阿城地区大豆田除草剂残留空间分布研究

    张可鑫 张金艳 王亚飞

    

    

    

    【摘? ?要】 采用超高效液相色谱串联质谱法测定黑龙江省阿城地区典型耕地的大豆田中0～45 cm不同土层豆乙合剂（乙草胺、氯嘧磺隆）中两种除草剂的残留量，研究其空间分布特征。样品经乙腈提取，QUECHERS法净化，测得三种除草剂的空间残留量，结果表明：（1）在各采集点土壤中两种除草剂都有残留，乙草胺残留范围为9.16 ～ 96.26 ng/mL;氯嘧磺隆为2021.67 ～ 465287 ng/mL。并且，氯嘧磺隆的残留量明显大于乙草胺的残留量。（2）从检出的两种除草剂残留量的垂直空间分布可知，乙草胺和氯嘧磺隆在土层中残留量的空间分布总体均呈先上升后下降的趋势。

    【关键词】 空间分布;除草剂残留;大豆田;阿城

    [Abstract]? Ultra performance liquid chromatography/tandem mass spectrometry （UPLC-MS/MS） was used to determine the residues of two herbicides in Douyi mixture （acetochlor and chlorimuron-ethyl） which are commonly used mixtures in 0～45 cm of different soil layers from typical cultivated soybean fields in Acheng area， Heilongjiang Province， and study their spatial distribution characteristics. The samples were extracted by acetonitrile， purified by QUECHERS and determined by UPLC-MS. The results showed that： （1） Acetochlor residues ranged from 9.16 to 96.26 ng/mL and chlorimuron-ethyl ranged from 2021.67 to 465287 ng/mL （2） From the vertical spatial distribution of the two herbicide residues detected， it could be seen? that the spatial distribution of acetochlor and chlorimuron-ethyl residues in the soil layer showed an overall upward trend firstly and then a downward trend.

    [Keywords]? spatial distribution; herbicide residue; soybean field; acheng

    近些年来随着黑龙江省种植大豆的面积不断扩大，大豆田杂草的种类多、危害大，需要反复多次使用除草剂进行防治，过度的使用除草剂会造成除草剂在土壤中大量残留。常年使用化学除草剂防治杂草，致使一些除草剂在土壤中不断累积，导致除草剂残留严重。土壤中残留的除草剂会对下茬作物产生药害，造成下茬作物的减产，同时除草剂残留也会造成许多环境污染和人体健康问题。除草剂在土壤中残留既涉及除草剂的防治效果又涉及对轮作中后茬作物的安全性[1]，农田施用的除草剂大部分直接或间接进入土壤中[2]，且在各土层的残留情况均有所不同，又由于大多数除草剂并不会直接对人、畜等造成伤害，因此人们往往忽略了土壤中的农药残留。故掌握其除草剂残留状况及空间分布特征，重视土壤中除草剂残留问题对农民增产增收和农作物安全有重要意义。

    目前黑龙江省大豆田的杂草防治主要以除草剂的混用为主，应用面积较大的有豆乙合剂（乙草胺、氯嘧磺隆）。这两种除草剂的混用不仅可以对大豆田杂草起到良好的防治效果，还能减轻杂草对某种单一除草剂由于常年使用而产生的抗性和替代异噁草松、氟乐灵等长残效除草剂，且对后茬轮作作物的危害明显的较小[3，4-6]。豆乙合剂主要由乙草胺和氯嘧磺隆合成。其中乙草胺（acetochlor）是一种酰胺类选择性除草剂，其原药是B-2类致癌物[7]。由于乙草胺在土壤中吸附、迁移等行为对土壤结构有较大影响，且乙草胺具有高滲透性，可以进入土壤深层，从而可能产生更严重的危害，因此乙草胺在土壤中的残留应引起人们的重视;氯嘧磺隆（Chlorimuron-ethyl）是一种磺酰脲类除草剂，由于氯嘧磺隆在土壤中的残留时间较长，后茬作物的根茎都会受到一定的影响[8-11]。因单独使用氯嘧磺隆对大豆的轮作换茬有很大的影响，所以人们选择豆乙合剂等常用混剂来降低除草剂对后茬作物的危害。为了保证生态环境和农产品的安全，对土壤中农药残留的分析监测有助于深入地揭示农药在土壤中的动态及污染状况，这对于保护生态环境具有十分重要的意义。因此研究混用除草剂豆乙合剂（乙草胺、氯嘧磺隆）在大豆田中各自的残留状况及其空间分布特征具有十分重要的意义。

    实验采用QUECHERS法净化，超高效液相色谱串联质谱（UPLC—MS）测定阿城地区典型耕地的大豆田土壤中的豆乙合剂（乙草胺、氯嘧磺隆）等常用混剂中两种除草剂的残留量，研究两种常用除草剂在土壤中残留的空间分布特征，为进一步研究减轻残留除草剂药害提供科学依据。同时能够很好的揭示出这类农药在土壤中的累积效应，警示农民提高对农药残留危害的认识，提前介入和防治农药残留对环境和人类日常生活产生的危害，正确合理的使用农药，有效提高农民收入。

    1? 实验部分

    1.1? 仪器

    Quattro microTMAPI超高效液相色谱仪（Waters公司）;Micromass ? Quattro Premier XE三重四级杆质谱仪，配有ESI电离源（Waters公司）;

    Micromass Quattro premier、MassLynx数据处理系统（Waters公司）;循环水式多用真空泵SHB—IIIA（上海豫康科教仪器设备有限公司）;TL80—2型离心机（姜堰市天力医疗器械有限公司）;SHA—C水浴恒温振荡器（常州市天竟实验仪器厂）;250 mL具塞三角瓶，150 mL量筒等。

    1.2? 试剂与材料

    PSA（CNW德国科技公司），乙腈（天津基准化学试剂有限公司，分析纯），蒸馏水，甲酸（天津市富宇精细化工有限公司，分析纯），氯化钠（天津市鼎盛鑫化工有限公司，分析纯），无水硫酸镁（天津市大茂化学试剂厂，分析纯），0.22 ?m滤膜（天津市领航实验设备有限公司），乙草胺标准品（纯度98.7%）、氯嘧磺隆标准品（纯度98.9%）。

    1.3? 土壤样品的采集与制备

    本研究以黑龙江省阿城区典型耕地的大豆田为研究基础，以豆乙合剂（乙草胺、氯嘧磺隆）两种常用除草剂为研究对象，结合实际情况，考虑管理方式、连作年限、农药理化性质及施用方法等因素，在典型耕地的大豆田进行对角线五点采样法取样。根据耕作层和非耕作层的不同进行采样对比实验，取剖层深度为0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm的耕作层和剖层深度为15～25 cm、25～35 cm、35～45 cm的非耕作层，每个深度的土壤采样量不少于1 kg，并对五个位点的六个土层分别进行标记，从而分析阿城区典型耕地的大豆田土壤农药残留水平。

    取回的样品在阴凉处风干，然后去除土样中石块、树叶等杂物，对样品进行研磨，过20目筛，充分混匀后，以四分法缩分，按需要留取10 g装入磨口玻璃瓶中，贴好标签，密封后存放在冰箱中备用。

    1.4? 实验方法

    1.4.1土壤样品前处理（QUECHERS法）? 准确称取10 g土壤样品，置于250 mL具塞三角瓶中，加入80 mL乙腈、20 mL蒸馏水和0.1 mL甲酸，浸泡过夜，振荡提取1 h，后在铺有滤纸的布氏漏斗中减压抽滤，将滤液全部收集于装有7 g氯化钠的具塞三角瓶中，放在25 ℃的水浴恒温振荡器中震荡1 h，静置1 h以上，待净化。pH为5～5.5分別吸取上述乙腈相4 mL于装有30 mg PSA和100 mg无水硫酸镁的离心管中，放入离心机中，转速12000 r/min离心10 min，过0.22 ?m滤膜，待超高效液相色谱—质谱联用仪检测。

    1.4.2检测条件? （一）色谱条件 色谱柱：Waters ACQUITY UPLC?BEH C18色谱柱 （ 2.1mm×50mm 1.7? ? ??m）;流动相：A相：0.1 %甲酸乙腈溶液;B相：0.1 %甲酸水溶液;梯度洗脱程序为0 min A相15.0% B相85.0%，5.50 min A相85.0% B相15.0%，6.50 min A相85.0% B相15.0%，7.50 min A相15.0% B相85.0%，9.00 min A相15.0% B相85.0%;流速：0.3 mL/min;柱温：30 ℃;进样量：10 ?L。（二）质谱条件 离子源：电喷雾离子源（ESI+）;电离电压：3.2 kV;扫描方式：正离子扫描/负离子扫描;检测方式：多反应检测（MRM）;源温：110 ℃;雾化温度：350 ℃;锥孔气流速：50 L/h;雾化气流速：650 L/h;其他参数见表1。

    1.5? 标准溶液配制与标准曲线绘制

    1.5.1标准溶液配制? 准确称取乙草胺、氯嘧磺隆标准品各20 ?g、50 ?g，分别用甲醇定容至10 mL，乙草胺配制成2 ?g/mL的单标储备液，氯嘧磺隆配制成5 ?g/mL的单标储备液，于-20 ℃冷冻避光保存。使用时准确移取100 ?L单标储备液至于250 mL的容量瓶中，加900?L水定容，分别配制成乙草胺浓度为200 ng/mL的标准储备液，氯嘧磺隆浓度为200 ng/mL的标准储备液，于-20℃冷冻避光保存，备用。

    1.5.2标准曲线绘制? 分别取乙草胺和氯嘧磺隆的标准溶液（其浓度分别为200 ng/mL、500 ng/mL），在流动相：A相：0.1 %甲酸乙腈溶液;B相：0.1 %甲酸水溶液; C18柱;柱温30 ℃;流速0.3 mL/min下，进样量10 ?L，得到MRM图，分别以进样质量浓度（χ）为横坐标，峰面积（у）为纵坐标，进而得到相应的标准曲线。

    乙草胺含量的标准曲线如图1所示，决定系数达2.48036，其线性关系表示良好。

    氯嘧磺隆含量的标准曲线如图2所示，决定系数达0.036508，其线性关系表示良好。

    2? ?讨论与分析

    2.1? 阿城地区除草剂在大豆田土壤中残留量的空间分布总体水平

    2.1.1乙草胺残留量的空间分布? 乙草胺在土壤中残留量的空间分布总体水平如图3所示。

    从图3中可以看出乙草胺在耕作层10～15 cm土层中的残留量基本都高于耕作层0～5 cm、5～10 cm土层中的残留量。而乙草胺在非耕作层15～25 cm土层中的残留量基本都高于非耕作层25～35 cm、35～45 cm土层中的残留量。

    乙草胺对大豆田的杂草防除具有突出效果。由于乙草胺具有高渗透性，可以进入土壤深层，表面及地下水。因此耕作层10～15 cm和非耕作层15～25 cm的土壤中乙草胺残留量较高。同时因多年翻耕和乙草胺在土壤中吸附、迁移等行为对土壤结构有较大影响，导致土粘性较大，石粒较少，渗水性小，因此耕作层土壤中的0～5 cm、5～10 cm残留量和非耕作层土壤中的25～35 cm、35～45 cm残留量相对较小。

    2.1.2氯嘧磺隆残留量的空间分布? 氯嘧磺隆在土壤中残留量的空间分布总体水平如图4所示。

    从图4中可以看出氯嘧磺隆在耕作层10～15 cm土层中的残留量基本都高于耕作层0～5 cm、5～10 cm土层中的残留量。而氯嘧磺隆在非耕作层15～25 cm土层中的残留量基本都高于非耕作层25～35 cm、35～45 cm土层中的残留量，且每层的残留量都非常大。

    氯嘧磺隆是一种磺酰脲类除草剂，对大豆田的恶性杂草防除效果比较明显。这类除草剂在土壤中主要通过微生物降解而消失，在水溶液中降解缓慢。因此氯嘧磺隆随雨水进入土壤深层而残留量增加，导致耕作层10～15 cm的和非耕作层15～25 cm、25～35 cm的土壤中氯嘧磺隆残留量较高。同时因上层黑土中含有较多石粒、腐殖质等物质，所以耕作层土壤中的0～5 cm、5～10 cm残留量比10～15 cm残留量小。非耕作层中黑土含有的石粒、腐殖质、微生物等物质较少，所以非耕作层土壤中35～45 cm的残留量比15～25 cm、25～35 cm的残留量相对较小。

    3? 结论

    除草剂乙草胺在阿城大豆田各采集点土壤中的残留范围在9.16 ～ 96.26 ng/mL，除草剂氯嘧磺隆在阿城大豆田各采集点土壤中的残留范围在2021.67～465287.00 ng/mL，说明除草剂氯嘧磺隆在土壤中不易降解，残存期长且残留量大，对后茬作物有严重影响。

    从垂直空间变异性看，乙草胺和氯嘧磺隆在15～25 cm土层中残留量均明显多于其他土层，乙草胺和氯嘧磺隆在阿城地区的土层中残留量的空间分布总体均呈先上升后下降的趋势。

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