陜西蘋果園土壤毒死蜱施藥期殘留與風(fēng)險評價

師榮光　鄭向群　賈皎皎　劉愛風(fēng)　許萌萌　趙宗山

摘要：毒死蜱作為一種廣譜有機磷殺蟲劑，因具有神經(jīng)毒性、遺傳毒性及內(nèi)分泌干擾作用而受到人們關(guān)注。以陜西省長武縣某蘋果園為例，研究毒死蜱施藥前后，土壤中毒死蜱等11種常見農(nóng)藥的殘留變化趨勢，并對幾個特殊的高值點站位進(jìn)行重點探討。以蚯蚓為參照生物，對土壤農(nóng)藥進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險評價。結(jié)果表明，毒死蜱等11種農(nóng)藥總殘留量在施藥后均呈先上升后下降的趨勢，對高值點站位具有主要貢獻(xiàn)的農(nóng)藥分別為毒死蜱、戊唑醇、滅幼脲和苯醚甲環(huán)唑。環(huán)境風(fēng)險評價結(jié)果表明，具有低、中、高風(fēng)險的農(nóng)藥數(shù)量分別占比36.4%、27.3%、36.4%，且毒死蜱在噴藥后5 d 仍處于較高的風(fēng)險水平。因此，應(yīng)建議當(dāng)?shù)剞r(nóng)民減少或避免毒死蜱的使用，選用環(huán)境友好型的生物源農(nóng)藥作替代藥品。

關(guān)鍵詞：土壤;蘋果園;農(nóng)藥;毒死蜱;殘留量;風(fēng)險評估

中圖分類號： X592文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）07-0209-05

陜西省為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部確定的“中國蘋果優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)帶”，陜西蘋果也成為我國原產(chǎn)地保護產(chǎn)品[1]。在我國，蘋果種植過程中的病蟲草害防治工作長期依賴于農(nóng)藥，且農(nóng)民經(jīng)濟和文化水平普遍較低、環(huán)境保護意識淡薄，往往會出現(xiàn)盲目使用農(nóng)藥的情況，對生態(tài)環(huán)境及人類健康等產(chǎn)生負(fù)面影響[2]。毒死蜱作為一種應(yīng)用廣泛的廣譜有機磷殺蟲劑，在使用過程中被大量地殘留并累積于土壤環(huán)境中[3-4]。然而，多項研究表明，毒死蜱具有神經(jīng)毒性、遺傳毒性及內(nèi)分泌干擾作用[3，5]。自2016年12月31日起，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部已明令禁止毒死蜱在蔬菜種植上使用[6]。而在美國和歐洲，毒死蜱仍然應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[7-8]。本研究以陜西省咸陽市蘋果種植土壤為研究對象，探究毒死蜱施藥期間，11種農(nóng)藥土壤殘留量及時空分布變化，重點對毒死蜱進(jìn)行討論，并進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險暴露評價，以期為所涉及農(nóng)藥的安全使用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集及制備

本研究以陜西省咸陽市長武縣某蘋果園作為采樣區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)設(shè)置8個試驗區(qū)和12個對照區(qū)，采用全球定位系統(tǒng)（GPS）儀器進(jìn)行經(jīng)緯度定位，具體站位分布見圖1。采樣時間為2018年3月，于試驗區(qū)噴施農(nóng)藥的前1 d及施藥后1、3、5 d進(jìn)行4次采樣，本次噴施農(nóng)藥為毒死蜱。采樣時，每個站位取3個采樣點，將3部分土壤充分混勻為該站位土壤樣品。土壤樣品采集后去除砂礫、植物根系等異物，用四分法取小部分冷凍干燥，研磨并過40目篩，最后儲存在-20 ℃的冰箱中待分析。

1.2 樣品處理與分析

將5 g土壤樣品放入玻璃離心管中，加入3 g無水Na2SO4和30 mL二氯甲烷/丙酮（體積比為2 ∶1，含0.1%甲酸），渦旋振蕩5 min，室溫下超聲20 min，使樣品與溶劑充分接觸。離心機離心（3 000 r/min，5 min）后收集上清液于雞心瓶中。重復(fù)提取3次，合并提取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干。用1 mL甲醇充分潤洗雞心瓶，加入100 mg伯仲胺（PSA）鍵合硅膠，1 850 mg 十八烷基硅烷（型號為LC-C18，40～63 μm）進(jìn)行凈化。上清液經(jīng)有機相尼龍濾器（0.22 μm）過濾后， 加水（體積比為20%）稀釋后，采用超高壓液相色譜-靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜進(jìn)行分析。

儀器分析條件如下：（1）UHPLC條件：ACQUITY UPLC BEH C18色譜柱（100 mm×2.1 mm，1.7 μm），流動相分別為0.1%甲酸水溶液（A）和0.1%甲酸乙腈溶液（B）。按照0～3 min，10% B;3～20 min，10% B～100% B;20～22 min，100% B;22～23 min，100% B～10% B;23～25 min，10% B的梯度進(jìn)行洗脫。（2）質(zhì)譜HRMS條件：毛細(xì)管電壓為3.5 kV;離子傳輸管溫度為350 ℃;脫溶劑氣（N2）流速為650 L/h;第一級質(zhì)量分析器（MS1）掃描范圍為100～800 m/z;第二級質(zhì)量分析器（MS2）CID碰撞能量為30%。

1.3 質(zhì)量控制保證

對該方法的線性、檢測限、回收率、基質(zhì)效應(yīng)和精密度進(jìn)行評估。將11種混合農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，以甲醇與水體積比為80 ∶20的比例采用連續(xù)稀釋法制備一系列的混合農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度梯度為1、2、5、10、20、50、100、500 μg/L），并建立標(biāo)準(zhǔn)曲線（r2>0.99）。以空白土壤樣品作基質(zhì)，本研究的方法檢出限（method detection limit，簡稱MDL）取基線噪聲的3倍值（S/N=10），范圍為0.2～1.5 ng/g dw。方法定量限（method quantification limits，簡稱MQLs），取基線噪聲的10倍值（S/N=10），范圍為0.6～4 ng/g（干質(zhì)量）。方法驗證MQLs與HPLC-ESI-MS/MS法（1～20 ng/g）測得的結(jié)果相當(dāng)。在土壤樣品中分別添加11種目標(biāo)農(nóng)藥的混合標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液，濃度分別為10、100、500 ng/g（干質(zhì)量），回收率范圍為68.4%～102.4%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，簡稱RSD）小于10.5%。另外，同時檢測了10、100 ng/g（干質(zhì)量）等2個加標(biāo)樣品的日內(nèi)精密度和日間精密度，分別為1.0%～4.5%、2.3%～4.4%。

1.4 農(nóng)藥環(huán)境風(fēng)險評估

本研究基于European Chemicals Agency等提出的混合物風(fēng)險評估方法[9-11]，實際應(yīng)用于咸陽地區(qū)蘋果園土壤，對土壤中農(nóng)藥的風(fēng)險進(jìn)行評估。方法包含2個步驟，首先計算每種農(nóng)藥的預(yù)測無效應(yīng)濃度（predicted no effect concentration，簡稱PNEC），然后將實測的環(huán)境濃度（predicted environmental concentration，簡稱PEC）與PNEC比較得到風(fēng)險商（risk quotient，簡稱RQ）。根據(jù)RQ的大小確定風(fēng)險等級：0.011.00，高風(fēng)險[12]。RQ計算公式：

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果土壤農(nóng)藥殘留總量分析

由表1可知，11種農(nóng)藥檢出率為100%。其中主要檢出物有苯醚甲環(huán)唑[0.79～4 724.43 ng/g，平均值為（140.21±542.05） ng/g]、滅幼脲[1.40～3 251.19 ng/g，平均值為（141.74±423.10） ng/g]、戊唑醇[3.03～3 799.09 ng/g，平均值為（357.96±545.24） ng/g]和毒死蜱[3.20～11 672.71 ng/g，平均值為（968.65±1 873.06） ng/g]。其他7種農(nóng)藥也有不同量的檢出。啶蟲脒[0.01～6.26 ng/g，平均值為（0.39±0.79） ng/g]、三唑醇[0.07～4.13 ng/g，平均值為（0.66±0.77） ng/g]和三唑酮[0.09～5.11 ng/g，平均值為（0.77±0.91） ng/g]在土壤中的殘留量較低。毒死蜱是本次采樣期間試驗區(qū)噴施的農(nóng)藥，其在土壤中的殘留量明顯較高，且站位間波動大。另外，毒死蜱的半衰期高達(dá)386 d，在土壤中不容易降解，考慮到毒死蜱對生態(tài)環(huán)境及人類可能產(chǎn)生的不良影響，應(yīng)當(dāng)對其加強防范。

本研究選取的采樣區(qū)域為蘋果種植林地，且試驗區(qū)與試驗區(qū)周邊蘋果園之間沒有明顯界限，由于各地塊間存在農(nóng)藥化肥施用、除草、松土、蘋果樹品種等多方面差異，因此在后期樣品的實驗室分析及數(shù)據(jù)處理階段，不可避免地出現(xiàn)特殊情況，但蘋果土壤農(nóng)藥殘留的時空變化除去個別站位外，從整體上看具有明顯的趨勢。

圖2為打藥前后，蘋果園土壤中11種農(nóng)藥的總殘留量變化趨勢。從時間維度看，土壤中的農(nóng)藥總殘留量在農(nóng)藥噴施后1 d內(nèi)急劇升高，總殘留量最高的站位高達(dá)14 548.51 ng/g，平均值為3 801.47 ng/g，約為打藥前1 d（平均值為1 528.50 ng/g）的2.5倍。農(nóng)藥噴施后3 d和5 d土壤中農(nóng)藥殘留量（平均值分別為1 110.47、1 200.00 ng/g）已明顯下降至與噴施前基本持平。從空間維度看，試驗區(qū)（站位1～8）和對照區(qū)（站位9～20）基本呈現(xiàn)打藥后殘留量先上升后迅速下降并保持穩(wěn)定的趨勢。站位1含量偏低及站位7含量較高主要是由于農(nóng)民噴施農(nóng)藥不均所致。對照區(qū)土壤中存在一些特殊點，如站位14，可能由于該站位存在點源污染、地勢及風(fēng)向等原因造成該處土壤農(nóng)殘量異常偏高。整體上看，農(nóng)藥噴施后1 d采樣試驗區(qū)土壤農(nóng)藥殘留量（平均值為4 465.12 ng/g）約為對照區(qū)（平均值為2 341.81 ng/g，除去特殊站位14）的1.9倍。其他時間的樣品2個區(qū)域農(nóng)藥殘留量則無明顯差異（除個別特殊點外）。綜上所述，蘋果園土壤中11種農(nóng)藥總殘留量在農(nóng)藥噴施后基本呈現(xiàn)迅速上升、快速下降并穩(wěn)定于一定的殘留量的狀態(tài)。

2.2 特殊站位分析

在農(nóng)藥殘留總量（圖2）的比較中發(fā)現(xiàn)，站位12、13、14土壤中農(nóng)藥殘留量明顯高于周邊水平，而這3個站位屬于對照區(qū)，種植作物及使用的農(nóng)藥均具有多樣性，需進(jìn)行進(jìn)一步分析。圖3為站位12～14農(nóng)藥殘留量分析柱狀圖，由圖2可以明顯看出，3個站位11種農(nóng)藥的總含量變化趨勢同樣遵循打藥前1 d土壤殘留量較低，打藥后1 d明顯升高，之后明顯降低的趨勢。

由圖3可知，對土壤農(nóng)藥殘留起主要貢獻(xiàn)的除毒死蜱以外，還包括戊唑醇、滅幼脲、苯醚甲環(huán)唑等3種農(nóng)藥。毒死蜱的殘留量較高且隨著采樣時間的不同明顯呈規(guī)律性變化， 主要原因首先是對照區(qū)也有蘋果樹的種植，在噴施農(nóng)藥種類和時間上與試驗區(qū)具有一致性;其次試驗區(qū)在毒死蜱噴施之后，經(jīng)過大氣漂移會有一部分落入對照區(qū)，而12～14號站位臨近試驗區(qū)，更易受到試驗區(qū)的影響。這3個站位中，毒死蜱對農(nóng)藥總殘留量的貢獻(xiàn)率為（40.3±21.2）%。

戊唑醇是一種高效、廣譜、內(nèi)吸性三唑類殺菌農(nóng)藥，主要用作種子處理和葉面噴施，以防治小麥、水稻、蘋果等作物的多種真菌病害。采樣期間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對照區(qū)種植作物中有小麥，因此極有可能使用戊唑醇。苯醚甲環(huán)唑?qū)儆谌蝾悮⒕鷦踩暂^高，廣泛應(yīng)用于果樹、蔬菜等作物，可有效防治黑星病、黑痘病等。滅幼脲對鱗翅目幼蟲具有很好的殺蟲活性，對益蟲和蜜蜂等膜翅目昆蟲和森林鳥類幾乎無害，主要用于防治潛葉蛾、茶黑毒蛾等害蟲。12～14號站位土壤中戊唑醇、苯醚甲環(huán)唑和滅幼脲對11種農(nóng)藥殘留總量的貢獻(xiàn)率分別為（23.9±15.3）%、（17.2±14.2）%、（8.8±12.7）%。綜上所述，特殊高值點站位主要殘留農(nóng)藥為毒死蜱、戊唑醇、苯醚甲環(huán)唑和滅幼脲，其他7種農(nóng)藥的殘留貢獻(xiàn)率之和僅為10%左右。

2.3 噴施農(nóng)藥毒死蜱土壤殘留量變化趨勢分析

本研究采樣以毒死蜱的噴施為參考時間節(jié)點，分別采集噴施前1 d以及噴施后1、3、5 d土壤樣品。分析發(fā)現(xiàn)，試驗區(qū)土壤中毒死蜱殘留量在4批樣品中發(fā)生了明顯的變化（圖4）。噴藥前1 d，土壤中毒死蜱含量非常低，試驗區(qū)僅為（81.24±35.99） ng/g;對照區(qū)毒死蜱殘留量為（298.52±405.54） ng/g，約是試驗區(qū)的3.7倍。噴藥后1 d，試驗區(qū)毒死蜱含量急劇上升，達(dá)到（3 468.29±3 487.70） ng/g，之后迅速回落。到噴藥后3 d殘留量即減少至（1 236.32±797.91） ng/g，之后發(fā)生進(jìn)一步降解，噴藥后5 d變?yōu)椋? 010.91±679.61） ng/g，僅為噴藥后1 d的30%左右。對照區(qū)在噴藥前后農(nóng)藥毒死蜱的殘留量也在一定程度上發(fā)生了變化。噴藥后1 d為（1 684.81±2 751.55） ng/g，噴藥后3 d為（287.31±327.14） ng/g，噴藥后5 d為（322.53±347.56） ng/g。對照區(qū)毒死蜱的殘留量變化可能受到試驗區(qū)農(nóng)藥噴施的影響，也可能是其他農(nóng)戶在這一時間段噴施毒死蜱所導(dǎo)致。以上結(jié)果表明，毒死蜱在噴施后幾天內(nèi)迅速降解至一定濃度后，會穩(wěn)定存在于土壤中，并緩慢降解。由于對照區(qū)種植作物多樣化導(dǎo)致農(nóng)藥噴施不局限于毒死蜱，且農(nóng)藥噴施時間不確定，因此與試驗區(qū)進(jìn)行對照具有實際意義。

2.4 土壤中農(nóng)藥的環(huán)境風(fēng)險評價

[CM（20]蚯蚓在生態(tài)系統(tǒng)中承擔(dān)著生產(chǎn)者、 消費者、 分解者的多重功能，并發(fā)揮著重要的作用，被譽為“生態(tài)系統(tǒng)的工程師”[13]，其分布廣、量大且具有生物指示優(yōu)勢，在土壤污染檢測中發(fā)揮著越來越重要的作用[14]。因此本研究選擇蚯蚓作為參照生物，根據(jù)土壤中農(nóng)藥對蚯蚓的半致死濃度[15]（LC50）確定PNEC，以得到風(fēng)險商，從而進(jìn)行土壤中農(nóng)藥的環(huán)境風(fēng)險評價，計算結(jié)果詳見表2。

由表2可知，低風(fēng)險（0.011）物質(zhì)，包括毒死蜱、噠螨靈（RQ=2.46）、吡蟲啉（RQ=7.52）和多菌靈（RQ=3.04）。

值得注意的是毒死蜱在噴藥前1 d其RQ就超過1，屬于高風(fēng)險物質(zhì)。在噴藥后1 d，RQ更是高達(dá)18.59，具有非常大的環(huán)境風(fēng)險。噴藥后毒死蜱降解速度較快，到3 d后，RQ降至5.17，與噴藥后1 d相比降低72.2%。之后隨著毒死蜱在土壤中的殘留量降低，RQ繼續(xù)降低，到5 d后為4.63，依然處于較高的環(huán)境風(fēng)險水平，因此需要引起農(nóng)藥使用者高度的重視?？蛇x擇阿維菌素、苦參堿、印楝素等果實農(nóng)藥殘留量小或者無殘留，對環(huán)境友好的生物源農(nóng)藥用于我國防治蘋果病蟲害的替代藥劑[6]。3 討論與結(jié)論

在毒死蜱施藥期間，蘋果園土壤中毒死蜱和11種農(nóng)藥的總殘留量均明顯地呈先上升后下降的趨勢。3個高殘留對照區(qū)站位分析結(jié)果顯示，除毒死蜱（40.3%）外，戊唑醇（23.9%）、苯醚甲環(huán)唑（17.2%）和滅幼脲（8.8%）對土壤農(nóng)藥的殘留貢獻(xiàn)率較大，其他7種的總貢獻(xiàn)率僅為10%左右。在研究的11種農(nóng)藥中，毒死蜱、噠螨靈、吡蟲啉和多菌靈處于高風(fēng)險水平，尤其是毒死蜱在施藥后5 d仍處于較高的風(fēng)險水平，因此施藥者應(yīng)注意防護，并采用環(huán)境友好的生物源農(nóng)藥作為替代藥劑。

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