土壤和水中啶氧菌酯的環(huán)境行為研究

羅香文，嚴(yán)清平，陳武瑛，陳　昂，李宗云，楊　芳，劉　勇*（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，長(zhǎng)沙41018；.園藝作物病蟲害治理湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南省植物保護(hù)研究所，長(zhǎng)沙41015）

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土壤和水中啶氧菌酯的環(huán)境行為研究

羅香文1，2，嚴(yán)清平2，陳武瑛2，陳昂2，李宗云2，楊芳2，劉勇1，2*
（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，長(zhǎng)沙410128；2.園藝作物病蟲害治理湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南省植物保護(hù)研究所，長(zhǎng)沙410125）

摘要：通過對(duì)啶氧菌酯在三種典型土壤（潮土、褐土和紅壤土）和水中揮發(fā)性、光降解和淋溶性的研究，明確了其環(huán)境行為。啶氧菌酯在三種土壤表面和水中，24 h吸收液中未檢測(cè)到揮發(fā)的啶氧菌酯;啶氧菌酯在三種土壤表面的光降解半衰期分別為潮土26.70 h、褐土32.80 h和紅壤土12.80 h，在水中的光解半衰期為3.20 h；啶氧菌酯在三種土壤中的遷移率分別為潮土0.083、褐土0.08、紅壤土0.25。結(jié)果表明：啶氧菌酯在三種土壤和水中均難揮發(fā)，在土壤表面難光降解，而在水表面較易光降解；在潮土和褐土中移動(dòng)性等級(jí)為不移動(dòng)，而在紅壤中移動(dòng)性等級(jí)為不易移動(dòng)。綜上認(rèn)為，啶氧菌酯在三種土壤中穩(wěn)定性高、遷移率低，長(zhǎng)期高頻次施容易導(dǎo)致土壤中啶氧菌酯累積，而在水中易于降解，不容易累積。

關(guān)鍵詞：啶氧菌酯；光降解；揮發(fā)性；淋溶性

羅香文，嚴(yán)清平，陳武瑛，等.土壤和水中啶氧菌酯的環(huán)境行為研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 35（5）：926-930.

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啶氧菌酯，（E）-A-甲氧基亞甲基-2-（3-三氟甲基-2-吡啶氧甲基）乙酸苯甲酯，一種甲氧基丙烯酸酯類廣譜、內(nèi)吸性殺菌劑，在我國2008年獲得臨時(shí)登記，主要用于防治麥類葉面病害，如座枝孢屬（Ramulispora）導(dǎo)致的葉斑病等［1］。與現(xiàn)有甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑如嘧菌酯、肟菌酯等相比，啶氧菌酯對(duì)座枝孢屬（Septoria）、絲核菌屬（Rhizoctonia）等導(dǎo)致的小麥病害有更強(qiáng)的治療效果［2］。在我國，啶氧菌酯還用于水稻稻曲病等病害的防治［3］，其使用范圍和使用量正逐步上升。

按推薦劑量施用的啶氧菌酯在香蕉和土壤中的半衰期分別為10.7～12.1 d和12.5～13.4 d，若按1.5倍推薦劑量施用，15 d后在香蕉和土壤中的殘留分別為0.686、0.159 mg·kg-1，表明啶氧菌酯的殘留期較長(zhǎng)［4］。啶氧菌酯能夠抑制啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的生長(zhǎng)［5］，對(duì)土壤微生物的呼吸作用及土壤微生物結(jié)構(gòu)具有不可逆轉(zhuǎn)的影響［6］。4倍推薦劑量的啶氧菌酯能夠顯著降低家蠶的全繭量和繭層量［7］，可以推測(cè)高濃度的啶氧菌酯對(duì)非靶標(biāo)和環(huán)境具有潛在的毒性風(fēng)險(xiǎn)。因此，需研究啶氧菌酯在環(huán)境中，特別是農(nóng)藥重要的載體土壤和水中的環(huán)境行為，從而明確其累積性，為分析啶氧菌酯的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)以及其在不同亞農(nóng)田生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

本試驗(yàn)力圖建立一種啶氧菌酯殘留量的高效靈敏的檢測(cè)方法，并通過對(duì)啶氧菌酯在三種典型土壤表面和水中揮發(fā)性和光降解、淋溶性等研究，以期明確啶氧菌酯在土壤和水中的環(huán)境行為，為指導(dǎo)啶氧菌酯的科學(xué)施用提供理論參考。

1　材料與方法

1.1試劑和儀器

主要試劑：啶氧菌酯原藥（95%），啶氧菌酯標(biāo)準(zhǔn)品，其他試劑為分析純或色譜純。

主要儀器：揮發(fā)性裝置恒溫箱（XT5107-IB1000，杭州雪中炭恒溫技術(shù)有限公司），液相色譜儀（型號(hào)1200，安捷倫科技有限公司），氙弧燈光穩(wěn)定性試驗(yàn)箱（XT5409-XPC80，杭州雪中炭恒溫技術(shù)有限公司）。

1.2土壤樣品

實(shí)驗(yàn)采用3種土壤：潮土、褐土和紅壤土，其理化性質(zhì)見表1。

表1　供試土壤的理化性質(zhì)Table 1 Selected physical and chemical properties of soils

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

啶氧菌酯的表面揮發(fā)試驗(yàn)參考文獻(xiàn)［8］并略做修改。稱取50 g土壤和5 mL水樣（ddH2O）平鋪于9 cm直徑的玻璃培養(yǎng)皿中，均勻滴加0.5 mg的供試物（0.5 mL濃度為1000 mg·L-1的以乙腈為溶劑的母液），攪拌均勻；加適量蒸餾水使土壤持水量約為飽和持水量的60%，置于氣流式密閉系統(tǒng)運(yùn)行在20～25℃（揮發(fā)性裝置恒溫箱設(shè)定的溫度是23℃）條件下，空氣以500 mL·min-1的流速通過密閉裝置，使揮發(fā)出來的供試物隨氣流通過吸收管（設(shè)4級(jí)吸收管）并截留在吸收液（乙腈）中，24 h后分別測(cè)定吸收液及土壤和水中供試物含量。

啶氧菌酯的光降解試驗(yàn)參考文獻(xiàn)［9］并略做修改。分別稱取4 g土壤，加適量的水，使其均勻展布于玻璃平板上，室溫下陰干，制備土壤薄層系列，使土層厚度為1～2 mm。將供試物溶液均勻滴加于各土壤薄層表面，或?qū)⒐┰囄锛尤? mL ddH2O，使土壤中供試物濃度為10 mg·kg-1，水中供試物濃度為5 mg·kg-1，蓋上石英玻璃蓋，然后將其置于光化學(xué)反應(yīng)裝置中進(jìn)行光解試驗(yàn)。光照條件，測(cè)定波長(zhǎng)254 nm，紫外強(qiáng)度25 μW·cm-2。試驗(yàn)過程中定期取樣，測(cè)定土樣和水樣中供試物濃度的變化，記錄紫外強(qiáng)度，試驗(yàn)進(jìn)行至光解率達(dá)90%以上或最長(zhǎng)7 d時(shí)終止。同時(shí)設(shè)黑暗條件下的對(duì)照試驗(yàn)。光解試驗(yàn)期內(nèi)隔離其他光源，以減少對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

土壤淋溶試驗(yàn)采用土壤薄層層析法［10］。稱10 g過 0.25 mm篩的土壤于燒杯中加水（約7.5 mL）攪拌，直至成均勻的泥漿狀，用玻璃棒將泥漿均勻涂布于層析玻璃板上，土層厚度隨土質(zhì)的粗細(xì)程度不同，控制在0.5～1.0 mm之間。在溫度為（23±2）℃、避光條件下，將涂布好的土壤薄板晾干后，于距薄板底部1.5 cm處點(diǎn)上藥液，點(diǎn)藥量為10.0 μg，每種處理設(shè)置三個(gè)平行。待溶劑揮發(fā)后，放在裝有純水的層析槽（液面高度0.5 cm）中展開（18 cm），然后晾干。將薄板上的土壤按等距離分成6段，分別測(cè)定各段土壤中的供試物含量。

1.4啶氧菌酯殘留量檢測(cè)

啶氧菌酯殘留量檢測(cè)參考Rao等［11］的方法，將文獻(xiàn)中的固相萃取改為液相萃?。?2］。

1.4.1前處理

表面揮發(fā)試驗(yàn)樣品前處理：取整個(gè)處理樣本置于三角瓶中，分三次加入100 mL乙腈振蕩提取30 min，過濾至裝有5 g氯化鈉的離心管中，渦旋提取1 min，靜置30 min待分層，取1 mL上清液過0.2 μm的有機(jī)系微孔濾膜，待測(cè)。

表面光降解試驗(yàn)樣品前處理：取整個(gè)處理樣本加入8 mL乙腈，渦旋提取1 min，再加入1 g氯化鈉后渦旋1 min，靜置30 min待分層后4000 r·min-1離心5 min，取1 mL上清液過0.2 μm的有機(jī)系微孔濾膜，待測(cè)。

土壤淋溶試驗(yàn)樣品前處理：稱取每個(gè)分段的所有土壤于離心管中，加入4 mL乙腈渦旋提取1 min，靜置30 min待分層，在4000 r·min-1下離心5 min，取1 mL上清液過0.2 μm的有機(jī)系微孔濾膜，待測(cè)。

1.4.2儀器條件

液相色譜儀，配紫外檢測(cè)器（型號(hào)1200，安捷倫科技有限公司）。色譜柱：ZOBAX SB C-18（4.6×250，5 μm），柱溫30℃，檢測(cè)波長(zhǎng)225 nm，上樣量10 μL，流速1 mL·min-1，流動(dòng)相為30：70=水：乙腈。

1.4.3檢測(cè)方法驗(yàn)證

啶氧菌酯標(biāo)準(zhǔn)品，加入乙腈至啶氧菌酯的終濃度分別為0.1、0.5、1、2、10 mg·L-1，然后對(duì)樣品進(jìn)行前處理，經(jīng)萃取和凈化，采用HPLC進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)HPLC的光吸收值與啶氧菌酯的濃度建立啶氧菌酯殘留量檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

三種土壤、吸收液和水中分別添加0.4 mg·L-1和10 mg·L-1啶氧菌酯，萃取和凈化土壤和吸收液中的啶氧菌酯，采用HPLC進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)建立的啶氧菌酯殘留量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算土壤和水中啶氧菌酯含量，與添加啶氧菌酯的殘留量進(jìn)行比較，計(jì)算添加回收率。

1.5數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)的平均值及標(biāo)準(zhǔn)誤差均采用Excel 2010統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

啶氧菌酯的表面揮發(fā)率，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)，分別計(jì)算揮發(fā)試驗(yàn)回收率（R）和揮發(fā)率（Rv）［8］。

Rv（%）=mv/mo×100

式中：Rv為揮發(fā)率，%；mv為供試物揮發(fā)量，μg；mo為供試物加入量，μg。

R（%）=（mv+mR）×100/mo

式中：R為揮發(fā)試驗(yàn)回收率，%；mR為供試物殘留量，μg。

啶氧菌酯的表面光解一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程［9

啶氧菌酯的半衰期t1/2= ln2/K

式中：Ct為t時(shí)供試物質(zhì)量濃度，mg·L-1；C0為供試物起始質(zhì)量濃度，mg·L-1；k為光解速率常數(shù)；t為反應(yīng)時(shí)間；t1/2為光解半衰期。

啶氧菌酯在土壤中的淋溶性以遷移率（Rf）表示［10］。根據(jù)各段土壤中的供試物含量：

式中：Ci表示i段土層啶氧菌酯的濃度，μg·kg-1；Co表示原點(diǎn)土層啶氧菌酯的濃度，μg·kg-1。

2　結(jié)果與分析

2.1啶氧菌酯殘留量檢測(cè)結(jié)果

啶氧菌酯的定量標(biāo)準(zhǔn)曲線，采用5個(gè)添加濃度，每個(gè)添加濃度重復(fù)5次。據(jù)檢測(cè)結(jié)果繪制土壤中啶氧菌酯的定量標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1。

定量限（LOQ）為0.001 8 mg·kg-1。土壤（圖2）、水和吸收液中啶氧菌酯的添加回收率具有差異，除潮土添加10 mg·kg-1啶氧菌酯的回收率較低（75.52%～78.36%），其他添加回收率均較高，且所有添加回收率的變異度均較低。

圖1　啶氧菌酯殘留量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 1 Standard curve for picoxystrobin quantification

圖2　土壤中啶氧菌酯殘留量檢測(cè)圖譜Figure 2 Peaks of picoxystrobin quantification by HPLC

2.2光降解

啶氧菌酯在三種土壤表面的光降解規(guī)律均符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，降解回歸方程及半衰期見表2。啶氧菌酯在紅壤表面光降解最快，褐土表面光降解最慢。根據(jù)農(nóng)藥光降解等級(jí)劃分，啶氧菌酯在潮土和褐土表面的光降解半衰期大于24 h，屬于難光降解農(nóng)藥；而在紅壤土表面的光降解等級(jí)為較難光解。圖3結(jié)果表明，啶氧菌酯在水中的光解也符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，其在水中的半衰期為3.20 h，屬較易光解農(nóng)藥。

2.3揮發(fā)性

啶氧菌酯在三種土壤表面揮發(fā)性試驗(yàn)（表3）結(jié)果表明，啶氧菌酯絕大部分存在于三種土壤中，其回收率達(dá)到92%～96.87%；而在揮發(fā)物吸收液中，未檢測(cè)到啶氧菌酯。根據(jù)農(nóng)藥揮發(fā)性等級(jí)劃分，啶氧菌酯在三種土壤表面的揮發(fā)率（Rv）均未檢測(cè)到，屬于難揮發(fā)農(nóng)藥。在水中的揮發(fā)性結(jié)果表明，啶氧菌酯在水中也屬難揮發(fā)性農(nóng)藥。

表2　啶氧菌酯在三種土壤中的光降解Table 2 Photodegradation of picoxystrobin in three typical soils

圖3　啶氧菌酯在水中光解曲線Figure 3 Curve of picoxystrobin photodegradation in water

2.4土壤淋溶

啶氧菌酯在土壤中的淋溶性采用薄層層析法。圖4結(jié)果表明，在褐土和潮土0～3 cm的土層中，啶氧菌酯的濃度最高，其他土層極低；而在紅壤中，不同土層中啶氧菌酯的濃度基本一致。

啶氧菌酯在三種土壤中的遷移率（表4）與圖4結(jié)果基本一致。在褐土和潮土中，啶氧菌酯的遷移率為0.083，均小于0.10，其移動(dòng)性等級(jí)為不移動(dòng)；而其在紅壤中的遷移率為0.25，移動(dòng)性等級(jí)為不易移動(dòng)。

圖4　啶氧菌酯在三種土壤不同土層中的分布Figure 4 Distribution of picoxystrobin in different layers of three typical soils

表4　啶氧菌酯在三種土壤中的遷移率Table 4 Migration rates of picoxystrobin in three typical soils

3　討論

殺菌劑在環(huán)境介質(zhì)中的環(huán)境行為，與農(nóng)藥本身的分子特性等密切相關(guān)，同時(shí)也與土壤的理化性質(zhì)具有復(fù)雜的相互關(guān)聯(lián)；如土壤有機(jī)質(zhì)含量能夠影響殺菌劑在固液相間分配系數(shù)（Kd），從而影響殺菌劑的環(huán)境行為［13］。啶氧菌酯在三種土壤表面的光降解結(jié)果表明，啶氧菌酯在紅壤土中半衰期僅為其他兩種土壤的一半；且在紅壤中遷移率高于其他兩種類型的土壤，可能與不同類型土壤中的有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)。甲氧基丙烯酸酯類另一種重要的殺菌劑嘧菌酯在不同類型土壤中的吸附強(qiáng)弱順序?yàn)楹滞粒竞映蓖粒炯t壤［14］，表明土壤有機(jī)質(zhì)含量越高，嘧菌酯在固液相間的分配系數(shù)越高，嘧菌酯趨向于固相。啶氧菌酯在不同類型土壤中的光降解和遷移結(jié)果與嘧菌酯類似，其在有機(jī)質(zhì)含量高的土壤（潮土和褐土）中相對(duì)穩(wěn)定，而在有機(jī)質(zhì)含量較低的紅壤中不穩(wěn)定，易遷移和降解（表2，圖3）。與嘧菌酯在稻田土壤中的半衰期（7.77～9.33 d）相比［14-15］，啶氧菌酯在三種典型土壤中的半衰期均較長(zhǎng)（12.80～30.80 d），表明在土壤中，啶氧菌酯的穩(wěn)定性高于嘧菌酯，其殘留風(fēng)險(xiǎn)可能高于嘧菌酯。

表3　啶氧菌酯揮發(fā)性Table 3 Volatility of picoxystrobin

啶氧菌酯在紅壤土的穩(wěn)定性低于其他兩種類型土壤（半衰期短、遷移率高），還可能與土壤pH相關(guān)［16］。嘧菌酯在土壤中的環(huán)境行為研究還表明，pH值變化對(duì)嘧菌酯在土壤上的固液相間分配系數(shù)（或吸附）有明顯的影響，pH值為5時(shí)，土壤吸附的嘧菌酯量最低（Kd值最小）［14］。相較于其他兩種土壤，紅壤土pH偏酸性（pH 5.5），啶氧菌酯在紅壤土中的固液相間分配系數(shù)低，啶氧菌酯趨向于遷移和降解。

啶氧菌酯在水中光降解的半衰期為3.20 h，屬易光降解農(nóng)藥。其光穩(wěn)定性低于嘧菌酯（不同pH水中半衰期為17.2～47.9 d）［17］，表明啶氧菌酯在水中的殘留風(fēng)險(xiǎn)低于嘧菌酯。

啶氧菌酯在三種土壤和水的表面都難揮發(fā)，表明啶氧菌酯分子本身穩(wěn)定性高［18］，與介質(zhì)的理化性質(zhì)關(guān)聯(lián)不大。

啶氧菌酯的環(huán)境行為還可能與介質(zhì)的其他理化因素相關(guān)，所以啶氧菌酯的施用劑量及頻次，應(yīng)該根據(jù)環(huán)境介質(zhì)的條件、氣候等環(huán)境因子，以及農(nóng)田亞生態(tài)環(huán)境實(shí)際情況加以限制，如啶氧菌酯在潮土和褐土中穩(wěn)定性高、遷移率低，長(zhǎng)期高頻次施用容易導(dǎo)致土壤中啶氧菌酯累積，影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量以及造成潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

4　結(jié)論

啶氧菌酯在三種土壤、水和空氣中均難揮發(fā)，在土壤表面難光降解，而在水表面較易光降解；在潮土和褐土中的移動(dòng)性等級(jí)為不移動(dòng)，而在紅壤中為不易移動(dòng)。啶氧菌酯在三種土壤中穩(wěn)定性高、遷移率低，長(zhǎng)期高頻次施用，容易導(dǎo)致土壤中啶氧菌酯累積；而在水中易于降解，不容易累積。

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中圖分類號(hào)：X592

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-2043（2016）05-0926-05

doi:10.11654/jaes.2016.05.016

收稿日期：2016-01-18

基金項(xiàng)目：國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-25-B-05）

作者簡(jiǎn)介：羅香文（1977—），女，博士生，助理研究員，主要從事農(nóng)藥殘留及環(huán)境安全性研究。E-mail：luoxwzbs@163.com

*通信作者：劉勇E-mail：haoasliu@163.com

Environmental behaviors of picoxystrobin in soils and water

LUO Xiang-wen1,2, YAN Qing-ping2, CHEN Wu-ying2, CHEN Ang2, LI Zong-yun2, YANG Fang2, LIU Yong1,2*
（1.College of Plant Protection, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.Management of Horticultural Crop of Hunan Province, Hunan Plant Protection Institute, Hunan Academy of Agricultural Science, Changsha 410125, China）

Abstract：Picoxystrobin is mainly used in controlling diseases in grain crops. However, its environmental behaviors are still not well understood. Here we investigated leaching, photocatalytic degradation and volatilization of picoxystrobin using liquid extraction combined with high performance liquid chromatography（LE-HPLC）detection. There was no volatilization of picoxystrobin detected in water and three typical soils. The half-life of picoxystrobin in photocatalytic degradation were 26.70 h on the surface of fluvo-aquic soil, 32.80 h on cinnamon soil, 2.80 h on red soil, and 3.20 h in water. The migration of picoxystrobin was 0.083, 0.08, and 0.25 in fluvo-aquic soil, cinnamon soil, and red soil, respectively. These results demonstrate that picoxystrobin is stable and accumulates in soil with long-term and frequent applications, but is easily degraded in water.

Keywords：picoxystrobin; photocatalytic degradation; volatilization; leaching