呋蟲胺在我國(guó)稻田生態(tài)系統(tǒng)中的殘留消解動(dòng)態(tài)研究

蔡達(dá)夫，徐鈺哲，熊 勝，楊麗華，龔道新*

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)研究所，長(zhǎng)沙410128；2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙410128；3長(zhǎng)沙市環(huán)境科學(xué)研究與信息中心，湖南長(zhǎng)沙410001）

呋蟲胺（dinotefuran）為新煙堿類殺蟲劑，是第三代煙堿類殺蟲劑，結(jié)構(gòu)中不含鹵素元素，其特征取代基為四氫呋喃甲基，取代了氯代吡啶基或氯代噻唑基等［1，2］。呋蟲胺殺蟲譜廣，主要作用于昆蟲神經(jīng)傳遞系統(tǒng)，使害蟲麻痹從而發(fā)揮殺蟲作用［3，4］。目前，呋蟲胺相關(guān)制劑廣泛應(yīng)用于防治水稻、蔬菜和水果上的各種害蟲，如二化螟、稻飛虱、稻葉蟬等［5，6］?，F(xiàn)在水稻上使用的呋蟲胺制劑有可濕性粉劑、水分散粒劑、可溶液劑、顆粒劑和拌種劑及種子包衣劑等。

國(guó)內(nèi)外對(duì)呋蟲胺已有不少研究。張?chǎng)┑龋?］在QuEChERS方法基礎(chǔ)上，建立了棉花和土壤中呋蟲胺殘留的超高效液相色譜—串聯(lián)質(zhì)譜快速檢測(cè)分析方法，結(jié)果表明不同添加濃度的呋蟲胺在棉花植株、棉籽和土壤中的平均回收率為80.9% ～107.5%，變異系數(shù)為3.3%～10.3%。彭莎等［8］采用高效液相色譜建立了測(cè)定水稻和稻田中呋蟲胺殘留量的分析方法，該方法快速簡(jiǎn)便，樣品加標(biāo)回收率為75.63%～106.02%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.32%～10.24%。吳延燦等［9］建立了超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)蔬菜中呋蟲胺及其代謝物DN、UF殘留的方法，在3個(gè)添加濃度下，呋蟲胺及其代謝物DN、UF在黃瓜、番茄、馬鈴薯、甘藍(lán)4種基質(zhì)中的添加回收率為72.0%～109.1%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.4%～12.8%。但鮮有關(guān)于呋蟲胺在整個(gè)稻田生態(tài)系統(tǒng)中的殘留動(dòng)態(tài)消解的研究。本研究較為系統(tǒng)地研究50%呋蟲胺可溶粒劑在我國(guó)不同地區(qū)的水稻田施用后其有效成分呋蟲胺在稻田水、稻田土壤和水稻植株中的殘留消解動(dòng)態(tài)。

1 材料與方法

1.1 試劑

50%呋蟲胺可溶粒劑和呋蟲胺標(biāo)準(zhǔn)品（純度97.1%，青島潤(rùn)生農(nóng)化有限公司）；純凈水［華潤(rùn)怡寶飲料（中國(guó)）有限公司］；甲醇（色譜純）、乙腈（分析純）、氯化鈉（分析純）、無(wú)水硫酸鈉（分析純）（天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司）；乙酸（分析純）、無(wú)水乙酸鈉（分析純）、無(wú)水 MgSO4（分析純）、PSA（分析純）、弗羅里硅土（0.15～0.25 mm）（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 儀器設(shè)備

Agilent Technologies 1260高效液相色譜儀（美國(guó)安捷倫科技有限公司）；RE-2000旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮生化儀器廠）；CCA-20低溫冷卻水循環(huán)泵、SHZ-DⅢ循環(huán)水式真空泵（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；SHY-2AS水浴恒溫振蕩器（上海智城分析儀器制造有限公司）；XK80-A快速混勻器（江蘇新康醫(yī)療器械有限公司）；ID-5A臺(tái)式多管架離心機(jī)（長(zhǎng)沙英泰儀器有限責(zé)任公司）；電子天平、布氏漏斗、分液漏斗等以及其它實(shí)驗(yàn)室常用儀器設(shè)備。

1.3 液相色譜檢測(cè)條件

色譜柱：Agilent HC-C18（2）色譜柱（4.6 mm×250 mm，5μm）；柱溫：40℃；進(jìn)樣量：20μL；流動(dòng)相：V（甲醇）∶V（水）＝30∶70；流速采用梯度流速：0～7.5 min為 0.7 mL／min，7.5～8.0 min升至0.8 mL／min，之后一直保持 0.8 mL／min；檢測(cè)波長(zhǎng)：254 nm。

1.4 田間試驗(yàn)

1.4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品制備

2014～2015年在湖南長(zhǎng)沙、浙江杭州、廣西南寧、吉林長(zhǎng)春4地同時(shí)進(jìn)行消解動(dòng)態(tài)和最終殘留試驗(yàn)。按《農(nóng)藥殘留試驗(yàn)準(zhǔn)則》［10］設(shè)置試驗(yàn)小區(qū)，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(duì)照小區(qū)。將50%呋蟲胺可溶粒劑按180.0 g／hm2對(duì)水（2.7 kg／hm2）稀釋，在水稻移栽后15 d左右（水稻分蘗期），莖葉噴霧施藥1次。

水稻植株樣本的采集與制備。在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)，采用對(duì)角線法隨機(jī)分別采集水稻植株樣品，采樣量不少于1 kg，切碎混均，四分法留樣250 g左右，裝入潔凈的封口塑料袋中，貼好標(biāo)簽，貯存于-20℃冰柜中備用。小區(qū)邊行和每行距離兩端0.5m內(nèi)不采樣。

稻田水和稻田土壤樣本的采集與制備。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)采集稻田水（每個(gè)小區(qū)不少于10個(gè)采樣點(diǎn)，樣品量不少于1 L），混合均勻后留取500 mL左右，盛在潔凈的封口塑料瓶中備用。同時(shí)，隨機(jī)選取10～12個(gè)采樣點(diǎn)，用土鉆采集稻田土壤（取樣深度0～10 cm）1～2 kg，除去土壤中的碎石、雜草等雜物，混勻后采用四分法留樣250 g左右，裝入潔凈的封口塑料袋中，貼好標(biāo)簽，貯存于 -20℃冰柜中備用。

1.4.2 氣候條件及土壤類型

湖南長(zhǎng)沙：屬中亞熱帶季風(fēng)濕熱氣候，多年平均氣溫16.8～17.3℃，年日照時(shí)數(shù)1610～1750 h，年平均無(wú)霜期280 d，年平均霧天26.4 d，多年平均降水量1483.6 mm，降水主要集中在4～7月。地帶性土壤以紅壤為主，還有黃壤、棕壤、草甸土、沖積土（河潮土）等。

浙江杭州：地處東部沿海，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，溫和濕潤(rùn)、光照充足、雨量豐沛、四季分明。常年平均氣溫15.3℃，年降水量1350 mm。水稻試驗(yàn)地的土壤為小粉土（河潮土）。該試驗(yàn)地近幾年未施用過呋蟲胺及其他煙堿類殺蟲劑，土壤質(zhì)地為沙壤土，pH值6.6左右，有機(jī)質(zhì)含量14.2 g／kg。

廣西南寧：屬濕潤(rùn)的亞熱帶季風(fēng)氣候，陽(yáng)光充足，雨量充沛，霜少無(wú)雪，氣候溫暖，夏長(zhǎng)冬短。南寧氣溫較高，年平均溫度22℃左右，1月溫度最低，平均溫度13℃，平均最低溫度10℃左右；7、8月最熱，平均溫度29℃左右，平均最高溫度33℃。年均降水量1300 mm以上，平均相對(duì)濕度為79%。赤紅壤是南寧有地帶性特征的代表性土壤，水稻土是南寧市最重要的糧食生產(chǎn)用地。

吉林長(zhǎng)春：氣候類型屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。春季少雨干燥，夏季溫?zé)岫嘤?，秋季涼爽多晴，冬季漫長(zhǎng)而寒冷。年平均氣溫3～5℃，氣溫受地形影響，由西、西北向東、東南逐漸降低。1月平均氣溫最低，為-18～-20℃，7月平均氣溫最高，為21～23℃，極端最高氣溫36.6℃。山區(qū)無(wú)霜期120 d，平原區(qū)可達(dá)130～140 d。全年降水量約700 mm。土壤主要是黑土，土壤表層有機(jī)質(zhì)含量為30～60 g／kg。

1.5 呋蟲胺的提取和凈化

1.5.1 稻田水樣品

準(zhǔn)確量取稻田水樣品20.0 mL，置于250 mL三角瓶中，加入20 mL乙腈，在30℃恒溫條件下振蕩提取30 min；移入250 mL分液漏斗中，加入5 g氯化鈉，劇烈振搖2 min，靜置分層，取乙腈相10.0 mL旋蒸濃縮至干，用甲醇定容至5.0 mL，過0.45μm濾膜，待測(cè)［11，12］。

1.5.2 稻田土壤和水稻植株樣品

準(zhǔn)確稱取已經(jīng)制備好的稻田土壤樣品20.0 g（或水稻植株樣品10.0 g，水稻植株樣品的提取與凈化同土壤樣品），置于250 mL具塞三角瓶中，加入80 mL乙腈，在30℃下恒溫振蕩提取30 min，再經(jīng)布氏漏斗減壓抽濾，用20 mL乙腈洗滌殘?jiān)统闉V瓶2次（每次10 mL左右），收集全部濾液，旋蒸濃縮至近干，待弗羅里硅土柱凈化。

弗羅里硅土凈化柱自下至上依次裝填少許脫脂棉、2 cm無(wú)水硫酸鈉、5 g弗羅里硅土和2 cm無(wú)水硫酸鈉，先用20 mL乙腈溶液預(yù)淋洗，棄去淋出液；再轉(zhuǎn)入待凈化液，用50 mL乙腈分10次淋洗（每次5 mL），收集全部淋出液，旋蒸濃縮至干，用甲醇定容至 5.0 mL，過 0.45μm濾膜，待測(cè)［13～15］。

1.6 檢測(cè)

1.6.1 檢測(cè)方法

稻田水樣品用等體積的乙腈直接提取，提取液經(jīng)鹽析后取乙腈相，濃縮后用色譜甲醇定容，利用HPLC檢測(cè)。稻田土壤、水稻植株用乙腈振蕩提取，乙腈提取液用弗羅里硅土柱凈化［16，17］，濃縮后用色譜甲醇定容，待測(cè)。

1.6.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

采用梯度稀釋法將呋蟲胺標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液用甲醇（色譜純）稀釋成濃度分別為 0.05、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00及 10.00 mg／L的呋蟲胺標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，采用HPLC測(cè)定。每次進(jìn)樣量20μL。以呋蟲胺標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的質(zhì)量濃度（x，mg／L）為橫坐標(biāo)，相對(duì)應(yīng)的色譜峰的峰面積（y）為縱坐標(biāo)，統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到呋蟲胺的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線（圖1）。

圖1 呋蟲胺標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.6.3 回收率測(cè)定

分別在稻田水、稻田土壤、水稻植株的空白樣品中添加呋蟲胺標(biāo)準(zhǔn)工作溶液［18，19］，使稻田水中呋蟲胺的添加濃度分別為0.05、0.50和2.00 mg／L，使稻田土壤和水稻植株中呋蟲胺的添加濃度分別為0.05、0.50和 2.00 mg／kg，用上述選定的 HPLC分析與檢測(cè)方法測(cè)定其回收率。每檔濃度重復(fù)5次。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及回歸方程

呋蟲胺在稻田水和水稻植株、稻田土壤的回歸方程為y＝100.3x+7.894，相關(guān)系數(shù)為0.999；呋蟲胺標(biāo)準(zhǔn)液的最小檢出量為1.0×10-9g，稻田水中的最低檢出濃度為0.05 mg／L，稻田土壤和水稻植株中的最低檢出濃度均為0.05 mg／kg。表明所選定的檢測(cè)方法完全可以用來(lái)對(duì)呋蟲胺進(jìn)行定量分析。

2.2 添加回收率

呋蟲胺在稻田水中的添加回收率為89.3%～98.0%，稻田土壤中的添加回收率為87.3% ～98.3%，水稻植株中的添加回收率為90.4% ～99.0%；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）稻田水為2.62% ～2.73%，稻田土壤為1.28%～3.60%，水稻植株為2.32%～3.31%（表1）。均符合農(nóng)藥殘留實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)則范圍，該方法可以用于呋蟲胺在稻田中的殘留實(shí)驗(yàn)研究。

表1 呋蟲胺在稻田水、稻田土壤及水稻植株中的添加回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）

2.3 呋蟲胺在稻田水、稻田土壤及水稻植株中的消解動(dòng)態(tài)

各地呋蟲胺原始沉積量見表2。

表2 各地呋蟲胺原始沉積量（mg／kg）

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，呋蟲胺在稻田水和水稻植株中是一個(gè)隨時(shí)間增加逐漸降低的過程，而在稻田土壤中卻是一個(gè)先升后降的過程。呋蟲胺在稻田水、稻田土壤和水稻植株中的殘留降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)指數(shù)模型，降解方程可按公式Ct＝C0e-kt計(jì)算，半衰期可按公式 T1／2＝ln2／k計(jì)算［20］。式中：Ct為 t時(shí)刻呋蟲胺的殘留量（mg／kg），C0為呋蟲胺的原始沉積量（mg／kg），k為降解速率常數(shù)，t為施藥后時(shí)間（d）。

綜合2年4地的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，施藥3 d時(shí)，呋蟲胺在稻田水中的消解率為60.9%～96.8%，不同時(shí)間不同地點(diǎn)的消解程度不一，可能與取樣選點(diǎn)及水質(zhì)、生物等有關(guān)；施藥7 d時(shí)消解率為83.6%～97.6%，均在80%以上，消解速率較快；施藥10 d時(shí)，呋蟲胺在稻田水中的殘留量為0.050～0.078 mg／L；施藥14 d時(shí)，其殘留量均＜0.05 mg／L。施藥3 d時(shí)，呋蟲胺在水稻植株中的消解率為83.2%～87.6%；施藥7 d時(shí)，消解率為89.5%～98.3%，均在89%以上，消解速率較快；施藥14 d時(shí)，其消解率為96.8%～99.5%；施藥28 d時(shí)，其殘留量為0.050～0.071 mg／kg；施藥35 d時(shí)，其殘留量均 ＜0.05 mg／kg。施藥后2 h～1 d，呋蟲胺在稻田土壤中為一個(gè)逐漸增加的過程，到第1天時(shí)達(dá)最大值，之后逐漸降低；施藥3 d時(shí)，呋蟲胺在稻田土壤中的消解率為14.1%～65.1%，波動(dòng)范圍較大，可能與施藥方法、土壤質(zhì)地及土壤生物活動(dòng)有關(guān)；施藥7 d時(shí)，其消解率為31.9% ～85.4%，消解速率較快；施藥14 d時(shí)，其消解率為49.6%～92.5%；施藥28 d時(shí)，其殘留量為0.050～0.053mg／kg；施藥35 d時(shí)，其殘留量均 ＜0.05mg／kg。

從表3可以看出：50%呋蟲胺可溶粒劑施用于稻田后，其有效成分呋蟲胺在稻田水中的平均消解半衰期為2.02 d，4地的消解半衰期接近，表明呋蟲胺在水體中的消解受溫度、日照或降水量的影響較小。在稻田土壤中的平均消解半衰期為7.61 d，但4地差別較大，湖南長(zhǎng)沙與浙江杭州消解速率快，廣西南寧與吉林長(zhǎng)春消解速率慢，推測(cè)與各地的氣候、土壤類型及降水量有關(guān)，表明氣溫低或降水量大將不利于呋蟲胺在土壤中的消解，廣西南寧的赤紅壤可能也不利于呋蟲胺的消解，吉林長(zhǎng)春則主要是低氣溫導(dǎo)致呋蟲胺消解慢。在水稻植株中的平均消解半衰期為2.94 d，4地消解半衰期接近，說(shuō)明呋蟲胺在水稻植株中的消解受溫度、日照或降水量的影響較小。

表3 呋蟲胺在稻田水、稻田土壤和水稻植株上的消解動(dòng)態(tài)

3 結(jié)論與討論

50%呋蟲胺可溶粒劑施用于稻田后，其有效成分呋蟲胺在稻田水、稻田土壤及水稻植株中的殘留量與施藥劑量、施藥后取樣時(shí)間等因素有關(guān)。一般來(lái)講，在其它因子相同時(shí)，施藥劑量越大其殘留量也越大，施藥后取樣時(shí)間越短，其殘留量也越高。此外，稻田所在區(qū)域的氣候條件、土壤類型和施藥時(shí)期等因素也會(huì)影響其有效成分呋蟲胺在稻田水、稻田土壤及水稻植株中的殘留量。

建立高效液相色譜法檢測(cè)呋蟲胺在稻田水、稻田土壤和水稻植株中的殘留檢測(cè)方法，前處理簡(jiǎn)單、便捷，準(zhǔn)確度、精密度和靈敏度較高，經(jīng)驗(yàn)證呋蟲胺平均回收率為91.3%～96.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.28%～3.60%，符合農(nóng)藥殘留分析的要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，實(shí)際生產(chǎn)中按推薦劑量施藥，呋蟲胺主要分布在水稻植株中，在稻田土壤中的原始沉積量較低。建議進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn)，進(jìn)一步研究呋蟲胺在稻田土壤中的殘留趨勢(shì)。