorac and the phytotoxicity level of tobacco， and the residual threshold was 0.006 mg/kg. If the residual threshold was exceeded， tobacco would have obvious phytotoxicity symptoms. During the planning period of tobacco field， i.e. 60 days before transplanting， the residual risk value of quinclorac was 0.072 mg/kg. The research provided theoretical basis and data support for controlling the risk of quinclorac and tobacco field planning.

Keywords： soil; quinclorac; tobacco; residue threshold value.

施用除草劑是煙稻輪作區(qū)農(nóng)田防治雜草的主要方法。二氯喹啉酸（quinclorac）作為稻田稗草的特效選擇性除草劑，因具有較好的防效而被廣泛使用。二氯喹啉酸在土壤中殘留期長，且煙草對其較為敏感，較低濃度就可能導(dǎo)致后茬煙草產(chǎn)生藥害[1]，輕者影響煙葉的采收烘烤，造成減產(chǎn)和品質(zhì)下降，重者絕收，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[2-3]。

近年來，我國學(xué)者針對二氯喹啉酸在煙田土壤殘留檢測[4-5]、安全性評估[6-7]、藥害修復(fù)技術(shù)[8-10]、替代除草劑品種篩選[11]等開展了大量工作，但二氯喹啉酸殘留影響煙葉安全生產(chǎn)的現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生。開展煙稻輪作田土壤中二氯喹啉酸殘留閾值分析，進(jìn)行植煙土壤的除草劑殘留藥害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，合理規(guī)劃煙田，是控制二氯喹啉酸殘留藥害的重要措施[12]。

因此，本研究在明確不同施藥劑量下二氯喹啉酸殘留量和降解率的基礎(chǔ)上，通過殘留量和煙草藥害等級相關(guān)性分析，明確了煙稻輪作田土壤中二氯喹啉酸的殘留閾值，為從源頭控制二氯喹啉酸殘留風(fēng)險(xiǎn)和煙田規(guī)劃提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 ?材料與方法

1.1 ?試劑與儀器

二氯喹啉酸（50%可濕性粉劑）購自江蘇快達(dá)農(nóng)化股份有限公司;二氯喹啉酸標(biāo)準(zhǔn)品（純度>98.0%）購自上海麥克林生化科技有限公司;甲醇、乙腈（色譜純）購自德國Merck公司;甲醇、氯化鈉等試劑（分析純）購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

高效液相色譜儀（Waters，UPLC Acquity）串聯(lián)質(zhì)譜儀（AB SCIEX，QTRAP4500）;色譜柱（Waters，Acquity C18 BEH，50 mm×2.1 mm×1.7 μm）;渦旋混勻器（Vortex Mixer，XH-D）;多管渦旋混合儀（北京優(yōu)晟，UMV-2）;臺(tái)式離心機(jī)（長沙湘鑫，TDZ5-WS）。

1.2 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)于2019年在福建省三明市煙科所和沙縣富口鎮(zhèn)試驗(yàn)田同時(shí)進(jìn)行，試驗(yàn)田未有二氯喹啉酸施藥歷史。土壤類型和基本性質(zhì)見表1。根據(jù)50%可濕性粉劑在水稻田的推薦劑量300 g a.i./hm2，試驗(yàn)設(shè)置為T1-T6和空白對照CK共7個(gè)處理，施藥劑量分別為推薦劑量的5、2、1、0.5、0.2、0.1、0倍。同時(shí)采用T3處理進(jìn)行二氯喹啉酸在土壤中的降解動(dòng)態(tài)研究。隨機(jī)區(qū)組排列并重復(fù)3次，各處理之間設(shè)置保護(hù)行。

煙田前茬作物為水稻，于2018年10月20日收獲，12月2日翻耕，未進(jìn)行稻草還田操作。2019年1月18日對煙田土壤表面均勻噴霧施藥，施藥后立即起壟，移栽煙苗，并嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行田間管理和藥害觀測。分別于移栽后1 d和60 d采集T1-T6處理的土壤樣品，于施藥后1、3、5、7、14、21、28、35、42、60 d采集T3處理的土壤樣品。每小區(qū)隨機(jī)采集煙株根際土壤樣品3份，經(jīng)混合均勻后取100 g左右置于?20 ℃冰箱保存。

1.3 ?煙草藥害觀測

參照YC/T 526—2015煙草除草劑藥害分級及調(diào)查方法對煙株藥害情況進(jìn)行觀測，并進(jìn)行賦值。根據(jù)藥害的嚴(yán)重程度分為6級，賦值分別為0、1、3、5、7、9。觀測時(shí)間為移栽后40、50、60 d，每小區(qū)隨機(jī)觀測10株。

1.4 ?二氯喹啉酸殘留量測定

準(zhǔn)確稱取5 g土壤置于離心管中，加入30 mL甲醇-0.05 mol/L硼砂溶液（9∶1，V∶V），2000 r/min渦旋30 min;加入2 g NaCl后再次渦旋，隨后4000 r/min離心10 min。取上層甲醇溶液10 mL旋轉(zhuǎn)濃縮至近干，加入甲醇定容至2 mL，過0.22 μm濾膜后進(jìn)行UPLC-MSMS分析。為驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性，向土壤樣品分別添加0.01、0.1、1 mg/kg濃度水平的二氯喹啉酸，進(jìn)行添加回收率測定。液相色譜條件為進(jìn)樣量5 μL，柱溫25 ℃，流速0.35 mL/min，流動(dòng)相為V（甲醇）∶V（1%乙酸水溶液）=70∶30;質(zhì)譜條件為電噴霧離子源（ESI+），噴霧電壓5500 V，離子源溫度500 ℃，監(jiān)測離子對242.0/224.0和242.0/188.0，去簇電壓80/80 V，碰撞能量24/20 eV。

1.5 ?數(shù)據(jù)分析

二氯喹啉酸在土壤中的降解動(dòng)態(tài)采用一級動(dòng)力學(xué)方程Ct=C0e-kt擬合。式中，t（d）為時(shí)間，k為降解系數(shù)，C0和Ct（mg/kg）分別為移栽后1 d和t d的濃度。降解半衰期T1/2=ln 2/k，各處理移栽后60 d降解率為D=（C0-Ct）/C0×100。

使用SPSS software（V 20.0）進(jìn)行土壤中二氯喹啉酸殘留濃度和煙草藥害賦值的相關(guān)性分析，并使用指數(shù)方程y=a ln xt+b進(jìn)行擬合。式中，y為煙草藥害等級賦值，xt為土壤中二氯喹啉酸殘留濃度（mg/kg），t為移栽后天數(shù)。移栽后60 d，煙草藥害等級賦值y=0時(shí)土壤中二氯喹啉酸殘留濃度即為殘留閾值，通過方程x60=e-b/a （y=0）進(jìn)行計(jì)算;移栽后1 d，二氯喹啉酸殘留風(fēng)險(xiǎn)值通過方程x1=e-b/a（y=0）計(jì)算;煙田規(guī)劃期即煙草移栽前60 d，土壤中二氯喹啉酸殘留風(fēng)險(xiǎn)值通過方程x-60=x1/（1-D）進(jìn)行估算。

2 ?結(jié) ?果

2.1 ?檢測方法評價(jià)

在3個(gè)添加水平下，二氯喹啉酸在土壤中的平均添加回收率分別為87.1%、91.8%、95.2%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于6%（表2），方法滿足后續(xù)二氯喹啉酸檢測要求。

2.2 ?煙草藥害癥狀

不同移栽時(shí)間煙草藥害癥狀觀測結(jié)果見圖1。移栽后40 d，高濃度處理（T1、T2）和中濃度處理（T3、T4）嚴(yán)重抑制煙株生長，煙株矮小，葉長、葉寬、株高都受到嚴(yán)重抑制，且隨著濃度升高抑制程度加大，而低濃度處理（T5、T6）藥害不明顯。移栽后50 d，高濃度處理（T1、T2）藥害癥狀加重，煙株已不能正常生長，中濃度處理（T3、T4）明顯抑制煙株生長，而低濃度處理（T5、T6）藥害癥狀開始顯現(xiàn)。移栽后60 d煙株進(jìn)入旺長期，高濃度處理（T1、T2）葉型呈線狀或鼠尾狀，煙株不能正常生長甚至死亡;中濃度處理（T3、T4）的典型癥狀為心葉畸形，葉片變窄變厚，不能伸展，葉寬受到抑制，葉緣嚴(yán)重向葉背面翻卷皺縮;低濃度處理（T5、T6）的典型癥狀為心葉輕微皺縮或變形，葉長、葉寬、株高受到輕微抑制，葉緣、葉尖向葉背輕微卷曲。

2.3 ?煙草藥害等級與二氯喹啉酸殘留量

移栽后60 d煙草藥害等級觀測結(jié)果表明，隨著二氯喹啉酸施用劑量增加，煙株藥害癥狀明顯加重，藥害等級明顯提高（表3）。即使施用稻田常規(guī)推薦劑量0.1倍（T6）也會(huì)對煙草產(chǎn)生藥害，而施用推薦劑量（T3）會(huì)嚴(yán)重影響煙株生長。移栽后1 d，施用推薦劑量（T3）的二氯喹啉酸在土壤中的殘留量達(dá)到0.23 mg/kg。移栽后60 d，土壤中的二氯喹啉酸的殘留量較移栽后1 d明顯降低，且不同處理的降解率大致相同，分布在67.10%～77.83%之間。

2.4 ?二氯喹啉酸殘留降解動(dòng)態(tài)

稻田常規(guī)推薦劑量處理（T3）下，二氯喹啉酸在土壤中的降解規(guī)律符合一級動(dòng)力學(xué)方程 ，R2=0.9793（圖1）。通過方程計(jì)算得到二氯喹啉酸在土壤中的半衰期為25.7 d，施藥后60 d的降解率為77.8%。

2.5 ?煙草藥害等級和二氯喹啉酸殘留量相關(guān)分析

采用T3-T6的煙草藥害等級和二氯喹啉酸殘留量進(jìn)行指數(shù)方程擬合。移栽后1 d和60 d土壤中二氯喹啉酸殘留量均與移栽后60 d煙草藥害等級呈現(xiàn)良好的相關(guān)性（圖2、3）。通過方程計(jì)算，移栽后1 d，土壤中二氯喹啉酸的殘留風(fēng)險(xiǎn)值為0.016 mg/kg;移栽后60 d，土壤中二氯喹啉酸的殘留閾值為0.006 mg/kg，如超過此閾值，煙株會(huì)呈現(xiàn)明顯藥害癥狀。

3 ?討 ?論

作為煙稻輪作區(qū)影響煙草種植的主要風(fēng)險(xiǎn)除草劑，二氯喹啉酸主要通過影響煙草體內(nèi)激素調(diào)節(jié)酶的活性，使煙株生長代謝不能正常進(jìn)行，導(dǎo)致藥害癥狀，進(jìn)而影響煙葉的安全生產(chǎn)[13-14]。有關(guān)二氯喹啉酸導(dǎo)致煙草藥害產(chǎn)生的報(bào)道很多，鐘秋瓚等[2]研究表明二氯喹啉酸施用會(huì)對煙草葉片產(chǎn)生抑制作用，并嚴(yán)重影響烤后煙葉的上等煙比例。因此，開展植煙土壤除草劑殘留風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，進(jìn)而對煙田進(jìn)行合理規(guī)劃，可有效控制二氯喹啉酸殘留導(dǎo)致的煙草藥害風(fēng)險(xiǎn)。

二氯喹啉酸的降解與土壤理化性質(zhì)和環(huán)境條件密切相關(guān)[15]。前人研究表明，二氯喹啉酸在土壤中的降解半衰期一般在30 d左右，而在酸性土壤中半衰期更長。在水稻田常規(guī)推薦劑量下，本研究表明二氯喹啉酸的半衰期為25.7 d，與前人的研究結(jié)果基本一致[3，16]。二氯喹啉酸在土壤中降解較慢，因此施用后極易在土壤中殘留，導(dǎo)致后茬煙草藥害的產(chǎn)生。

煙草藥害狀況存在動(dòng)態(tài)變化，受二氯喹啉酸脅迫時(shí)間和濃度的共同影響。高濃度處理（T1/T2）從移栽后40 d就明顯抑制煙草生長;而低濃度處理（T5、T6）到移栽后40 d沒有呈現(xiàn)藥害癥狀，移栽后50 d開始呈現(xiàn)藥害癥狀，到移栽后60 d藥害癥狀非常典型。因此對移栽后60 d的殘留閾值進(jìn)行了分析。

通過煙草藥害等級與土壤中二氯喹啉酸殘留量進(jìn)行相關(guān)性分析，本研究確定了土壤中二氯喹啉酸導(dǎo)致煙草藥害產(chǎn)生的殘留閾值為0.006 mg/kg，與張倩等[1]、劉詠松等[6]的研究結(jié)果大致相同。二氯喹啉酸在土壤中的殘留量存在動(dòng)態(tài)降解變化，僅僅確定藥害產(chǎn)生的殘留閾值難以合理規(guī)避煙草種植風(fēng)險(xiǎn)，而目前尚無煙田規(guī)劃期土壤中二氯喹啉酸殘留風(fēng)險(xiǎn)值的相關(guān)報(bào)道。如果移栽前60 d施藥后進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)律研究，到施藥后120 d低濃度處理（T5、T6）煙草產(chǎn)生明顯藥害時(shí)，土壤中的二氯喹啉酸含量有可能無法檢出或準(zhǔn)確定量，所以采用移栽時(shí)施藥，并采用移栽后60 d二氯喹啉酸降解動(dòng)態(tài)規(guī)律反推殘留風(fēng)險(xiǎn)值。根據(jù)煙區(qū)生產(chǎn)實(shí)際需求，一般在移栽前60 d左右進(jìn)行煙田規(guī)劃。依據(jù)不同處理二氯喹啉酸施用60 d后在土壤中的最大降解率77.83%，結(jié)合移栽后1 d殘留風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行估算，煙區(qū)規(guī)劃期二氯喹啉酸殘留風(fēng)險(xiǎn)值為0.072 mg/kg。如超過此風(fēng)險(xiǎn)值，則土壤中殘留的二氯喹啉酸易導(dǎo)致煙草產(chǎn)生藥害，有較大安全隱患。

4 ?結(jié) ?論

研究表明，煙稻輪作田中較低濃度的二氯喹啉酸殘留就可導(dǎo)致煙草藥害產(chǎn)生。稻田推薦劑量的二氯喹啉酸在植煙土壤中半衰期為25.7 d，施用60 d后降解率為77.83%。移栽后60 d，土壤中二氯喹啉酸的殘留閾值為0.006 mg/kg，如超過此殘留閾值，煙草會(huì)產(chǎn)生明顯藥害癥狀。煙田規(guī)劃期即煙草移栽前60 d，植煙土壤中二氯喹啉酸的殘留風(fēng)險(xiǎn)值為0.072 mg/kg。篩查煙稻輪作田土壤中二氯喹啉酸殘留量，合理規(guī)劃煙田布局，是有效規(guī)避和控制煙草藥害風(fēng)險(xiǎn)的重要措施。

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