三元除草劑二甲四氯·莠滅凈·敵草隆在甘蔗及土壤中的消解特性研究

簡 秋，鄭尊濤，宋穩(wěn)成

(農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥檢定所，北京 100125)

甘蔗是一年生或多年生宿根熱帶和亞熱帶草本植物，是我國最主要的糖料作物，以甘蔗為主要原料的蔗糖產(chǎn)業(yè)是廣西的優(yōu)勢和特色產(chǎn)業(yè)。甘蔗生產(chǎn)深受病蟲草害影響，蔗田草害是危害我國甘蔗生產(chǎn)的主要因素之一，蔗田雜草對甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)影響很大，甘蔗雜草與甘蔗相互競爭水分、養(yǎng)料、陽光等生長資源，阻礙甘蔗生長，降低甘蔗產(chǎn)量。據(jù)統(tǒng)計，甘蔗雜草以扁穗莎草、馬唐、蟋蟀草、千金子、辣蓼、勝紅薊、香附子、狗牙根、野莧、光頭稗及茅草等為主。

廣西甘蔗種植面積和蔗糖產(chǎn)量居全國首位，而蔗田雜草是影響廣西各蔗區(qū)甘蔗產(chǎn)量的重要因素，受草害嚴(yán)重的田塊甘蔗減產(chǎn)可達(dá)30% ～70%［1］，化學(xué)防治目前仍是蔗田除草最有效的手段。目前在甘蔗上取得登記的除草劑有20余種，由于蔗田常有多種雜草混合發(fā)生，往往一種除草劑很難達(dá)到完全除草的目的［2］，目前實(shí)際生產(chǎn)中多以混配使用的方式進(jìn)行甘蔗除草。其中二甲四氯、莠滅凈、敵草隆等品種以單劑或二元、三元混劑的形式在甘蔗中大量登記并使用，可有效防除甘蔗田中禾本科、莎草科及闊葉雜草，是目前甘蔗田除草劑的主導(dǎo)產(chǎn)品［3］。目前已經(jīng)取得國家登記的甲滅敵三元混配的企業(yè)多達(dá)20個以上，產(chǎn)品多以可濕性粉劑為主，含量在30% ～88%，推薦的有效成分使用量差異也較大，有效成分范圍在1 125～2 160 g/kg。

由于甘蔗種植均有在同一地塊多年連續(xù)種植及多年宿根種植等特點(diǎn)，造成同一種植地多年連續(xù)重復(fù)地使用相同農(nóng)藥，易造成農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，如周邊水體、土壤中的累積殘留。美國環(huán)保局在20世紀(jì)80年代就將莠滅凈作為易對地下水產(chǎn)生污染的6種除草劑之一。1992、1997年美國全國農(nóng)藥調(diào)查發(fā)現(xiàn)在地下水中都能檢測出莠滅凈，在水污染調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)二甲四氯丙酸為檢出率較高的農(nóng)藥［4-5］。由于土壤對敵草隆吸附常數(shù)較低(Koc值2.77)，敵草隆會通過土壤滲透至地下水層污染地下水，歐盟已將敵草隆列入了優(yōu)先控制污染物名單［6］。

因此了解上述3種農(nóng)藥在甘蔗中施用后的降解特性，掌握其降解速率，對于掌握農(nóng)藥的累積殘留特性，評價農(nóng)藥對甘蔗、環(huán)境的安全性其有非常重要的意義。目前對于上述3種除草劑的檢測及殘留動態(tài)研究均為其中單一成分的研究，而對于目前廣泛使用的甲·滅·敵三元混配形式的除草劑使用后在甘蔗及土壤中的降解特性未見報道。本研究選取目前在甘蔗生產(chǎn)中大量使用的二甲四氯、莠滅凈、敵草隆三元混配除草劑為研究對象，在現(xiàn)有分析方法［7-13］的基礎(chǔ)上，建立甘蔗及土壤基質(zhì)中3種除草劑的檢測方法，探討三元除草劑在甘蔗種植前期使用后在甘蔗植株及土壤環(huán)境中的殘留降解特性進(jìn)行比較研究，評價其對環(huán)境土壤的影響，為更深入開展環(huán)境行為研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

敵草隆(diuron)、莠滅凈(ametryn)、二甲四氯鈉(MCPA-Na)標(biāo)準(zhǔn)品:純度99.0%，購自 Dr.Ehrenstorfer GmbH公司。乙腈(MeCN)、甲醇(MeOH)、二氯甲烷(dichloromethane)為色譜純，無水硫酸鈉等為分析純，上海試劑公司，其它如PSA、無水硫酸鎂等。73%甲·滅·敵草隆可濕性粉劑(10∶40∶23):產(chǎn)品推薦用量有效成分1 314～1 752 g/hm2，市售。

1.2 儀器與設(shè)備

氣相色譜:安捷倫7890A，帶NPD及μECD檢測器;液相色譜:Waters 600，帶2487雙波長UVD;液相色譜柱:C18，250 mm ×4.6 mm(id)，填充物粒徑 5 μm。氣相色譜柱:HP-5MS，30 m ×0.25 mm，0.25 μm。DB-17，30 m ×0.25 mm，0.25 μm。高速勻漿機(jī);高速離心機(jī);渦流混合器、電子天平、精密移液槍、氮吹儀以及其它實(shí)驗(yàn)室常用儀器設(shè)備。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 試劑的配制及標(biāo)準(zhǔn)曲線 為減少甘蔗植株及土壤等基質(zhì)效應(yīng)對3個檢測成分的影響，分別采用對應(yīng)的樣品前處理方法獲得的空白基質(zhì)(植株、土壤)溶劑配制不同濃度系列的二甲四氯、莠滅凈和敵草隆甘蔗基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)樣測定其峰面積，以進(jìn)樣濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.2 基質(zhì)樣品中目標(biāo)物的提取和凈化 (1)土壤。土壤樣品中敵草隆、莠滅凈、二甲四氯的提取和凈化均采用同樣的前處理方法:稱10 g樣品于50 mL離心管，加10 mL乙腈，渦旋2 min;加1 g NaCl，渦旋1 min;加4 g無水MgSO4，用手劇烈振蕩30 s，置于4℃冷水中冷卻至室溫，渦旋2 min;3 500 r/min離心5 min;取1 mL上清液過0.22 μm有機(jī)系濾膜至進(jìn)樣瓶，待測。

(2)甘蔗。1)敵草隆、莠滅凈:稱10 g樣品于50 mL離心管，加10 mL乙腈，渦旋2 min;加1 g NaCl，渦旋1 min;加4 g無水MgSO4，用手劇烈振蕩30 s，置于4℃冷水中冷卻至室溫，渦旋2 min;取1 mL上清液于已裝有150 mg無水MgSO4、20 mg PSA的2 mL離心管中，渦旋2 min;3 500 r/min離心5 min;取所有上清液過0.22 μm有機(jī)系濾膜至進(jìn)樣瓶，待測。2)二甲四氯:提取:稱取20 g樣品，加入50 mL甲醇+水=(1+1)，渦旋2 min，3 500 r/min離心5 min，倒出上清液，重復(fù)提取1次，合并上清液，加5 g氯化鈉，待溶解后再加入磷酸調(diào)節(jié)pH為2.5，靜止1 h，用50 mL×3二氯甲烷萃取3次，每次1.5 min，合并二氯甲烷相，經(jīng)無水硫酸鈉漏斗脫水，40℃濃縮近干，待層析柱凈化。二甲四氯凈化柱:10 cm×1.2 cm，在層析柱中依次加入2 g無水硫酸鈉、5 g中性氧化鋁和2 g無水硫酸鈉。用20 mL甲醇+二氯甲烷(1+9)，預(yù)淋，用5 mL甲醇溶解濃縮殘余物并轉(zhuǎn)移到柱中，再用50 mL甲醇+二氯甲烷(4+6)溶液淋洗層析柱。收集淋洗液濃縮至近干，用2 mL甲醇定容待測。

1.3.3 分析測定 (1)儀器條件。1)二甲四氯。儀 器:Waters600液相色譜儀，UV檢測器。檢測波長:230 nm。色譜柱:C18，250 mm ×4.6 mm(id)，填充物粒徑 5 μm。流速:1.00 mL/min，進(jìn)樣量:10 μL。流動相:甲醇/水/冰乙酸(72+28+0.01)(2011年所有樣品及2012年土壤樣品測定條件)，甲醇/水/冰乙酸(30+70+0.01)(2012年植株及莖桿樣品測定條件)。2)莠滅凈。儀器:GC-7890A，NPD。色譜柱:DB-17，30 m ×0.32 mm，0.25 μm。載氣:N2，流速:2 mL/min，進(jìn)樣量:1 μL。NPD:325 ℃，進(jìn)樣口:260℃。柱溫箱程序升溫:100℃(保持1 min)，以20℃/min升至230℃(保持2 min)，再10℃/min升至280℃(保持5.5 min)。H2:3 mL/min，空氣:60 mL/min。3)敵草隆。儀器:GC-7890A，μECD。色譜柱:DB-17，30 m ×0.25 mm，0.25 μm。載氣:N2，流 速:1 mL/min，隔墊吹掃:3 mL/min。進(jìn)樣量:1 μL。μECD:280℃，進(jìn)樣口:260℃。柱溫箱程序升溫:100℃(保持1 min)，以30℃/min升至170℃ (保持1 min)，再30℃/min升至270℃(保持5 min)。

1.3.4 動態(tài)試驗(yàn)設(shè)計及樣本處理 小區(qū)面積30 m2，重復(fù)3次，隨機(jī)排列，小區(qū)間設(shè)保護(hù)帶。另設(shè)對照小區(qū)。施藥方法:分別按產(chǎn)品推薦的最高劑量增加1.5倍的方法進(jìn)行動態(tài)施藥，莖葉噴霧處理，每667 m2用水量:45 kg，施藥次數(shù):1次。為探索不同種植區(qū)、不同氣候?qū)?個除草劑降解的影響規(guī)律，試驗(yàn)分別選擇廣西南寧和安徽宿州兩地進(jìn)行，試驗(yàn)甘蔗品種為臺糖22號(廣西)、巴地拉(安徽)。

(1)甘蔗植株動態(tài)試驗(yàn)。為保證足夠的原始沉積量，獲得較多的有效殘留量點(diǎn)數(shù)，試驗(yàn)采用了直接對甘蔗植株進(jìn)行噴霧的施藥方法，消解動態(tài)按有效成分2 628 g/hm2(推薦高劑量1.5倍)的濃度于甘蔗長至約0.5 m 株高時施藥，對小區(qū)甘蔗進(jìn)行莖葉噴霧處理，一次施藥。施藥后 2 h、1，3，5，7，14，21，30，45，60，90 d采集甘蔗植株(地上部)。甘蔗樣本的采集:隨機(jī)在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)6～12個采樣點(diǎn)采集2 kg生長正常、無病害的甘蔗全株(地上部)，切成數(shù)段后裝入樣本袋中包扎妥當(dāng)，于4 h內(nèi)運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，將田間植株樣本分別切剪、切碎成1 cm以下的小段，在不銹鋼盆中充分混勻，用四分法縮分樣品，留樣500 g，裝入樣本容器中，粘好標(biāo)簽，貯存于－20℃冰柜中保存。小區(qū)邊行和每行距離兩端0.5 m內(nèi)不采樣。

(2)土壤動態(tài)試驗(yàn)。土壤:在甘蔗種植區(qū)旁另選一塊30 m2的地塊，對土壤單獨(dú)噴霧處理，一次施藥，施藥濃度同甘蔗植株，施藥后 2 h、1，3，5，7，14，21，30，45，60，90 d 采樣，另設(shè)不施藥空白對照。

土壤樣本的采集:隨機(jī)取點(diǎn)5～10個，用土鉆采集0～10 cm的土壤1～2 kg，除去土壤中的碎石、雜草和植物根莖等雜物，混勻后采用四分法留樣500 g，裝入樣本容器中，粘好標(biāo)簽，貯存于－20℃冰柜中保存。

2 結(jié)果與分析

2.1 基質(zhì)溶劑標(biāo)準(zhǔn)曲線

在上述確定的色譜條件下，采用空白的甘蔗及土壤樣品按照上述前處理方法獲得相應(yīng)的基質(zhì)溶劑，每個藥劑采用此空白溶劑配制5個不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行色譜測定，每個濃度平行進(jìn)樣測定6次，以各組分的峰面積(Y)對濃度(X，mg/L)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，3種除草劑標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系和相關(guān)系數(shù)見表1。從表1可以看出，3種除草劑在0.02～2.0 mg/L范圍內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)(R2)均在0.998以上，可以滿足定量分析的要求。通過對同一標(biāo)準(zhǔn)品平行測定6次所測得的各物質(zhì)的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%，表明本方法精密度很好。

表1 3種除草劑的線性標(biāo)準(zhǔn)曲線Tab.1 The linearity of 3 herbicides

2.2 最低檢測濃度

根據(jù)添加回收率實(shí)驗(yàn)，在上述色譜條件下:二甲四氯:土壤0.05 mg/kg，植株0.05 mg/kg;敵草隆:土壤 0.05 mg/kg，植株 0.05 mg/kg;莠滅凈:土壤 0.05 mg/kg，植株 0.05 mg/kg。

2.3 添加回收率與相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

稱取一定量的空白甘蔗、土壤樣品，分別添加不同量的二甲四氯、敵草隆及莠滅凈標(biāo)準(zhǔn)溶液，按以上方法樣品前處理及儀器檢測方法進(jìn)行添加回收試驗(yàn)，每個藥劑添加3個濃度，每個濃度5次重復(fù)。

表2 二甲四氯、莠滅凈及敵草隆在甘蔗及土壤中的添加回收結(jié)果Tab.2 Average recoveries and RSDs of 3 herbicides(n=5)

甘蔗及土壤中3個試驗(yàn)藥劑均分別添加0.05，0.1，0.5 mg/kg 3個濃度梯度，每處理5個重復(fù)，結(jié)果甘蔗中:二甲四氯的回收率為81.6% ～91.0%，RSD＜7.9%;莠滅凈平均回收率98.5% ～103.1%，RSD ＜7.6%;敵草隆平均回收率83.8% ～105.8%，RSD＜3.1%。土壤中:二甲四氯的回收率為84.0% ～92.2%，RSD ＜4.7%;莠滅凈平均回收率76.0% ～90.3%，RSD ＜5.9%;敵草隆平均回收率 72.2% ～102.7%，RSD＜3.1%。添加回收率均能滿足農(nóng)藥殘留相關(guān)要求，方法準(zhǔn)確度好(表2)。

2.4 消解動態(tài)

2.4.1 甘蔗植株 經(jīng)2011、2012年在廣西、安徽兩地采取模擬試驗(yàn)法試驗(yàn)，二甲四氯·莠滅凈·敵草隆73%可濕性粉劑在甘蔗生長至約0.5 m株高時莖葉噴霧施藥一次，施藥劑量有效成分:2 628 g/hm2。試驗(yàn)結(jié)果表明，二甲四氯:廣西點(diǎn)甘蔗植株中的原始沉積量為:3.662～6.439 mg/kg，消解半衰期為3.6～9.5 d;安徽點(diǎn)甘蔗植株中的原始沉積量為:4.857 ～13.864 mg/kg，消解半衰期為5.1 ～6.0 d。莠滅凈:廣西點(diǎn)甘蔗植株中的原始沉積量為:22.235～41.878 mg/kg，消解半衰期為1.6～2.1 d;安徽點(diǎn)甘蔗植株中的原始沉積量為:76.405～84.897 mg/kg，消解半衰期為10.5～13.6 d。敵草隆:廣西點(diǎn)甘蔗植株中的原始沉積量為:5.376～12.529 mg/kg，消解半衰期為4.2～7.5 d;安徽點(diǎn)甘蔗植株中的原始沉積量為:14.290 ～21.003 mg/kg，消解半衰期為2.2 ～18.2 d(圖1 至圖3，表3、表4，代表性譜圖見圖4 至圖6)。

圖1 二甲四氯在甘蔗及土壤中的消解動態(tài)曲線Fig.1 Dissipation curves of MCPA in sugarcane and soil

圖2 莠滅凈在甘蔗及土壤中的消解動態(tài)曲線Fig.2 Dissipation curves of ametryn in sugarcane and soil

圖3 敵草隆在甘蔗及土壤中的消解動態(tài)曲線Fig.3 Dissipation curves of diuron in sugarcane and soil

2.4.2 土壤 經(jīng)2011、2012年二年度在廣西、安徽2地采取模擬試驗(yàn)法試驗(yàn)，二甲四氯·莠滅凈·敵草隆73%可濕性粉劑在甘蔗地空白地塊噴霧施藥1次，施藥劑量:2 628 g/hm2。試驗(yàn)結(jié)果表明，二甲四氯:廣西點(diǎn)土壤中的原始沉積量為:0.572～5.163 mg/kg，消解半衰期為2.4～5.1 d;安徽點(diǎn)土壤中的原始沉積量為:1.853～2.203 mg/kg，消解半衰期為7.1～7.9 d。莠滅凈:廣西點(diǎn)土壤中的原始沉積量為:0.592 ～3.650 mg/kg，消解半衰期為4.8 ～28.9 d;安徽點(diǎn)土壤中的原始沉積量為:0.385 ～18.545 mg/kg，消解半衰期為 10.0 ～16.9 d。敵草隆:廣西點(diǎn)土壤中的原始沉積量為:0.516 ～1.067 mg/kg，消解半衰期為23.9 ～25.7 d;安徽點(diǎn)土壤中的原始沉積量為:1.025 ～3.094 mg/kg，消解半衰期為15.8 ～28.9 d(圖1至圖3，表3、表4，代表性譜圖見圖4至圖6)。

表3 3種除草劑在甘蔗植株中的消解動態(tài)特性Tab.3 Degradation equations and half lives of three herbicides in sugarcane

表4 3種除草劑在土壤中的消解動態(tài)特性Tab.4 Degradation equations and half lives of three herbicides in soil

圖4 二甲四氯土壤空白CK及檢測樣品色譜圖Fig.4 Chromatograms of MCPA in soil CK and soil sample

圖5 莠滅凈土壤空白CK及檢測樣品色譜圖Fig.5 Chromatograms of ametryn in soil CK and soil sample

圖6 敵草隆土壤空白CK及檢測樣品色譜圖Fig.6 Chromatograms of diuron in soil CK and soil sample

3 結(jié)論

本研究探討了目前在我國甘蔗生產(chǎn)中大量使用的三元混合除草劑在甘蔗中使用后，在甘蔗植株及土壤環(huán)境中的降解特性，以(有效成分)2 628 g/hm2(即甲、滅、敵3種(有效成分)成分的用藥量分別為(360+1 440+828)g/hm2)在甘蔗種植使用后，甲、滅、敵3種成分在甘蔗植株中原始沉積量分別為3.662 ～13.864，22.235 ～84.879，5.376 ～21.003 mg/kg，在土壤中的原始沉積量則分別為:0.572 ～5.163，0.385 ～18.545，0.516 ～3.094 mg/kg。甲、滅、敵三種成分在甘蔗植株中的降解半衰期分別為:3.6 ～9.5，1.6 ～13.6，2.2 ～18.2 d，在土壤中的降解半衰期則分別為:2.4 ～7.9，4.8 ～28.9，15.8 ～28.9 d。

為避免長殘留農(nóng)藥對地下水體的污染，歐洲各國都制定了相應(yīng)的農(nóng)藥登記標(biāo)準(zhǔn)，德國制定的標(biāo)準(zhǔn)是:若一種農(nóng)藥的水溶性 ＞30 mg/L，Koc＜500 L/kg，Kd＜10 L/kg，DT50(降解半衰期)＞21 d，則要對地下水污染進(jìn)行評價，在使用時應(yīng)予以限定。荷蘭的標(biāo)準(zhǔn)是DT50＞2月，Kom＜70 L/kg的農(nóng)藥不予登記;瑞典的標(biāo)準(zhǔn)則是Koc＜500 L/kg，DT50＞1月的農(nóng)藥不允許使用［14］。

可見，本文研究的三元除草劑均已證實(shí)對環(huán)境特別是環(huán)境地下水體有較高的殘留風(fēng)險，從本文的研究結(jié)果來看，莠滅凈及敵草隆在自然條件下的土壤環(huán)境中的DT50最長可達(dá)4周左右，在自然環(huán)境下較難降解，會對甘蔗種植區(qū)特別是長期多年重復(fù)種植甘蔗地區(qū)的環(huán)境土壤及水體存在較大的殘留風(fēng)險，相關(guān)的環(huán)境行為特別是對水體的污染行為特性更應(yīng)深入研究。

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