農(nóng)田土壤中抗倒酯及其代謝物抗倒酸殘留量檢測方法的建立與應(yīng)用

龔毅，楊麗華，彭曉春，龔道新*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)環(huán)境保護研究所，湖南 長沙410128；2.環(huán)境保護部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655)

農(nóng)田土壤中抗倒酯及其代謝物抗倒酸殘留量檢測方法的建立與應(yīng)用

龔毅1,2，楊麗華1，彭曉春2*，龔道新1*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)環(huán)境保護研究所，湖南 長沙410128；2.環(huán)境保護部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655)

為了探明抗倒酯及其代謝物抗倒酸在農(nóng)田土壤中的殘留消解規(guī)律，采用高效液相色譜檢測技術(shù)(HPLC-UV)，通過添加回收試驗法建立農(nóng)田土壤中抗倒酯和抗倒酸殘留量的檢測方法。結(jié)果顯示：用酸性乙腈振蕩法提取農(nóng)田土壤中殘留的抗倒酯和抗倒酸，用氟羅里硅土分散固相萃取法凈化提取液后進行HPLC-UV檢測，當(dāng)添加濃度為0.05、0.50、5.00 mg/kg時，抗倒酯的添加回收率為79.68%～103.55%，變異系數(shù)為1.26%～10.22%；抗倒酸的添加回收率為79.18%～104.13%，變異系數(shù)為3.29%～10.75%。結(jié)果表明該方法符合農(nóng)藥殘留量分析與檢測的技術(shù)要求。在此基礎(chǔ)上，采用室內(nèi)模擬試驗研究20 ℃恒溫和避光培養(yǎng)條件下抗倒酯和抗倒酸在2種湖南典型農(nóng)田土壤(第四紀(jì)紅土紅壤和河潮土)中的殘留消解情況，結(jié)果顯示：抗倒酯和抗倒酸在2種供試農(nóng)田土壤中的殘留消解均符合一級化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)方程Ct=C0·e-kt，抗倒酯在第四紀(jì)紅土紅壤和在河潮土中的消解半衰期分別為8.92、7.67 d，抗倒酸的消解半衰期分別為9.39、8.59 d，表明抗倒酯和抗倒酸在2種供試農(nóng)田土壤中的消解均較快，不易形成殘留危害。

抗倒酯；抗倒酸；殘留檢測；消解動態(tài)；第四紀(jì)紅土紅壤；河潮土

作物倒伏，特別是禾本科作物水稻和小麥倒伏不僅會嚴(yán)重影響其產(chǎn)量和品質(zhì)，而且會嚴(yán)重影響其順利收獲，更不利于機械化收獲?？沟辊?trinexapac-ethyl, 4-環(huán)丙基(羥基)亞甲基-3,5-二酮環(huán)己烷羧酸乙酯)為環(huán)己烷羧酸類植物生長調(diào)節(jié)劑，能夠抑制植物體內(nèi)赤霉素的后期生物合成，通過降低赤霉素的含量控制植物生長[1]。植株主要通過其莖、葉等綠色部分吸收抗倒酯，通過根系吸收的部分很少[2]。植物體內(nèi)的抗倒酯可以在其生長部位發(fā)生作用，從而抑制植物細胞的伸長?？沟辊ゾ哂行Ч€(wěn)定、毒性較小、價格低廉等優(yōu)點，被廣泛用于禾谷類、小麥、油菜和甘蔗等多種中國代表性經(jīng)濟作物的抗倒伏[1-2]?？沟辊ヒ自诃h(huán)境和生物體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化成為抗倒酸(Trinexapac)?？沟顾崤c抗倒酯的功效相似[1]。歐盟和日本明確規(guī)定了抗倒酯的最大殘留限量(以其代謝物抗倒酸(Trinexapac)計。在土壤中暫時還沒有規(guī)定，一般也是以抗倒酸計)，規(guī)定小麥、大麥和黑麥的MRL值為0.5 mg/kg，其他糧谷的MRL值為0.6 mg/kg。目前，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通常施用抗倒酯及其制品來防止作物倒伏，因此，研究抗倒酯及其代謝物抗倒酸在農(nóng)田土壤中的殘留水平和消解動態(tài)，對于保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。關(guān)于抗倒酯及其制品應(yīng)用效果研究的報道較多[2-7]。目前，檢測土壤中抗倒酯及其代謝物抗倒酸殘留量的方法大多為高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法[8-13]。該方法對設(shè)備和技術(shù)的要求較高，實際操作難度較大。筆者建立了基于高效液相色譜儀的農(nóng)田土壤中抗倒酯和抗倒酸殘留量的分析與檢測方法?，F(xiàn)將結(jié)果報道如下。

1 材料和方法

1.1 主要儀器與試劑

主要儀器：Agilent Technologies 1260 Infinity(帶紫外檢測器和化學(xué)工作站，Agilent，美國)；SPH-21026振蕩儀(昆山市超聲儀器有限公司)；CCA-20低溫冷卻水循環(huán)泵(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)；TP-220A電子天平(湘儀天平儀器設(shè)備有限公司)；FA2004N萬分之一電子天平(上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司)；XK80-A 快速混勻器(江蘇新康醫(yī)療器械有限公司)。

主要試劑：抗倒酯和抗倒酸標(biāo)準(zhǔn)品(純度均為99.0%，由江蘇優(yōu)士化學(xué)有限公司提供，Dr.Ehrenstorfer，德國)；乙腈(分析純，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司)；甲醇(色譜純，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司)；磷酸(分析純，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司)；水(純凈水，娃哈哈有限責(zé)任公司)；氟羅里硅土(Florisil，分析純，60～100 mesh， ACROS ORGANICS，美國)。氟羅里硅土用前于550 ℃烘3～5 h，待冷卻后以2%蒸餾水脫活，保持在130 ℃的烘箱中，備用)。

1.2 供試農(nóng)田土壤樣品

在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園試驗基地的旱地中分別采集具有湖南代表性的第四紀(jì)紅土紅壤樣品和河潮土樣品，去掉其中的碎石、雜草與植物根莖等雜物，風(fēng)干、混合均勻，過830 μm篩，用四分法留取5 kg左右裝入潔凈的封口桶中，貼好標(biāo)簽，備用。2種供試農(nóng)田土壤的主要理化指標(biāo)見表1。

表1 2種供試農(nóng)田土壤的主要理化指標(biāo)Table 1 Main physicochemical properties of two tested farmland soils

1.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的繪制

準(zhǔn)確稱取抗倒酯、抗倒酸標(biāo)準(zhǔn)品各0.101 0 g，分別轉(zhuǎn)入到100 mL的棕色容量瓶中，用色譜甲醇溶解，配制成質(zhì)量濃度1 000.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)母液。采用梯度稀釋法，將抗倒酯和抗倒酸的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液分別用色譜甲醇稀釋成質(zhì)量濃度0.05、0.10、0.50、1.00、5.00 mg/L的抗倒酯和抗倒酸混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，用Agilent Technologies 1260進行測定。檢測條件：Agilent Zorbax 色譜柱(250 mm×4.6 mm，5.0μm)；柱溫 35 ℃；流速 0.6 mL/min；進樣量 20 μL；流動相A為磷酸水溶液(pH=3)，流動相B為甲醇溶液；檢測波長為280 nm；用峰面積外標(biāo)法定量；抗倒酸相對保留時間約為6.9 min，抗倒酯相對保留時間約為12.4 min。分別以抗倒酯及抗倒酸標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(x)，以相應(yīng)的色譜峰峰面積為縱坐標(biāo)(y)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

1.4 添加回收試驗

準(zhǔn)確稱取已制備好的第四紀(jì)紅土紅壤和河潮土各20.0 g，分別置于250 mL具塞三角瓶中，分別添加抗倒酯和抗倒酸的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，使抗倒酯和抗倒酸的質(zhì)量濃度分別為 0.05、0.50、5.00 mg/kg，每濃度重復(fù) 5次。將土壤樣品和抗倒酯及抗倒酸的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液混勻，在避光條件下靜置30 min，加入40 mL乙腈，并用適量磷酸溶液調(diào)節(jié)其pH至3.0～3.5，在35 ℃振蕩提取30 min，之后經(jīng)布氏漏斗減壓抽濾，再用30 mL乙腈分2次洗滌殘渣，收集全部濾液，將濾液轉(zhuǎn)入250 mL磨口三角瓶中，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 45 ℃濃縮至近干，用色譜甲醇定容至2.0 mL后轉(zhuǎn)入5.0 mL離心管中，再加入0.2 g氟羅里硅土，在渦旋混合儀上渦旋2 min，在離心機上以轉(zhuǎn)速3 800 r/min離心2 min，取上清液過0.45 μm膜，進行HPLC-UV檢測，計算添加回收率。

1.5 殘留消解動態(tài)試驗

準(zhǔn)確稱取已制備好的第四紀(jì)紅土紅壤和河潮土各500.0 g，分別置于2 000 mL帶蓋塑料桶中，再分別向農(nóng)田土壤樣品中添加抗倒酯和抗倒酸的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，使抗倒酯和抗倒酸的質(zhì)量濃度分別為1.00 mg/kg。將其中的有機溶劑(甲醇)揮發(fā)至干，過830 μm篩3遍，將土壤樣品和抗倒酯及抗倒酸的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液混合均勻，加入蒸餾水至第四紀(jì)紅土紅壤和河潮土的持水量均為其最大持水量的70%(500.0 g第四紀(jì)紅土紅壤中加水233.3 mL，500.0 g河潮土中加水175.0 mL。預(yù)試驗得知第四紀(jì)紅土紅壤的最大持水量為66.7%，河潮土的最大持水量為50%)。為便于通氣，在塑料桶蓋上打4個小孔。蓋好塑料桶，將其置于20 ℃恒溫生化培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)。采用恒重法使試驗用塑料桶中供試農(nóng)田土壤的持水量保持不變。在施藥處理后的第1、3、5、7、14、21、28 天分別采集供試第四紀(jì)紅土紅壤和河潮土，測定其中抗倒酯和抗倒酸的殘留量，并同時稱取 20.0 g供試土壤樣品至洗凈的鋁盒(恒重)中，于105～110 ℃烘箱中烘6～8 h，稱重，測定供試土壤的含水率。計算抗倒酯和抗倒酸在2種供試農(nóng)田土壤中的殘留量和消解半衰期及擬合消解方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗倒酯和抗倒酸的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

在選定的HPLC-UV檢測條件下，抗倒酯和抗倒酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度(x，mg/L)與其相對應(yīng)的色譜峰面積(y)均呈良好的線性關(guān)系，抗倒酯的線性方程為y=85.75x-2.219，相關(guān)系數(shù)R2=0.999；抗倒酸的線性方程為y=88.93x-3.167，相關(guān)系數(shù)R2=0.999。二者均符合農(nóng)藥殘留量分析與檢測的技術(shù)要求。

2.2 添加回收試驗結(jié)果

抗倒酯在第四紀(jì)紅土紅壤中的添加回收率為79.68%～103.55%，平均添加回收率為 90.01%～97.63%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 1.83%～10.22%；抗倒酯在河潮土中的添加回收率為80.99%～ 97.45%，平均添加回收率為 86.52%～94.46%，變異系數(shù)為1.26%～6.09%(表2)?？沟辊ピ诘谒募o(jì)紅土紅壤和河潮土中的最小檢測濃度均為0.05 mg/kg，最小檢測量為 1.0×10-9g。

表2 抗倒酯和抗倒酸在供試土壤中的添加回收率Table 2 Additive recoveries of trinexapac-ethyl and trinexapac in two tested farmland soils

抗倒酸在第四紀(jì)紅土紅壤中的添加回收率為79.18%～104.13%，平均添加回收率為 88.43%～96.19%，變異系數(shù)為 3.29%～10.75%；抗倒酸在河潮土中的添加回收率為85.69%～ 101.12%，平均添加回收率為 92.82%～95.46%，變異系數(shù)為 4.33%～7.38%(表2)?？沟辊ズ涂沟顾嵩诘谒募o(jì)紅土紅壤和河潮土中的最小檢測濃度均為0.05 mg/kg，最小檢測量均為1.0×10-9g。

以上結(jié)果表明，所建立的檢測抗倒酯和抗倒酸在2種供試農(nóng)田土壤中殘留的方法均符合農(nóng)藥殘留量分析與檢測的技術(shù)要求，可以用于對農(nóng)田土壤樣品進行檢測。

2.3 殘留消解動態(tài)試驗結(jié)果

在 20 ℃恒溫和避光培養(yǎng)條件下，抗倒酯在第四紀(jì)紅土紅壤和河潮土中處理0.021 d(30 min)的殘留量分別為0.99、1.02 mg/kg，其殘留消解率未超過 5%；抗倒酸在第四紀(jì)紅土紅壤和河潮土中處理0.021 d的殘留量分別為0.98、1.04 mg/kg，其殘留消解率也未超過5%。

由表3可見，在20 ℃恒溫和避光培養(yǎng)條件下，抗倒酯在第四紀(jì)紅土紅壤中的殘留消解較快，消解率在處理3 d時為23.23%，在處理7 d時為61.62%，在處理28 d時達91.92%；抗倒酯在河潮土中的殘留消解也較快，其消解率在處理3 d時為28.43%，處理7 d時為57.84%，處理28 d時達88.24%?？沟辊ピ诘谒募o(jì)紅土紅壤中的消解方程為Ct=0.865 8e-0.0777t，相關(guān)系數(shù)R2=0.952 1，其消解半衰期為8.92 d；抗倒酯在河潮土中的消解方程為 Ct=0.845 8e-0.0904t, 相關(guān)系數(shù)R2=0.967 9，其消解半衰期為7.67 d。抗倒酯在偏堿性河潮土中的消解比在偏酸性第四紀(jì)紅土紅壤中的消解快1.25 d，表明抗倒酯在堿性農(nóng)田土壤中更容易消解，但二者在2種供試農(nóng)田土壤中的消解半衰期均小于9.0 d。

由表3可見，在20 ℃恒溫和避光培養(yǎng)條件下，抗倒酸在第四紀(jì)紅土紅壤中的殘留消解較快，其消解率在處理 3 d時為 29.59%，在處理 7 d時為58.16%，在處理28 d時為88.78%；抗倒酸在河潮土中的殘留消解較慢，其消解率在處理 3 d時為28.85%，在處理7 d時為56.73%，在處理28 d時為86.54%?？沟顾嵩诘谒募o(jì)紅土紅壤中的消解方程為Ct=0.852 1e-0.0807t，相關(guān)系數(shù)R2=0.959 1，消解半衰期為 8.59 d；抗倒酸在河潮土中的消解方程為Ct=0.883 5e-0.0738t，相關(guān)系數(shù)R2=0.947 7，消解半衰期為9.39 d。抗倒酸在偏酸性第四紀(jì)紅土紅壤中消解比在偏堿性河潮土中慢0.8 d，表明在酸性農(nóng)田土壤中，抗倒酸比抗倒酯消解快，不過二者在2種供試農(nóng)田土壤中的消解半衰期都小于9.5 d。

表 3 抗倒酯和抗倒酸在供試土壤中的殘留量和殘留消解率Table 3 Residue and degradation of trinexapac-ethyl a nd trinexapac in two tested farmland soils

3 結(jié)論與討論

抗倒酯在偏堿性農(nóng)田土壤中比抗倒酸消解快的原因可能是酯類物質(zhì)在堿性條件下易水解，抗倒酯在堿性條件下的溶解度大于其在酸性條件下的溶解度。在偏酸性農(nóng)田土壤中，抗倒酸比抗倒酯更易消解的原因是抗倒酸為抗倒酯的消解代謝產(chǎn)物，其極性比抗倒酯的強，在酸性條件下的溶解度較大?？梢?，農(nóng)田土壤pH值是影響抗倒酯和抗倒酸消解的主要因素?？沟辊ズ涂沟顾嶙陨砘瘜W(xué)性質(zhì)和特點對消解的影響還有待研究。

抗倒酯和抗倒酸在第四紀(jì)紅土紅壤和河潮土中的殘留與消解雖然存在差異，但差異不大，其消解半衰期均小于9.5 d，表明抗倒酯及其代謝物抗倒酸不易在農(nóng)田土壤中形成殘留危害。

當(dāng)抗倒酯和抗倒酸標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的質(zhì)量濃度為0.05～5.00 mg/L時，抗倒酯和抗倒酸標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的質(zhì)量濃度與其對應(yīng)色譜峰面積呈良好的線性關(guān)系，符合農(nóng)藥殘留量分析與檢測的相關(guān)技術(shù)要求。

抗倒酯和抗倒酸在第四紀(jì)紅土紅壤和河潮土中的添加回收試驗結(jié)果均符合農(nóng)藥殘留量分析與檢測的技術(shù)要求，且其最小檢出濃度均為 0.05 mg/kg，其最小檢出量為1.0×10-9g。

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責(zé)任編輯：王賽群

英文編輯：王 庫

Development and application of the residual determination on trinexapac-ethyl and its degradation product trinexapac in farmland soil

GONG Yi1.2, YANG Lihua1, PEN Xiaochun2*, GONG Daoxin1*
(1.Institute of Agric-Environmental Protection, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.South China Institute of Environmental Science, Ministry of Environmental Protection, Guangzhou 510655, China)

The determination approach for trinexapac-ethyl, and its degradation product, trinexapac was set up through the additive recovery experiment with HPLC-UV technology to understand their residual level and degradation rule in farmland soil. The residues of trinexapac-ethyl and trinexapac in farmland soil were firstly extracted using acidic acetonitrile, and the extract was purified with florisil dispersive solid phase extraction, then we employed HPLC-UV to detect their residue. The results showed that when the additive concentration of trinexapac-ethyl varied from 0.05 to 5.00 mg/kg, the additive recoveries changed from 79.68% to 103.55%, with the coefficient of variation varied from 1.26% to 10.22%; while, the trinexapac,s recoveries varied from 79.18% to 104.13%, and its variation coefficient varied from 3.29% to 10.75%. The approach met the technical needs for pesticide residue analysis and determination. A case study of the residue and degradation on trinexapac-ethyl and trinexapac in two kinds of typical farmland soil, i.e., quaternary red soil and alluvial soil from Hunan were conducted under indoor simulation culture experiment at 20 ℃ and dark condition, the results showed that their residue and degradation accorded with the first-order kinetic equation which was written as Ct=C0·e-kt, and the degradation half-life of trinexapac-ethyl was 8.92 days in quaternary red soil, and 7.67days in alluvial soil; while those of trinexapac was 9.39 days and 8.59 days, respectively. Both the degradation rate of trinexapac-ethyl and trinexapac were faster in the two kinds of typical farmland soil, and it was no risk to the farmland soil environment.

trinexapac-ethyl; trinexapac; determination; residue degradation; quaternary red soil; alluvial soil

S482.8

A

1007-1032(2017)04-0438-05

2017-04-14

2017-05-14

農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定和修訂(農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全)項目(18162130109237117)；2014—2016年農(nóng)藥殘留試驗研究項目(2014H108)

龔毅(1990—)，男，湖南長沙人，碩士研究生，主要從事農(nóng)藥殘留分析與檢測及有機污染物修復(fù)治理等方面的研究。*通信作者，龔道新，教授，主要從事農(nóng)藥殘留及其生態(tài)環(huán)境行為與安全性評價研究，286013756@qq.com；*通信作者，彭曉春，研究員，主要從事環(huán)境影響評價及污染物防控研究，gdx4910@163.com。