斯里蘭卡土壤和沉積物中草甘膦及降解產(chǎn)物的分析及污染特征

田天琪，萬祎,*，魏源送，胡建英

1. 北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，北京 100871 2. 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100085

20世紀(jì)90年代中期，不明原因慢性腎病(CKDu)在斯里蘭卡北部省份首次被發(fā)現(xiàn)，至今CKDu已成為該國(guó)干旱地區(qū)最重要的公共衛(wèi)生問題。據(jù)估計(jì)，斯里蘭卡的CKDu患病人數(shù)高達(dá)15萬[1]，其病理學(xué)特點(diǎn)為腎小管間質(zhì)性腎炎伴單核細(xì)胞浸潤(rùn)、腎小球硬化和腎小管性萎縮[2]。全球范圍內(nèi)對(duì)CKDu病因的研究表明，該病可能是由多種因素的協(xié)同作用導(dǎo)致，這些因素包括化肥農(nóng)藥接觸、有毒重金屬、氟化物及高硬度水質(zhì)等[3]。

由于CKDu在當(dāng)?shù)氐巨r(nóng)中高發(fā)，所以農(nóng)藥(特別是草甘膦)接觸被認(rèn)為是潛在的病因之一。世界衛(wèi)生組織的研究表明，31.6%的CKDu患者體內(nèi)的農(nóng)藥殘留高于參考水平(2 μg·L-1)。其中，草甘膦(PMG)和氨基甲基膦酸(AMPA)在人群(n=57)血清及尿液中的檢出率分別為65%和28%[4]。草甘膦是世界上使用最廣泛的除草劑，在環(huán)境中主要通過微生物降解為氨基甲基膦酸，AMPA與PMG化學(xué)結(jié)構(gòu)類似，在環(huán)境行為和毒性上也顯示出相似的特性[5]。PMG及AMPA結(jié)構(gòu)式如圖1所示。雖然，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局等認(rèn)為接觸草甘膦對(duì)哺乳動(dòng)物的危害極低[6]，但近期研究表明，PMG在低劑量下可導(dǎo)致肝腎損傷[5,7-8]。Mesnage等[9]在對(duì)大鼠進(jìn)行的長(zhǎng)達(dá)2年的低劑量PMG暴露實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，大鼠出現(xiàn)DNA損傷及腎臟纖維化現(xiàn)象。Gao等[10]使用PMG染毒小鼠后發(fā)現(xiàn)，其近端腎小管上皮細(xì)胞凋亡，并產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)。同時(shí)，也有報(bào)道表明，服用PMG制劑的病人出現(xiàn)急性腎損傷癥狀[11]。雖然，PMG本身在環(huán)境中半衰期較短(土壤中其半衰期為2～197 d，水中半衰期為2～91 d[12])，但因PMG結(jié)構(gòu)中含有磷酸、羧基和氨基基團(tuán)，屬于兩性物質(zhì)(pKa1=2.6，pKa2=5.6，pKa3=10.6)，在中性和堿性條件下膦酸基團(tuán)可與金屬離子配位，形成穩(wěn)定且不溶于水的絡(luò)合物[8]，絡(luò)合物的半衰期可達(dá)數(shù)年之久[13]。特別在斯里蘭卡中北部發(fā)病區(qū)，地表及地下水硬度較高，部分地區(qū)水中Ca2+濃度高達(dá)250 mg·L-1[12]。鈣鎂等離子可與PMG形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，直接導(dǎo)致PMG在施用過程中部分失效，這會(huì)增加PMG使用量，并可能影響其在人體中的存在形態(tài)及其健康效應(yīng)。為更好地評(píng)估PMG的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及其與CKDu的相關(guān)性，有必要深入解析其絡(luò)合形態(tài)并優(yōu)化分析方法，同時(shí)調(diào)查其在斯里蘭卡地區(qū)的污染特征。

圖1 草甘膦(PMG)(a)及其降解產(chǎn)物氨基甲基膦酸(AMPA)(b)的結(jié)構(gòu)式Fig. 1 Structures of glyphosate (PMG) (a) and its degradation product aminomethyl phosphonic acid (AMPA) (b)

目前，關(guān)于水生環(huán)境中的PMG和AMPA，國(guó)內(nèi)外已有較多研究，但對(duì)于田間土壤中這2種物質(zhì)的研究卻很少[14]，土壤/沉積物樣品中PMG和AMPA的分析通常使用堿性溶液(如KOH、NaOH、NH4OH、Na2B4O7·10H2O和NH4OH/KH2PO4等)進(jìn)行提取[15-16]，也有一些研究使用酸性提取液(如H3PO4[17-18]和KH2PO4[19]等)。尚沒有研究解析不同pH提取液在PMG提取分析上的差異?？紤]到斯里蘭卡CKDu病區(qū)水質(zhì)較硬、土壤中金屬離子含量較高，不同pH提取條件下PMG的絡(luò)合形態(tài)不同，會(huì)影響該物質(zhì)的提取分析，故對(duì)比分析不同方法的優(yōu)劣十分必要。另外，由于PMG與AMPA具有弱酸性、高極性和水溶性等特性且缺乏顯色和熒光基團(tuán)，利用色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行分析時(shí)需要衍生化前處理。液相色譜質(zhì)譜分析通常采用氯甲酸-9-芴基甲酯(FOMC-Cl)作為衍生試劑[20-21]，而氣相色譜質(zhì)譜分析的常用衍生試劑為三氟乙酸酐(TFAA)與四苯基乙烯(TFE)或七氟丁醇(HFB)的混合試劑[22-24]。Freuze等[25]利用FMOC-Cl衍生結(jié)合液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)測(cè)定高鹽地下水樣品時(shí)，發(fā)現(xiàn)測(cè)定結(jié)果假陰性嚴(yán)重，原因?yàn)镻MG在水樣中形成了草甘膦-金屬絡(luò)合物，在衍生過程中穩(wěn)定存在不發(fā)生反應(yīng)，極大影響了PMG的檢測(cè)準(zhǔn)確率。

本研究將系統(tǒng)探究提取液pH、金屬離子和衍生試劑對(duì)土壤/沉積物中PMG檢測(cè)的影響，以草甘膦-鈣絡(luò)合物為例解析PMG的絡(luò)合效應(yīng)及在分析過程中的影響，并測(cè)定了斯里蘭卡當(dāng)?shù)鼐械拟}離子濃度。進(jìn)一步優(yōu)化了土壤/沉積物中PMG及AMPA的氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)檢測(cè)方法，并應(yīng)用于斯里蘭卡CKDu高發(fā)區(qū)的土壤和沉積物樣品檢測(cè)，為當(dāng)?shù)啬I病的環(huán)境因子解析提供調(diào)查數(shù)據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 試劑與儀器 (Reagents and instruments)

草甘膦(glyphosate)(純度>98.0%)、氨基甲基膦酸(aminomethyl phosphonic acid)(純度>98.0%)購(gòu)自Dr. Ehrenstorfer公司(Augsburg，德國(guó))；[1,2-13C215N]草甘磷標(biāo)準(zhǔn)品([1,2-13C215N]-glyphosate)(純度>99.0%)、三氟乙酸酐(trifluoroacetic anhydride)(純度>99.0%)、2,2,3,3,4,4,4-七氟-1-丁醇(2,2,3,3,4,4,4-heptafluoro-1-butanol)(純度>98.0%)和檸檬醛(citral)(純度>96.0%)均購(gòu)自Sigma-Aldrich公司(Merck KGaA, Darmstadt，德國(guó))；乙酸乙酯(HPLC級(jí))、甲醇(HPLC級(jí))均購(gòu)自Fisher公司(New Jersey，美國(guó))；磷酸(優(yōu)級(jí)純)、鹽酸(優(yōu)級(jí)純)購(gòu)自北京市通廣精細(xì)化工公司；磷酸二氫鉀(優(yōu)級(jí)純)、磷酸氫二鉀(優(yōu)級(jí)純)和氫氧化鈉(優(yōu)級(jí)純)均購(gòu)自西隴化工股份有限公司；實(shí)驗(yàn)中溶劑用水均為超純水(電導(dǎo)率18.2 MΩ·cm)，Poly-Pre CAX小柱(AG 50W-X8樹脂)購(gòu)自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

分別稱取5 mg PMG和AMPA于聚乙烯塑料瓶中，加水定容至50 mL，后加入一滴鹽酸酸化，配制成100 μg·mL-1的儲(chǔ)備液。等分合并后，配制成含2種物質(zhì)的1 μg·mL-1儲(chǔ)備液。于0～4 ℃保存，使用前加水稀釋為25、50、250和500 μg·L-1的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，于4 h內(nèi)衍生化。

GCMS-QP 2010 ultra氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(Shimadzu, Kyoto，日本)；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS，Thermo ICP-Q，美國(guó))；微波消解儀(CEM Mars-6，美國(guó))；Milli-Q超純水機(jī)(Millipore, Bedford，美國(guó))；高速冷凍離心機(jī)(SIGMA 3-18K，SIGMA，德國(guó))；真空冷凍干燥機(jī)(DRC-1000程序凍干倉(cāng)，EYELA，日本)；數(shù)控超聲波清洗器(KQ-500DE，昆山市超聲儀器有限公司，中國(guó))。

1.2 土壤、沉積物及水樣采集

土壤及沉積物樣品于2018年8月—10月采集于斯里蘭卡當(dāng)?shù)剞r(nóng)田和水庫(kù)。土壤樣品采集于當(dāng)?shù)氐咎?，每塊稻田中采樣面積為30 cm×30 cm，使用五點(diǎn)采樣法從深度約10 cm處采集5個(gè)表層土樣品，并充分混合。從地表水底采集沉積物樣品，土壤及沉積物樣品用鋁箔及自封袋密封，儲(chǔ)存于-20 ℃冰箱中。水樣采集于稻田附近的水井，從井中取約50 mL水樣保存于聚乙烯瓶中，于4 ℃冰箱中保存。樣品采集點(diǎn)如圖2所示。

圖2 沉積物和土壤樣品采集點(diǎn)(a)及不同不明原因腎病(CKDu)發(fā)病區(qū)稻田照片(b)注：1、2、4和5處同時(shí)采集了井水樣品。Fig. 2 Sampling sites of sediment and soil samples (a), and pictures of paddy field in areas with different chronic kidney disease of unknown etiology (CKDu) incidences (b)Note: Well water samples were also collected at sites 1, 2, 4 and 5.

1.3 草甘膦前處理方法比較

4種方法對(duì)應(yīng)的提取液分別為A[26](0.25 mol·L-1NH4OH+0.1 mol·L-1KH2PO4，pH≈10)，B[16](0.6 mol·L-1KOH，pH≈14)，C[12](0.1 mol·L-1磷酸鉀緩沖溶液，pH≈7)；D[14](10% H3PO4，pH≈1)。所有土壤及沉積物樣品約取50 g凍干，隨后進(jìn)行研磨并過100目篩，儲(chǔ)存于廣口瓶中。處理時(shí)取0.5 g樣品于10 mL離心管中加入0.5 mg·L-1同位素標(biāo)記的內(nèi)標(biāo)溶液100 μL([1,2-13C215N]-glyphosate)。然后，分別加入4種提取液A(2 mL)、B(2 mL)、C(5 mL)和D(1 mL)。A/B/D組震蕩90 min，C組水浴超聲3次，每次10 min。隨后4組均離心10 min(3 500 r·min-1)，收集上清液。D組再次加入1 mL提取液重復(fù)上述操作并合并上清液。取各組提取液1 mL直接進(jìn)行后續(xù)凈化與衍生分析。為了比較酸化對(duì)于不同提取方法的影響，再各取1 mL提取液加入酸性調(diào)節(jié)液(16 g磷酸二氫鉀+160 mL水+13.4 mL鹽酸+40 mL甲醇)調(diào)節(jié)至pH=1后再進(jìn)行凈化與衍生檢測(cè)。

Poly-Pre CAX交換柱經(jīng)10 mL水活化后，加入上述提取液，隨后用1 mL CAX洗脫液(160 mL水+2.7 mL鹽酸+40 mL甲醇)淋洗2次，再用13 mL CAX洗脫液進(jìn)行洗脫并收集洗脫溶液。所得溶液于真空凍干機(jī)凍干后加入CAX洗脫液定容至1 mL待衍生，樣品于-20 ℃保存。

1.4 衍生前處理和GC-MS分析

采用《植物性產(chǎn)品中草甘膦殘留量的測(cè)定 氣相色譜-質(zhì)譜法》(GB/T 23750—2009)[27]中的衍生及檢測(cè)方法。衍生試劑為三氟乙酸酐(TFAA)/七氟丁醇(HFB)溶劑(VTFAA/VHFB=2∶1)，臨用前配制，并保存于-80 ℃。取1.6 mL衍生試劑于4 mL樣品瓶中，加蓋后放入-40 ℃的低溫冰箱中冰凍0.5 h后取出。用移液槍在衍生劑液面下緩慢加入50 μL提取液(同時(shí)進(jìn)行混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液及質(zhì)量控制樣品衍生)。加蓋后混勻，于90 ℃烘箱中衍生1 h(每15 min振搖一次)。取出后冷卻至室溫，氮吹至干，加入200 μL 0.2%檸檬醛-乙酸乙酯溶液(100 mL乙酸乙酯+200 μL檸檬醛，避光保存，有效期1個(gè)月)，渦旋混勻，待進(jìn)樣。

色譜柱為HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)毛細(xì)管色譜柱，進(jìn)樣口溫度200 ℃；升溫程序?yàn)?0 ℃保持1.5 min，以30 ℃·min-1升至260 ℃，保持1 min，再以30 ℃·min-1升至300 ℃；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣體積1 μL；載氣為氦氣(純度≥99.999%)，流速1.0 mL·min-1；EI離子源(70 eV)，離子源溫度250 ℃；接口溫度270 ℃；選擇離子監(jiān)測(cè)方式(SIM)，PMG衍生物的定性離子為612、584、460，定量離子為611；AMPA衍生物的定性離子為372、502，定量離子為446。PMG同位素標(biāo)記內(nèi)標(biāo)定性離子為615、586，定量離子為614。

1.5 草甘膦-鈣絡(luò)合物制備

采用Subramaniam和Hoggard[28]的方法制備草甘膦-鈣絡(luò)合物。稱取草甘膦8.45 mg溶于125 μL含有4 mg NaOH的溶液中，渦旋使其全部溶解后與125 μL含有5.5 mg CaCl2的溶液混合，室溫下靜置24 h。將得到的白色晶體濾出，使用超純水清洗，干燥。分別稱取5 mg絡(luò)合物，依次加入到0.5 mL pH為1、3、5、7、9、11和13的水溶液中(使用HCl與NaOH配制)并充分震蕩混合均勻，觀察記錄絡(luò)合物溶解情況。各取上清液50 μL進(jìn)行上述衍生檢測(cè)。隨后濾出沉淀并用超純水沖洗，干燥后稱重。并重新溶于0.5 mL pH=1的水溶液中，充分震蕩混合均勻，取50 μL上清液進(jìn)行衍生檢測(cè)。

1.6 水樣鈣離子和草甘膦分析

取10 mL水樣，加入1%硝酸酸化。使用1%硝酸溶液配制濃度為0.05～30 mg·L-1的鈣離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，待ICP-MS檢測(cè)。水樣經(jīng)過酸化后，直接經(jīng)過Poly-Pre CAX交換柱，并最終采用衍生處理-GC-MS方法分析，具體凈化、衍生和儀器分析步驟與土樣分析相同。

1.7 質(zhì)量保證與質(zhì)量控制(QA/QC)

所有玻璃儀器均使用甲醇清洗，避免樣品污染。加標(biāo)實(shí)驗(yàn)中，土壤及沉積物樣品加入PMG、AMPA的濃度為2 mg·kg-1，為優(yōu)化不同的前處理方法，每種方法進(jìn)行3組平行實(shí)驗(yàn)。每3個(gè)樣品后加入一個(gè)過程空白樣品。儀器分析表明，PMG與AMPA在2～100 ng·mL-1范圍內(nèi)線性良好(r2>0.999)，檢出限為20 μg·kg-1。水樣中鈣離子在0.05～30 mg·L-1范圍內(nèi)線性良好(r2>0.999)。

2 結(jié)果與分析(Results and discussion)

2.1 草甘膦與鈣離子的絡(luò)合特征

PMG可與多種金屬形成不溶于水的絡(luò)合物，干擾其提取與分析。特別在斯里蘭卡CKDu高發(fā)區(qū)，水質(zhì)硬度較高[13]，故本實(shí)驗(yàn)研究了PMG與鈣離子的絡(luò)合效應(yīng)。PMG可與鈣以1∶1比例形成不溶于水的絡(luò)合物，其結(jié)構(gòu)式為Ca(Hgly)·2.25H2O[29]。采用上文方法制得絡(luò)合物后，取5 mg絡(luò)合物溶于不同pH溶液中(其中含PMG約3.36 mg)。一方面測(cè)定上清液中PMG含量，另一方面將不溶的絡(luò)合物濾出，并測(cè)定其中PMG含量。上清液與不溶絡(luò)合物中PMG的質(zhì)量隨pH的變化規(guī)律如圖3所示。由圖3可知，草甘膦-鈣絡(luò)合物在中性條件下溶解度最低，隨酸性或堿性的增強(qiáng)，溶解度逐漸升高，在pH=1或pH=13時(shí)完全溶解。

圖3 不同pH值的水溶液中草甘膦與鈣絡(luò)合物的形態(tài)分布(a)與實(shí)際樣品溶解情況(b)Fig. 3 Morphologies (a) and the dissolution of actual samples (b) of glyphosate-calcium complexes in water solution at different pH values

值得注意的是，在酸性及中性條件下，PMG在不溶絡(luò)合物和上清液中的總檢出量與總投入量(3.36 mg)相符。草甘膦-鈣絡(luò)合物沉淀通過文獻(xiàn)方法制備而成，目前還沒有該絡(luò)合物的直接分析方法，采用的TFAA-HFB衍生分析方法只能分析游離態(tài)PMG。因此，基于溶液中PMG的質(zhì)量平衡分析，可以判斷酸性及中性條件下，PMG以游離態(tài)形式溶于溶液中。但是，在堿性條件下，上清液和沉淀中的PMG總檢出量明顯低于總投入量。特別在pH=13時(shí)，溶液中無沉淀物存在，但總檢出量為1.77 mg，加入濃鹽酸酸化后，所加入的PMG可被完全檢出。這說明，在堿性條件下(pH=13)草甘膦-鈣絡(luò)合物能夠完全溶解，但是大約只有53%的PMG以游離形式存在，其他的PMG可能與鈣以絡(luò)合物形式存在，但是現(xiàn)有的分析方法無法直接證明這部分PMG的具體存在形式。

2.2 斯里蘭卡土壤/沉積物樣品草甘膦分析的前處理方法優(yōu)化

為了驗(yàn)證不同前提取方法對(duì)斯里蘭卡土樣中草甘膦的提取效率，使用4種不同pH值的提取液對(duì)當(dāng)?shù)夭杉耐翗舆M(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。土樣加標(biāo)穩(wěn)定后(PMG和AMPA加標(biāo)濃度均為2 mg·kg-1)，使用不同的提取液提取，A/B提取液為堿性(pH=10～14)，C提取液為中性(pH≈7)，D提取液為酸性(pH≈1)，提取液經(jīng)過凈化和衍生處理-GC-MS分析，對(duì)象物質(zhì)的回收率能反映該方法的可靠性。提取后的溶液分為直接衍生與酸化后衍生2組，探究pH值對(duì)提取及衍生過程的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 4種提取方法及酸化前后加標(biāo)回收率Table 1 Recoveries of four extraction method with or without acidification before derivatization

若對(duì)4種提取液進(jìn)行直接衍生，A、B和C這3組的回收率均較低，為60%左右。D組的回收率最高(84.5%)。相比之下，將提取液酸化后再進(jìn)行衍生，4種方法的回收率分別為73.8%、83.7%、87.2%和90.1%。這表明，PMG在不同pH提取液中的存在形式不同，隨溶液堿性的增加，部分PMG以絡(luò)合形式存在，酸化解離后才可被衍生及檢測(cè)。而在衍生前酸化的前提下，酸、中和堿性提取液均能較好地提取出土壤中的PMG和AMPA。結(jié)合上述絡(luò)合形態(tài)分析實(shí)驗(yàn)可知，中性環(huán)境最不利于絡(luò)合物的溶解，但pH=7時(shí)所得到的草甘膦-鈣絡(luò)合物的飽和溶液中PMG的濃度為180 mg·L-1，遠(yuǎn)大于添加的PMG濃度(0.2 mg·L-1)。因此，提取液pH雖然會(huì)影響PMG的存在形式，但不影響對(duì)環(huán)境濃度下PMG和AMPA的提取。上述結(jié)果說明，酸化步驟對(duì)于PMG衍生反應(yīng)的重要性。

根據(jù)上述土樣的回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇B、C和D提取液對(duì)更多的當(dāng)?shù)赝寥兰俺练e物樣品進(jìn)行方法篩選的實(shí)驗(yàn)。筆者發(fā)現(xiàn)使用酸性溶液對(duì)斯里蘭卡土壤提取后，所得的提取液雜質(zhì)含量過多，后續(xù)凈化困難，而C、D提取液能夠更有效地測(cè)定出當(dāng)?shù)赝寥篮统练e物中的PMG和AMPA。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PMG實(shí)際環(huán)境濃度約為0.1 mg·kg-1。因此，針對(duì)環(huán)境濃度，進(jìn)一步開展了針對(duì)當(dāng)?shù)赝寥赖牡蜐舛?0.3 mg·kg-1)加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)C提取液組PMG回收率為83.4%±3.7%，AMPA回收率為87.1%±4.8%，而D溶液組獲得的回收率顯著降低，PMG的回收率為65.8%±11.2%，AMPA的回收率為78.3%±9.3%。根據(jù)上述結(jié)果可知，C提取液經(jīng)過固相萃取凈化后直接衍生分析，能夠高效回收土樣中的對(duì)象物質(zhì)，準(zhǔn)確測(cè)定其物質(zhì)濃度，因此，最終采用C提取液進(jìn)行斯里蘭卡環(huán)境樣品的分析。該方法提取、凈化和衍生處理-GC-MS分析獲得色譜圖如圖4所示，內(nèi)標(biāo)PMG在實(shí)際土壤中被有效回收，并且PMG和AMPA具有明顯檢測(cè)峰，無雜質(zhì)干擾。

圖4 草甘膦及其降解產(chǎn)物的標(biāo)樣(a)及樣品檢出(b)色譜圖注：*表示同位素內(nèi)標(biāo)。Fig. 4 Gas chromatograms of PMG and its degradation product AMPA in standards (a) and samples (b)Note: *represents the isotope internal standard.

2.3 草甘膦在斯里蘭卡的環(huán)境濃度及分布特征

利用上述方法對(duì)斯里蘭卡由南至北采集的土壤和沉積物樣品進(jìn)行廣泛分析，檢出的PMG和AMPA的濃度如表2所示。該國(guó)的土壤樣品中廣泛檢出了PMG和AMPA，而沉積物樣品中PMG的含量相對(duì)較低，且無AMPA檢出。這可能是因?yàn)榻饘倥c草甘膦形成絡(luò)合物導(dǎo)致土壤對(duì)其的吸附能力較強(qiáng)，增加了PMG的持久性。而沉積物含水量較高且微生物較多，可更多地溶解PMG及AMPA并加速其降解。同時(shí)，對(duì)采集的當(dāng)?shù)厮畼右策M(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)PMG及AMPA在水樣中都未檢出，這與該類農(nóng)藥在水中易于降解的機(jī)制相符，需要分析土壤和沉積物樣品來調(diào)查該類物質(zhì)的污染程度。

表2 土壤樣品(SO)與沉積物樣品(SE)中的PMG和AMPA濃度Table 2 Concentrations of PMG and AMPA in soil (SO) and sediment (SE) samples

本研究中的土壤樣品采自如圖2(b)所示5個(gè)稻田中。斯里蘭卡由南至北不同地區(qū)的水稻種植情況不同。采樣期間，中北部CKDu高發(fā)區(qū)稻田(4和5)并不在耕種期內(nèi)，而同時(shí)期非CKDu病區(qū)的南部稻田處于耕種期。在這種情況下，北部稻田土壤中PMG和AMPA含量(最高可達(dá)328 μg·kg-1)還要高于南部地區(qū)。對(duì)由南至北的水樣中的鈣離子進(jìn)行了分析，其中，南部城市康提附近水樣中鈣離子濃度為11.4～31.2 mg·L-1，而北部阿努拉德普勒地區(qū)水樣中鈣離子濃度高達(dá)677～778 mg·L-1?？梢钥闯?，中北部地區(qū)井水硬度遠(yuǎn)高于南部地區(qū)，屬于高硬水，因此，在施用過程中草甘膦易于與水中的鈣離子絡(luò)合，需要加大使用量才能獲得同樣的藥效。也有其他研究檢測(cè)了CKDu病區(qū)土壤中PMG的濃度(n=9)，范圍為270～690 μg·kg-1，AMPA濃度為2～8 μg·kg-1[2]，這與本研究PMG的檢出水平相當(dāng)。對(duì)比其他國(guó)家的土壤調(diào)查，丹麥農(nóng)田土壤中PMG和AMPA的平均水平分別為0.8 μg·kg-1和10.4 μg·kg-1[30]，阿根廷農(nóng)田土壤中PMG和AMPA的平均水平分別為35～1 502 μg·kg-1和299～2 256 μg·kg-1[31]。而這些結(jié)果與本研究的結(jié)果相似，降解產(chǎn)物AMPA的濃度要高于PMG本體。綜上，斯里蘭卡北部CKDu疾病高發(fā)區(qū)可能由于水質(zhì)硬度高，導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐咎镛r(nóng)民使用更大量的草甘膦，造成農(nóng)民的高濃度PMG暴露，可能是CKDu疾病高發(fā)的因素之一。

本研究解析了草甘膦-鈣絡(luò)合物在不同pH條件下的溶解情況及存在形態(tài)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)土壤/沉積物樣品中草甘膦類物質(zhì)的分析方法進(jìn)行了優(yōu)化，建立了適合斯里蘭卡地區(qū)土壤中PMG及AMPA的提取和衍生處理-GC-MS分析方法。將此法應(yīng)用于該地區(qū)土壤和沉積物中草甘膦類物質(zhì)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該國(guó)稻田土壤樣品中能廣泛檢出PMG和AMPA。其中，中北部CKDu高發(fā)區(qū)稻田雖然并未處于耕種季，但土壤中PMG和AMPA的濃度要高于南部土壤，這可能是因?yàn)楸辈康咎锔浇挠捕冗h(yuǎn)高于南部井水，草甘膦與硬水中鈣離子的絡(luò)合作用導(dǎo)致北部稻田草甘膦的施用量顯著增加，從而可能導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐巨r(nóng)的PMG高暴露，推測(cè)此為該地CKDu疾病高發(fā)的潛在環(huán)境因素之一。

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