高效液相色譜法測(cè)定砂土和壤土中敵草隆殘留消解動(dòng)態(tài)

張嘉宇，楊德松

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆綠洲農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害治理與植保資源利用自治區(qū)普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 石河子 832003)

農(nóng)藥污染現(xiàn)已成為一個(gè)世界性問(wèn)題,對(duì)土壤的危害最為嚴(yán)重。而土壤是一個(gè)復(fù)雜的多介質(zhì)多界面系統(tǒng),隨著農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展理念的提出,土壤質(zhì)量成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn),因此,農(nóng)藥在土壤中的消解行為研究具有較強(qiáng)的科學(xué)價(jià)值與指導(dǎo)意義[1]。而新疆作為棉花優(yōu)勢(shì)主產(chǎn)區(qū),棉花種植面積2 540.5 khm2，產(chǎn)量占全國(guó)棉花的比重為74.4%,當(dāng)前新疆種植棉花98%都是機(jī)采棉,棉花脫葉是植棉全程機(jī)械化的重要組成部分,直接影響的棉花的品質(zhì)、采收的質(zhì)量和效率。棉花脫葉劑效果的好壞決定著最終棉花的整體收成,因此敵草隆以復(fù)配的形式作為脫葉劑在新疆棉田發(fā)揮著重要的作用。近年來(lái),除草劑的銷售增長(zhǎng)率遠(yuǎn)高于殺蟲(chóng)劑和殺菌劑,約占到農(nóng)藥產(chǎn)量比重的1/3[2-3]。除草劑作為一種重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料,在保護(hù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、促進(jìn)糧食穩(wěn)定增產(chǎn)和農(nóng)民持續(xù)增收上發(fā)揮著極其重要的作用。但在除草劑品種持續(xù)增加、效能不斷提高的同時(shí),也帶來(lái)了一系列環(huán)境問(wèn)題[4-5]。除草劑的大量使用超出了環(huán)境的自然清解能力,直接污染著大氣、水體、土壤等自然環(huán)境,這些殘留的除草劑對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的不良影響已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注[6-7]。敵草隆(diuron)屬于取代脲類除草劑,取代脲類除草劑是一類廣譜、內(nèi)吸性除草劑,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。它們?cè)谧匀唤缰械陌胨テ谳^長(zhǎng),對(duì)環(huán)境具有明顯的不良影響[8]。研究[9-12]發(fā)現(xiàn),敵草隆的吸附行為也與土壤中的有機(jī)質(zhì)含量有關(guān),其吸附系數(shù)有隨土壤有機(jī)質(zhì)含量增高而增大的趨勢(shì)。因此，在有機(jī)質(zhì)含量低的土壤里,敵草隆容易產(chǎn)生淋失滲漏而導(dǎo)致水環(huán)境污染。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)于除草劑的測(cè)定方法較多,主要涉及土壤、植物等[13-16],但對(duì)于敵草隆在土壤中的殘留消解動(dòng)態(tài)研究較少,本研究利用高效液相色譜法(HPLC)對(duì)敵草隆在不同土質(zhì)中的殘留消解動(dòng)態(tài)進(jìn)行了研究。高效液相色譜法適于溶解后能制成溶液的樣品(包括有機(jī)介質(zhì)溶液),不受樣品揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性的限制,對(duì)分子量大、難氣化、熱穩(wěn)定性差的生化樣品及高分子和離子型樣品均可檢測(cè)。部分農(nóng)藥由于具有揮發(fā)性和熱不穩(wěn)定性,使用氣相色譜法氣化時(shí)容易發(fā)生分解,從而使立體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,使得檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)可靠性變差,而采用高效液相色譜分析,可以有效克服這一缺點(diǎn)。同時(shí)，高效液相色譜法有著快速簡(jiǎn)便、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥殘留的檢測(cè)中[17-18]。本文為了評(píng)估敵草隆在不同土壤質(zhì)地中的殘留消解動(dòng)態(tài),在田間試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用高效液相色譜法,對(duì)敵草隆在砂土及壤土中的殘留、消解動(dòng)態(tài)進(jìn)行了研究,為敵草隆在土壤中的合理利用提供了理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試藥劑及儀器

供試藥劑：540 g/L噻苯·敵草隆懸浮劑SC(360 g/L噻苯隆+180 g/L敵草隆)購(gòu)于江蘇輝豐生物農(nóng)業(yè)股份有限公司；敵草隆標(biāo)準(zhǔn)品(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.8%)購(gòu)于德國(guó)Dr.Ehrenstorfer公司；乙腈(色譜純)；氯化鈉。

供試儀器：高效液相色譜儀(Waters e2695 Separations Module)；渦旋振蕩器；電子分析天平；高速臺(tái)式離心機(jī)；超聲波清洗器。

1.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)參照《農(nóng)藥殘留試驗(yàn)準(zhǔn)則(NY/T 788—2004)》進(jìn)行[19]和《農(nóng)藥登記殘留田間試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程》[20]。

1.2.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)地點(diǎn)：新疆石河子市石河子大學(xué)試驗(yàn)站；

試驗(yàn)時(shí)間：2018年9—11月；

供試土壤：砂土和壤土地塊進(jìn)行土壤消解動(dòng)態(tài)試驗(yàn)；

噴施劑量：參照產(chǎn)品說(shuō)明推薦使用劑量,并根據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)整。540 g/L噻苯·敵草隆懸浮劑于砂土和壤土中噴施3種濃度,分別為：推薦用藥量180 mL/hm2；0.5倍用藥量90 mL/hm2；2倍用藥量360 mL/hm2。

小區(qū)面積：如圖1所示,91 m2(13 m×7 m),劃分為8個(gè)區(qū)域,其中2個(gè)清水噴施作為對(duì)照,并設(shè)置隔離帶。將配制好的3種不同濃度藥劑分別均勻噴施于砂土及壤土中,采用五點(diǎn)采樣法于施藥后的1、5、7、14、21、30、45 d采集土壤,采集量不少于1 kg,存于密封袋中,貼好標(biāo)簽,置于-20 ℃冰箱內(nèi),待測(cè)。

圖1 供試小區(qū)示意圖

1.3 分析方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)品母液的配制

準(zhǔn)確稱取敵草隆標(biāo)準(zhǔn)品并用乙腈溶解配置成濃度為100 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)品母液備用,于-20 ℃保存。

1.3.2 土壤樣品的前處理

土壤采集后風(fēng)干研磨過(guò)2 mm篩備用。用電子天平準(zhǔn)確稱取土壤樣品10 g至50 mL離心管內(nèi),分別加入3%氨水2 mL和乙腈8 mL,渦旋震蕩提取10 min。再加入NaCl4 g鹽析促使水相和有機(jī)相分離,繼續(xù)渦旋震蕩2 min,將離心管置于4000 r/min的離心機(jī)內(nèi)高速離心5 min。取上清液1 mL過(guò)0.22 μm有機(jī)濾膜后,將其注入進(jìn)樣小瓶,待測(cè)。

1.3.3 色譜條件

高效液相色譜儀HPLC(Waters e2695 Separations Module)。色譜柱：5 μm×4.6 mm×250 mm。流動(dòng)相：甲醇與水的體積比為60:40；流速1 mL/min。柱溫：35 ℃,測(cè)定波長(zhǎng)：254 nm。進(jìn)樣量20 μL。

1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

將配制好的100 mg/L敵草隆標(biāo)準(zhǔn)品母液,用乙腈分別稀釋成質(zhì)量濃度為0.01、0.05、0.1、1、5 mg/L的系列標(biāo)樣工作溶液,于1.3.3條件下進(jìn)行測(cè)定。

1.3.5 添加回收率

將配制好的100 mg/L敵草隆標(biāo)準(zhǔn)品母液,按照0.01、0.05、1 mg/kg的添加量分別添加到空白土壤樣品中。每個(gè)添加量重復(fù)5次平行試驗(yàn)。按照1.3.2方法進(jìn)行提取和凈化,測(cè)定回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

試驗(yàn)采用外標(biāo)定量法,以敵草隆標(biāo)準(zhǔn)品濃度為橫坐標(biāo)(X),以色譜峰的面積為縱坐標(biāo)(Y)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線圖,并進(jìn)行線性回歸分析,獲得的標(biāo)準(zhǔn)曲線(見(jiàn)圖2)為：y=5.47×104x+3.47×103(R2=0.99),相對(duì)保留時(shí)間為5.66 min。結(jié)果表明,在0.01～5 mg/L內(nèi),敵草隆的質(zhì)量濃度與其峰面積有著良好的線性關(guān)系(見(jiàn)圖3)。

圖2 敵草隆的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

圖3 敵草隆的標(biāo)樣色譜圖

2.2 方法的準(zhǔn)確度和精密度

敵草隆在空白土樣中的添加量分別為0.01、0.05、1 mg/kg,按照上述1.3.2方法處理并用高效液相色譜法進(jìn)行檢測(cè),測(cè)定的土樣中敵草隆的添加回收率為94.90%～95.72%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.93%～1.64%之間(見(jiàn)表1),符合要求,可用于敵草隆農(nóng)藥殘留的檢測(cè)。

表1 敵草隆在土樣中的添加回收率

2.3 砂土和壤土中敵草隆的消解動(dòng)態(tài)

用360 g/L噻苯隆·180 g/L敵草隆均勻噴施于砂土和壤土中。由表2可知,在0.5倍用藥量(90 mL/hm2)噴施時(shí),敵草隆在砂土中的原始沉積量分別為0.41、0.38、0.27、0.23、0.16、0.12、0.05 mg/kg；標(biāo)準(zhǔn)用藥量(180 mL/hm2)噴施時(shí),敵草隆在砂土中的原始沉積量分別為0.79、0.68、0.54、0.48、0.38、0.18、0.12 mg/kg；2倍用藥量(360 mL/hm2)噴施時(shí),敵草隆在砂土中的原始沉積量分別為1.62、1.31、0.92、0.71、0.42、0.37、0.26 mg/kg。360 g/L噻苯隆·180 g/L敵草隆0.5倍用藥量(90 mL/hm2)噴施時(shí),敵草隆在壤土中的原始沉積量分別為0.48、0.39、0.33、0.29、0.18、0.14、0.11 mg/kg；標(biāo)準(zhǔn)用藥量(180 mL/hm2)噴施時(shí),敵草隆在壤土中的原始沉積量分別為0.82、0.63、0.42、0.36、0.32、0.2、0.19 mg/kg；2倍用藥量(360 mL/hm2)噴施時(shí),敵草隆在壤土中的原始沉積量分別為1.66、1.51、1.12、0.87、0.56、0.51、0.46 mg/kg。

表2 敵草隆在砂土和壤土中的殘留量

注：S、R分別為砂土和壤土；1、2、3為3種噴施濃度：360 g/L噻苯隆180 g/L敵草隆0.5倍用藥量90 mL/hm2；標(biāo)準(zhǔn)用藥量180 mL/hm2；2倍用藥量360 mL/hm2。

結(jié)果表明,相同濃度的藥劑噴施于不同土壤,敵草隆在砂土中的殘留低于壤土。隨著時(shí)間的延長(zhǎng),敵草隆在土壤中的殘留不斷降低。且隨著濃度的增高,敵草隆在土壤中的殘留量也逐漸增多。

由圖4可知,敵草隆在砂土和壤土中的消解動(dòng)態(tài)均符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程Ct=C0ekt,其中C0為施藥后敵草隆的原始沉積量,k為消解速率常數(shù),Ct為殘留量,t為取樣時(shí)間；半衰期的計(jì)算公式為T(mén)1/2=ln2/k。

360 g/L噻苯隆·180 g/L敵草隆在0.5倍用藥量(90 mL/hm2)噴施時(shí),敵草隆在砂土中的消解動(dòng)力學(xué)方程為Ct=0.433e-0.047t,半衰期為14.7 d；標(biāo)準(zhǔn)用藥量(180 mL/hm2)噴施時(shí),敵草隆在砂土中的消解動(dòng)力學(xué)方程為Ct=0.824e-0.044t,半衰期為15.8 d；2倍用藥量(360 mL/hm2)噴施時(shí),敵草隆在砂土中的消解動(dòng)力學(xué)方程為Ct=1.379e-0.042t,半衰期為16.5 d。在0.5倍用藥量(90 mL/hm2)噴施時(shí),敵草隆在壤土中的消解動(dòng)力學(xué)方程為Ct=0.444e-0.034t,半衰期為20.4 d；標(biāo)準(zhǔn)用藥量(180 mL/hm2)噴施時(shí),敵草隆在壤土中的消解動(dòng)力學(xué)方程為Ct=0.652e-0.032t,半衰期為21.7 d；2倍用藥量(360 mL/hm2)噴施時(shí),敵草隆在壤土中的消解動(dòng)力學(xué)方程為Ct=1.470e-0.031t,半衰期為22.4 d。

圖4 不同濃度敵草隆在砂土和壤土中的消解動(dòng)態(tài)

由表3可知,不同濃度的敵草隆噴施于同樣質(zhì)地的土壤中,隨著敵草隆藥劑濃度增大,半衰期逐漸延長(zhǎng)；在噴施相同濃度的敵草隆于不同的土質(zhì)中時(shí),敵草隆在砂土中的半衰期明顯低于壤土。

表3 敵草隆在砂土和壤土中的消解動(dòng)力學(xué)方程及相關(guān)參數(shù)

3 結(jié)果與討論

3.1 結(jié)果

本試驗(yàn)采用高效液相色譜法建立快速準(zhǔn)確的敵草隆在土壤中的殘留分析方法,對(duì)比砂土和壤土在不同的時(shí)間的藥品殘留量。試驗(yàn)結(jié)果表明敵草隆在0.01～5 mg/kg內(nèi)有良好的線性關(guān)系,靈敏度、準(zhǔn)確度均符合要求,且目標(biāo)峰分離效果較好；敵草隆在砂土和壤土中的消解動(dòng)態(tài)均符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程,且與施藥濃度有關(guān),施用藥品濃度越大,其在土壤中消解越慢；同樣濃度的藥劑噴施于2種土壤中,敵草隆在砂土中的消解速度明顯快于壤土,在砂土中的半衰期為14.7～16.5 d,在壤土中的半衰期為20.4～22.4 d。本研究為敵草隆在田間的合理使用提供依據(jù)。

3.2 討論

敵草隆是一種兼具內(nèi)吸和觸殺作用的取代脲類除草劑。它被植物的根和葉吸收入植物體后通過(guò)抑制植物的光合作用,致使葉面變黃,最終死亡。敵草隆普遍以復(fù)配的形式被廣泛用于棉田,因此棉花脫葉劑的使用成為新疆機(jī)采棉中重要的組成部分。但連續(xù)多年普遍使用除草劑,會(huì)使其殘留于土壤,不但易對(duì)后茬農(nóng)作物產(chǎn)生藥害,影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì),也會(huì)對(duì)土壤的理化性質(zhì)和生物多樣性產(chǎn)生不良影響。

(1)本研究采用高效液相色譜法檢測(cè)敵草隆在不同土壤中的殘留消解動(dòng)態(tài),敵草隆的相對(duì)保留時(shí)間為5.66 min,不同于其他相關(guān)文獻(xiàn)[21-23]的報(bào)道,這可能與檢測(cè)時(shí)所使用的儀器、檢測(cè)條件和檢測(cè)方法不同有關(guān)。敵草隆在土壤中的添加回收率為94.9%～95.72%,最低檢測(cè)濃度為0.01 mg/kg,因此,本研究中的方法可以滿足敵草隆殘留分析的要求。

(2)已有研究[24-26]表明,農(nóng)藥施用于不同質(zhì)地的土壤中,土壤的吸附能力也不同。本試驗(yàn)對(duì)施用于2種不同的土壤質(zhì)地中的敵草隆殘留消解動(dòng)態(tài)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,敵草隆在砂土和壤土中的消解動(dòng)態(tài)有明顯差異,相同濃度的藥劑噴施于不同土壤中,敵草隆在砂土中的殘留低于壤土。這可能是與2種土壤性質(zhì)有著明顯的差異,砂土通透性強(qiáng),通氣良好,好氣性微生物活動(dòng)占優(yōu)勢(shì),可以促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解,有機(jī)質(zhì)礦質(zhì)化加快,且土壤疏松,易耕作；而壤土顆粒組成中黏粒、粉粒、砂粒含量適中,質(zhì)地介于黏土和砂土之間,兼有黏土和砂土的優(yōu)點(diǎn),通氣透水、保水保溫性能都較好,因此,造成了敵草隆在不同土質(zhì)中殘留消解動(dòng)態(tài)也有所不同。

(3)敵草隆在土壤中的半衰期與種植的作物、種植地點(diǎn)、土壤性質(zhì)、溫度等均有著密切的關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn),敵草隆在土壤中的消解動(dòng)態(tài)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程,且與施用濃度有關(guān),施用藥品濃度越大,其在土壤中消解越慢；敵草隆在土壤中的半衰期為14.7～22.4 d。馮義志[8]等研究表明敵草隆在棉田土壤中的半衰期為11.4～18.9 d。謝夢(mèng)醒[27]研究表明敵草隆在安徽宣城試驗(yàn)點(diǎn)甘蔗土壤中的消解半衰期為11.96～21.36 d；在廣東湛江試驗(yàn)點(diǎn)敵草隆在土壤中消解半衰期為10.36～12.57 d。在不同研究中敵草隆的半衰期也各不相同,其影響因素很多,包括溫度、土壤性質(zhì)、種植作物、氣候差異等。