苦参碱水解与水中降解研究

    程圆杰 郭雯婷 崔蕊蕊等

    摘 要：苦参碱是一种植物源农药，对其降解特性进行研究，是环境安全评价的客观要求。本文主要采取试验研究方法，对苦参碱的水解特性及水中降解情况进行分析，首先介绍试验材料设备、检测条件和试验方法，然后根据试验数据统计结果展开分析和讨论，为苦参碱的实际应用提供参考。

    关键词：苦参碱;水解;水中降解

    0 前言

    在农业生产中，施用的农药会通过地表径流和淋溶等途径进入水体，对水体生态环境产生影响，甚至危害人体健康。因此，需要对农药在水中的降解特性进行研究，确保其符合环境安全标准。农业生产使用的苦参碱农药，主要具备调节植物生长、杀虫抑菌的效果，目前使用非常广泛，登记品种多达96个。但是目前关于苦参碱水解特性的研究仍然较少，对其环境安全性认识不足，有必要加强此方面的研究。

    1 苦参碱水解特性试验研究

    1.1 材料设备

    本次试验研究采用的苦参碱标准品纯度在95%以上，采用的甲醇和乙醇溶剂，均为分析纯。供试水样包括pH值为5.0的缓冲溶液、pH值为7.0的缓冲溶液、pH值为9.0的缓冲溶液、自然水样等。其中，缓冲溶液组分主要为苯二甲酸氢钾溶液、氢氧化钠溶液、蒸馏水、磷酸二氢钾溶液、氯化钾溶液等。自然水样包括池塘水、河水、海水、雨水、自来水和超纯水等。样品经过0.22μm滤膜过滤后，在4℃下储存备用。试验所需的仪器设备主要包括超高效液相色谱仪、电导率仪、pH计等[1]。

    1.2 超高效液相色谱法检测条件

    采用的超高效液相色谱仪，色谱柱为250mm×3.0mm，1.9μm，流速为0.4mL/min，进样量为2μL，流动相甲醇与水的体积比为90：10。检测波长为210mm，色谱柱温度为40℃。在该条件下，苦参碱可保留5.64min。将苦参碱添加到1～10mg/L范围内，其回收率检测结果在94.2%～107.5%左右，相对标准偏差1.56%～5.58%。在水样中，苦参碱最低检测浓度0.01mg/L，满足残留检测要求[2]。

    1.3 苦参碱水解及水中降解试验测定

    试验水样的群落数量、矿化程度、电导率、pH值等按照《水和废水监测和分析方法》进行测定。将不同缓冲溶液配制的苦参碱水溶液经过高压蒸汽灭菌后，在2mL安瓿瓶中密封放置，然后在恒温培养箱中培养，对其进行定期取样，每个处理重复3次，整个试验过程在避光条件下完成。研究苦参碱在不同水体中的降解特性时，分别对各种水样进行灭菌处理，然后加入苦参碱，使其质量浓度达到10.0μg/mL，同样经过密封处理，在培养箱内培养。在2h、1d、3d、5d、7d、9d、14d、21d、30d、45d、60d时，进行取样分析，各处理均重复3次。采用OriginPro8.0软件对试验数据进行分析和统计，计算降解半衰期。

    2 试验结果及讨论分析

    2.1 试验结果

    2.1.1 苦参碱的缓冲溶液水解情况

    苦参碱在不同的缓冲溶液体系下，虽然pH值和温度条件的不同，但其水解过程都非常缓慢，120d水水解率均在25%以内，说明苦参碱难以在标准缓冲液中水解。从pH值和温度条件对苦参碱水解的影响情况来看，在初始质量浓度10.0μg/mL和水体温度25℃条件下，苦参碱水解速率会随着pH值的增加而加快，但效果不明顯。在初始质量浓度10.0μg/mL和pH=7条件下，苦参碱水解速率会随着温度升高而加快，效果同样不明显。这说明苦参碱在缓冲溶液溶液体系中的水解特性受温度、pH值影响不大。

    2.1.2 苦参碱的自然水体降解情况

    从苦参碱在自然水体的降解情况来看，苦参碱在经过灭菌处理后的六种不同水体中，降解速率都较为缓慢，而且降解趋势较为相近，60d时降解率均在15%以内。相反，在未进行灭菌处理的水体中，苦参碱降解速率则较快，其降解半衰期在6.26～12.81d之间，达到易降解水平，其中降解速率最高的是池塘水，降解速率最低的是自来水。这说明自然水体中微生物是加快苦参碱降解速率的重要因素。从初始质量浓度对其降解速率的影响来看，初始量越高，苦参碱降解速率越慢。然后分别对自然水体pH值、矿化度、电导率、含菌量等理化性质影响因素进行单因子回归，结果同样表明微生物降解是其主要方式。

    2.2 讨论分析

    通过进行上述试验，可以对苦参碱的水解特性产生一定了解。农药降解特性作为登记时的重要资料，主要用于评价农药的环境安全性。根据相关评价试验标准，对其进行水解试验，要在无菌缓冲溶液中进行，并考虑温度、pH值的影响。高温条件和碱性条件一般可以促进农药水解，但是苦参碱水解特性受其影响不大，苦参碱是一种不易水解的农药。但自然界中的水环境较为复杂，农药降解过程还包含光化学降解和微生物降解等，是一个复合的降解过程。本次对于苦参碱在自然水体中的降解试验结果也表明，其在自然水体中属于易降解类型，试验过程是在避光条件下进行的，因此可以排除光化学降解影响，其降解速率的提升，主要是通过微生物降解途径实现的。

    3 结束语

    综上所述，苦参碱在进入自然水体后，可通过微生物降解途径，得到较快的降解速率，因此具有一定的环境安全性，在自然水体中可以快速降解。另有研究表明，苦参碱还可以与自然水体中的悬浮物和底泥等发生吸附，加快降解速率。总体而言，苦参碱是一种易于在自然水体中降解的农药，了解这一特性，可以为其在农业生产中的实际使用提供指导。

    参考文献：

    [1]姚满.苦参碱在土壤和水体环境中的行为研究[D].西北农林科技大学，2016.

    [2]张兴，马志卿，冯俊涛等.植物源农药研究进展[J].中国生物防治学报，2015，31（05）：685-698.

    作者简介：程圆杰（1981-），男，山东栖霞人，本科，工程师，主要从事农药合成和理化性质研究工作。

    *为通讯作者