湘南地區(qū)煙葉中高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯的降解動(dòng)態(tài)研究

肖新生，周向平，陳虹秀，侯佳佳，李佳穎

（1. 湖南科技學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 永州 425199；2. 湖南省煙草公司永州市公司，湖南 永州 425100）

煙草是永州、郴州和衡陽等湘南地區(qū)的重要經(jīng)濟(jì)作物，其種植效益受病蟲害的影響較大。使用除蟲菊酯類化學(xué)農(nóng)藥對(duì)煙葉病蟲害進(jìn)行防治，可較大程度地保證煙草產(chǎn)量，維護(hù)煙農(nóng)收益[1-3]。高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯是擬除蟲菊酯類農(nóng)藥中的重要種類[4-9]，在煙草種植過程中廣泛應(yīng)用。盡管高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯是低毒性農(nóng)藥，但近期有研究表明，如果長(zhǎng)期接觸，就算是低濃度的接觸也會(huì)對(duì)人體免疫、神經(jīng)及血液循環(huán)等系統(tǒng)等產(chǎn)生不利影響。這些農(nóng)藥施用后在鮮煙葉中的降解規(guī)律以及在烘烤加工過程中的降解情況等尚未見報(bào)道，也缺乏不同地區(qū)土壤環(huán)境、氣候差異引起高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯降解的相關(guān)數(shù)據(jù)。由此導(dǎo)致湘南地區(qū)煙農(nóng)施藥缺乏精準(zhǔn)地指導(dǎo)，煙葉中高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯殘留超標(biāo)的問題時(shí)有發(fā)生。目前，煙葉中高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯含量大都采用氣相色譜、半定量ELISA 等方法進(jìn)行檢測(cè)[10-12]。為了掌握湘南地區(qū)高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯在煙草中的降解規(guī)律以及末次施藥與煙葉采摘之間的安全間隔期，筆者在永州市和寧遠(yuǎn)縣開展了為期2 a 的田間試驗(yàn)，研究了分別噴施1 倍、2 倍和4 倍推薦量的高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯后，農(nóng)藥在鮮煙葉和烤后煙葉中的降解情況，獲得其農(nóng)藥殘留特征，以期提出施藥與采摘之間的安全間隔期，保障煙葉的質(zhì)量安全。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器設(shè)備

1.1.1 供試試劑 氯氰菊酯標(biāo)準(zhǔn)品（99.0%，德國(guó)Dr.Ehrenstorfer GmbH 公司），高效氯氟氰菊酯標(biāo)準(zhǔn)品（98.5%，德國(guó) Dr.Ehrenstorfer GmbH 公司）；氯氰菊酯乳油（有效成分含量5%，安徽生力農(nóng)化有限公司），高效氯氟氰菊酯微乳劑（有效成分含量5%，山東潤(rùn)揚(yáng)化學(xué)有限公司）；N-丙基乙二胺（PSA，Agela Technologies 公司），乙酸乙酯（色譜純，德國(guó)Merck公司），正己烷（色譜純，德國(guó) Merck 公司），乙腈（色譜純，德國(guó) Merck 公司）。

1.1.2 儀器設(shè)備 GC2010 Plus 氣相色譜儀（帶ECDNi63 檢測(cè)器，日本SHIMADZU），SQP 電子分析天平（瑞士SARTORIUS），A-10 basic 組織搗碎機(jī)（德國(guó)IKA），TG16 離心機(jī)（湖南凱達(dá)），R-1001VN 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（鄭州長(zhǎng)城），QGC-12T 氮吹儀（上海泉島），SPE-12A 固相萃取裝置（上海啟前）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間試驗(yàn) 田間試驗(yàn)于2019—2020 年在湖南省煙草公司永州市公司煙葉生產(chǎn)技術(shù)中心冷水灘伊塘鎮(zhèn)試驗(yàn)田和寧遠(yuǎn)縣柏家坪下壩洞村試驗(yàn)田進(jìn)行，供試煙草品種為云煙87。田間試驗(yàn)的方法與項(xiàng)目組前期甲霜靈、多菌靈、烯酰嗎啉在煙葉中的降解動(dòng)態(tài)研究文獻(xiàn)報(bào)道的方法相同[13]。按有效成分用藥量計(jì)算，分別噴施1 倍、2 倍和4 倍推薦量的高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯，其中1 倍推薦劑量高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯的用量（有效成分）分別為7.5、5.6 g/hm2，用水量675 L/hm2，施藥方式為噴霧。間隔7 d 后，第2 次施藥。分別于第2 次施藥后2 h 和1、3、5、7 d 采樣，此后每隔7 d 采樣1 次，直至藥后35 d。采集的鮮煙葉去除主脈切碎混勻后，采用四分法留取樣品200 g，置于-18℃冰箱待檢。

1.2.2 烤后煙葉農(nóng)藥殘留量研究樣品制備 在1.2.1中田間試驗(yàn)的小區(qū)內(nèi)，于第2 次施藥后的7、14、21 d 采集煙葉，按三段式工藝對(duì)煙葉進(jìn)行烘烤?？竞鬅熑~均分后留取樣品100 g，置于-18℃冰箱待檢。

1.3 農(nóng)藥殘留檢測(cè)

1.3.1 農(nóng)藥殘留檢測(cè)前處理方法 干煙葉按煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 405.2—2011[14]中的第2 部分氣相色譜法進(jìn)行處理，鮮煙葉按國(guó)標(biāo)GB 23200.113—2018[15]所用前處理方法進(jìn)行處理。

1.3.2 農(nóng)藥殘留檢測(cè)條件 GC 色譜條件：電子捕獲檢測(cè)器ECD，色譜柱（trx-5，30 m×0.32 mm，0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度210 ℃，檢測(cè)器溫度300 ℃；升溫程序?yàn)槌跏紲囟?0 ℃保持1 min，以25 ℃/min 升至150 ℃，再以5 ℃/min 升至260 ℃保持5 min，以10 ℃/min升至290℃保持10 min；載氣為氮?dú)猓?.2 mL/min；尾吹氣為氮?dú)猓?5 mL/min；進(jìn)樣體積2 μL，不分流進(jìn)樣。待檢目標(biāo)化合物高效氯氟氰菊酯、氯氰菊酯和內(nèi)標(biāo)環(huán)氧七氯B 的氣相色譜圖如圖1 所示。

圖1 待測(cè)農(nóng)藥與內(nèi)標(biāo)典型氣相色譜圖

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線與添加回收率 首先采用標(biāo)準(zhǔn)品配制濃度為100 mg/L 的高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯單標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別用不含農(nóng)藥的鮮煙葉與干煙葉提取液作為基質(zhì)液，采用梯度稀釋法，配得含內(nèi)標(biāo)環(huán)氧七氯B（0.05 mg/L），農(nóng)藥濃度為0.005、0.01、0.05、0.1、0.5、1、2 mg/L 的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，并在1.3.2 的儀器條件下進(jìn)行測(cè)定。然后以菊酯農(nóng)藥濃度與環(huán)氧七氯B 濃度比為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的菊酯類農(nóng)藥色譜峰面積與環(huán)氧七氯B 色譜峰面積比為縱坐標(biāo)，利用LabSolutions 工作站以內(nèi)標(biāo)定量法得到線性方程。添加回收率試驗(yàn)中，分別向空白鮮煙葉和干煙葉中添加0.05、0.2、1 mg/kg 3個(gè)梯度的氯氰菊酯、高效氯氟氰菊酯，按照與未知樣相同的程序進(jìn)行樣品前處理和檢測(cè)，每個(gè)條件重復(fù)測(cè)定5 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藥殘留定量分析方法參數(shù)的確定

以0.05 mg/L 的環(huán)氧七氯B 為內(nèi)標(biāo)，在0.005～2 mg/L 范圍內(nèi)，2 種農(nóng)藥與內(nèi)標(biāo)的峰面積比同質(zhì)量比具有較好的線性關(guān)系。以3 倍信噪比作為最低檢出限（LOD）計(jì)算的依據(jù)，2 種農(nóng)藥的LOD 分別為2.0×10-11和1.0×10-11g。研究中采用最小添加水平試驗(yàn)，得出2 種農(nóng)藥的定量限（LOQ）在0.01～0.03 mg/kg 之間（表1）。試驗(yàn)選取0.05、0.2、1 mg/kg 3 個(gè)水平，進(jìn)行添加回收率試驗(yàn)，結(jié)果表明氯氰菊酯在3 個(gè)添加水平的回收率為89.5%～98.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.8%～6.6%；高效氯氟氰菊酯在試驗(yàn)條件下的回收率為81.1%～101.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.2%～8.1%。

表1 2 種農(nóng)藥在煙葉分析中的定量參數(shù)

2.2 鮮煙葉中農(nóng)藥降解規(guī)律

由圖2 可知，第2 次施藥2 h 后采樣，1 倍、2倍和4 倍推薦施藥量的煙葉中高效氯氟氰菊酯原始沉積量按干基計(jì)算分別為6.8、12.4、22.6 mg/kg。對(duì)于3 種施藥濃度，鮮煙葉農(nóng)藥殘留量隨著采樣間隔期的延長(zhǎng)而下降，且降解速率先快后慢；施藥5 d 后降解率均超過50%，14 d 后殘留量分別降為1.5、3.1、4.0 mg/kg，21 d 時(shí)降解率均超過90%，21 d 之后農(nóng)藥殘留量變化漸趨平緩，到35 d 時(shí)雖還未降解完全，但殘留量已經(jīng)較低。而氯氰菊酯的殘留量結(jié)果表明，第2 次施藥2 h 后，1 倍、2 倍和4 倍推薦施藥量的煙葉中原始沉積量分別為1.4、2.4、3.3 mg/kg。14 d 后 殘留量分別降為0.46、0.80、1.32 mg/kg，降解率均超過61%，但降解速度比高效氯氟氰菊酯要慢。

圖2 不同用藥量處理鮮煙葉農(nóng)藥殘留量隨施藥時(shí)間的變化

采用excel 進(jìn)行線性回歸分析，按照指數(shù)方程進(jìn)行擬合，得到鮮煙葉中農(nóng)藥殘留消解動(dòng)態(tài)方程及半衰期，由表2 可知，2 種農(nóng)藥在鮮煙葉中的殘留降解動(dòng)態(tài)方程均與一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程匹配，趨勢(shì)線的相關(guān)系數(shù)在0.944 7～0.992 5 范圍內(nèi)。不同施藥量的半衰期，高效氯氟氰菊酯為8.1～9.2 d，氯氰菊酯波動(dòng)相對(duì)大些，為8.7～11.1 d。由于鮮煙葉還需經(jīng)過烘烤加工，因此，該數(shù)據(jù)不代表最終煙葉中的農(nóng)藥殘留量，但其明確了2 種農(nóng)藥在鮮煙葉中的降解規(guī)律。

表2 鮮煙葉中農(nóng)藥殘留的消解方程及半衰期

2.3 煙葉烘烤過程的加工因子

鮮煙葉在烤制過程中會(huì)經(jīng)歷一定時(shí)間的高溫處理，此時(shí)農(nóng)藥會(huì)有降解情況發(fā)生，但是不同農(nóng)藥在烘烤時(shí)降解速度各有快慢。為了比較2 種菊酯類農(nóng)藥烤制前后殘留量的差異，考察了第2 次施藥后7、14、21 d 采收的煙葉樣品，結(jié)果如表3 所示，高效氯氟氰菊酯的加工因子（加工后農(nóng)藥殘留與加工前農(nóng)藥殘留的比值）為0.77～0.88，氯氰菊酯的加工因子為0.67～0.89。盡管烘烤過程中高溫促使了農(nóng)藥的降解，但是其對(duì)微生物和酶的滅活作用也會(huì)使烤制后煙葉農(nóng)藥降解速度變慢。

表3 煙葉烘烤過程中高效氯氟氰菊酯與氯氰菊酯的加工因子

2.4 烤后煙葉中農(nóng)藥降解規(guī)律

烤后煙葉在存放過程中農(nóng)藥會(huì)逐漸分解導(dǎo)致殘留量下降，而殘留量下降速度與煙草農(nóng)殘安全性有較大關(guān)系。為了更好地判斷不同存放期煙葉中農(nóng)藥殘留的情況，研究中分別取第2 次噴藥后7、14、21 d 采摘的煙葉，經(jīng)過烤制、切絲混勻后置于紙箱中，在25℃、60%的恒溫恒濕箱中，在烤后0、30、60 d 分別取樣測(cè)定煙葉中高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯2 種農(nóng)藥的降解情況，如圖3 所示。從圖3A 中可以看出，施藥后第7 天收獲的煙葉，烤后0、30、60 d 高效氯氟氰菊酯的含量均超標(biāo)（最大殘留限量為1 mg/kg）[14]。第14 天收獲的煙葉，只有推薦用量煙葉烤后60 d 的殘留量未超標(biāo)，而2 倍和4 倍推薦用量的烤后煙葉中高效氯氟氰菊酯含量均超標(biāo)。雖然隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，農(nóng)藥殘留量下降，但仍超過了限量值。從圖3B中可以看出，施藥后第7 天收獲的2、4 倍用量處理以及施藥后第14 天收獲的4 倍用藥量處理的烤后煙葉氯氰菊酯含量均超過了限量值，存放60 d 以后，只有第7 天收獲的烤后煙葉氯氰菊酯殘留量超標(biāo)。

圖3 不同用藥量處理烤后干煙葉中農(nóng)藥殘留量隨貯藏時(shí)間的變化

通過對(duì)含量變化曲線的擬合，得到的各個(gè)樣品的半衰期如表4 所示，無論是氯氰菊酯還是高效氯氟氰菊酯，低濃度施藥量的樣品半衰期相對(duì)較短，最短的為102 d，最長(zhǎng)的為377 d。

表4 烤后煙葉農(nóng)藥殘留消解的半衰期

從研究結(jié)果可以看出，施藥濃度、采摘間隔期、烘烤加工等都會(huì)對(duì)煙葉最終的農(nóng)藥殘留量產(chǎn)生影響。為了確保最終產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留不超標(biāo)，測(cè)定過程中的方法誤差也必需考慮進(jìn)來。根據(jù)烤后煙葉的農(nóng)藥殘留情況、加工因子和鮮葉中農(nóng)殘降解動(dòng)態(tài)方程，結(jié)合煙農(nóng)施藥習(xí)慣，對(duì)各個(gè)安全系數(shù)進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而推導(dǎo)出施藥到采摘的安全間隔期。

從烤后煙葉農(nóng)藥殘留和施藥習(xí)慣看，高效氯氟氰菊酯的施藥量不得超過推薦施藥量的1 倍。施藥量為推薦用藥量1 倍時(shí)，高效氯氟氰菊酯的加工因子為0.87（7、14、21 d 采樣加工因子的最高值），根據(jù)回收率測(cè)定誤差最大為18.9%，按最終烤后煙葉殘留量小于1 mg/kg 的標(biāo)準(zhǔn)，折合誤差和加工因子，計(jì)算得出采摘時(shí)鮮煙葉高效氯氟氰菊酯含量最小值為1/（0.87×1.189）=0.97 mg/kg。根據(jù)1 倍量施藥動(dòng)態(tài)消解方程y= 5.157 7e-0.075x，當(dāng)y=0.97，計(jì)算得x=22.3。因此，高效氯氟氰菊酯的收獲安全間隔期為23 d。

根據(jù)氯氰菊酯在烤后煙葉中農(nóng)藥殘留情況，施藥量不得超過推薦施藥量的2 倍。施藥量為推薦用藥量2 倍時(shí)，氯氰菊酯的加工因子為0.85（7、14、21 d 采樣加工因子的最高值），根據(jù)回收率測(cè)定誤差最大為10.5%，按最終烤后煙葉殘留量＜1 mg/kg 的標(biāo)準(zhǔn)，折合誤差和加工因子，計(jì)算得采摘時(shí)鮮煙葉氯氟氰菊酯殘留量最小值為1/（0.85×1.105）=1.06 mg/kg。根據(jù)2 倍量施藥動(dòng)態(tài)消解方程y= 2.047 3e-0.063x，當(dāng)y=1.06，計(jì)算得x=10.4。因此，氯氰菊酯的收獲安全間隔期為11 d。

3 結(jié) 論

對(duì)湘南地區(qū)云煙87 中氯氰菊酯、高效氯氟氰菊酯2 種農(nóng)藥的殘留量變化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其鮮葉中農(nóng)藥降解趨勢(shì)均與一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程匹配，在施藥前期農(nóng)藥分解的速度相對(duì)較快，后期殘留量逐漸下降并穩(wěn)定到較低水平。在鮮煙葉中，噴灑農(nóng)藥28 d 后，農(nóng)藥殘留量已處于比較低的狀態(tài)，藥后35 d 后農(nóng)藥殘留普遍較低。

高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯在田間鮮煙葉中的降解動(dòng)態(tài)與一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程匹配度較高，半衰期分別為8.1～9.2 d 和8.7～11.1 d；煙葉烘烤時(shí)的加工因子分別為0.77～0.88 和0.67～0.89；室溫儲(chǔ)存的烤后煙葉的高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯的降解速度較慢，其半衰期在102～377 d。綜合考慮烤后煙葉農(nóng)藥殘留量和加工因子，建議：高效氯氟氰菊酯的施藥量不宜超過1 倍推薦用藥量，采摘間隔期為23 d，氯氰菊酯的施藥量不宜超過2 倍推薦用藥量，采摘間隔期為11 d。