甲草胺在水稻上的殘留及消解動態

田發軍, 吳艷兵, 劉新剛, 董豐收, 徐 軍, 吳小虎, 鄭永權

(1.河南科技學院, 新鄉 453000; 2. 中國農業科學院植物保護研究所,農業部作物有害生物綜合治理重點實驗室, 北京 100193)

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甲草胺在水稻上的殘留及消解動態

田發軍1,2, 吳艷兵1*, 劉新剛2, 董豐收2, 徐 軍2, 吳小虎2, 鄭永權2

(1.河南科技學院, 新鄉 453000; 2. 中國農業科學院植物保護研究所,農業部作物有害生物綜合治理重點實驗室, 北京 100193)

采用氣相色譜電子捕獲檢測(GC-ECD)建立了水稻中除草劑甲草胺的殘留分析方法。樣品經乙酸乙酯提取,乙二氨基-N-丙基硅烷(PSA)和石墨化炭黑(GCB)凈化后采用GC-ECD檢測。結果表明:在0.01～1 mg/L 范圍內甲草胺濃度與響應值線性關系良好,相關系數(r)為0.998 8。當甲草胺在水稻植株、稻殼、糙米、田水和土壤中的添加水平為0.01～0.5 mg/kg時,平均回收率為79.5%～113.6%,相對標準偏差(RSD)為2.5%～12.7%。甲草胺的最低檢出濃度為0.01 mg/kg。采用該方法對甲草胺在田間水稻中的消解動態和最終殘留進行了測定。甲草胺在稻田植株和田水樣品中的消解均符合一級動力學方程。半衰期分別為11.17～26.65 d和1.56～1.78 d,屬于易降解農藥。

甲草胺; 水稻; 殘留分析; 消解動態; 氣相色譜電子捕獲檢測

甲草胺(alachlor)是美國孟山都公司研制生產的一種應用范圍廣、除草活性高的酰胺類除草劑,其通過被萌發雜草的芽鞘、幼芽吸收、抑制蛋白酶的活性,阻礙蛋白質的合成而發揮除草作用[1-2]。它是一種選擇性芽前除草劑,能夠有效防治大多數一年生的禾本科和某些雙子葉雜草,主要用于防除水稻田稗草、莎草和部分一年生闊葉雜草[3-5]。泡騰顆粒劑作為新型固體制劑,能夠在水田中發泡、崩解,并釋放出含有效成分的顆粒。借助擴散劑的作用,顆粒在水田中分布均勻一致,達到殺滅靶標的目的,具有省工、省時、降低成本、提高藥效的特點。但甲草胺的不恰當使用會對人畜造成一定的危害,因此,許多國家對其在農產品中的殘留量都有嚴格的限量,大多數國家要求的最大殘留限量(MRL)是0.01 mg/kg, 而中國規定甲草胺在糙米中的最大殘留限量為0.05 mg/kg。目前,國內還沒有水稻上甲草胺殘留的標準檢測方法,因此研究甲草胺在植株和稻田水中的消解和殘留動態等環境行為對評價甲草胺的生態環境風險具有重要意義。

目前,對甲草胺殘留物的檢測主要采用色譜法。Hostetler等采用高效液相色譜(HPLC)和高效液相色譜串聯質譜(HPLC-MS)法測定了甲草胺在水中的殘留[6]。Zang等用液相色譜串聯質譜(LC-MS)法測定了甲草胺及其代謝物在老鼠血漿和尿液中的殘留[7]。Albanis等采用固相萃取(SPE)凈化、氣相色譜(GC)的方法測定了地表水和地下水中甲草胺等多種農藥及其代謝物的殘留[8]。國內報道的甲草胺殘留測定方法主要有氣相色譜法、氣相色譜-質譜法(GC-MS)和液相色譜-質譜法(LC-MS),這些方法多用于花生、大豆等樣品中甲草胺殘留的測定[9-14]。目前尚缺乏甲草胺在水稻上的殘留分析的報道。此外文獻中對甲草胺樣品的前處理多使用固相萃取和液液萃取方法,很少有文獻報道使用QuEChERS方法對樣品進行前處理。QuEChERS可節省大量有機溶劑,簡化提取步驟,縮短樣品提取時間和降低試驗成本。因此,本文采用QuEChERS樣品前處理和GC-ECD建立了一種簡單、快速檢測甲草胺在水稻植株、稻殼、糙米、土壤和水中的殘留分析方法。并采用田間試驗方法,探索甲草胺在稻田系統中的殘留規律,可為指導水稻實際生產過程中甲草胺的科學合理使用,保證稻米安全生產,同時也為甲草胺在水稻田中的環境歸趨和安全性評價提供依據。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Agilent7890型氣相色譜儀(美國安捷倫科技公司),電子捕獲檢測器(ECD);XW-80A 漩渦混合器(美國 Scientific Industries 公司);TGl6-WS 臺式快速離心機(長沙湘儀離心機儀器有限公司);KQ-500B 型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)。

農藥標準品甲草胺純度大于99%,購于國家標準物質中心。31%甲草胺泡騰顆粒劑由哈爾濱富利生化科技發展有限公司提供。乙酸乙酯和丙酮均為分析純,超純水來自密理博超純水儀;PSA和GCB均購自天津博納艾杰爾公司。

1.2 田間試驗

1.2.1 土壤類型

試驗地點選在北京、安徽省潛山縣和廣西壯族自治區南寧市。試驗田土壤類型:北京試驗地為棕土,pH 7.4,有機質含量1.7%;安徽潛山試驗地為砂壤土,pH 6.1,有機質含量2.0%;廣西南寧試驗地為黏土,pH 5.9,有機質含量1.7%。

1.2.2 甲草胺在水稻中的消解動態

在供試水稻田中設置3個重復小區,小區長方形,每小區面積30 m2,不少于5行水稻,各小區設保護行。于水稻移栽前5～7 d(一年生雜草齊苗后)采用31%甲草胺泡騰顆粒劑以制劑用量105 g/667 m2(有效用量489 g/hm2,為推薦最高劑量的1.5倍)施藥1次。施藥方式為撒施。分別于施藥前、水稻移栽后2 h、1、2、4、7、14、21和28 d取水稻植株樣品。另設清水空白對照。隨機在試驗小區內6～12個采集點采集2 kg生長正常、無病害的水稻植株切碎、混勻后用四分法留樣500 g,裝入樣品塑料袋中,貼好標簽,貯藏于-20℃冰箱中。小區邊行和每行距離兩端0.5 m內不采樣。

1.2.3 甲草胺在稻田水中的消解動態

在上述水稻試驗地塊附近選擇有代表性的水稻田設置不種水稻試驗小區,小區面積30 m2。灌水深度4～6 cm。與甲草胺在水稻植株中消解動態試驗同時施藥1次,施藥劑量為105 g/667 m2(有效用量489 g/hm2,為推薦最高劑量的1.5倍)。施藥方式為兌水噴霧。分別于噴藥前、噴藥后2 h、1、2、4、7、14、21和28 d隨機采集5～10個點水樣品2 000 mL,混勻后田水樣品留樣500 mL,貯藏于-20℃冰箱中。另設清水空白對照。

1.2.4 最終殘留試驗

設置低劑量和高劑量2個施藥劑量。低劑量為制劑量70 g/667 m2(有效用量326 g/hm2)；高劑量為制劑量105 g/667 m2(有效用量489 g/hm2)。每個處理設3個重復,于水稻移栽或播種前5～7 d(一年生雜草齊苗后)施藥1次,施藥方式為撒施,施藥時間分別為北京2014年9月3日,安徽2014年7月23日,廣西2014年6月9日。另設清水空白對照,各處理間設保護帶。采樣時間分別為北京2014年10月21日,安徽為2014年10月9日,廣西為2014年8月5日。于水稻收獲期在試驗小區內隨機選取6～12個采樣點分別采集水稻稻穗2 kg、水稻植株2 kg和土壤2 kg,混勻后采用四分法留樣500 g,裝入樣本容器中,貼好標簽,貯藏于-20℃冰箱中。

1.3 分析方法

1.3.1 樣品提取

植株、稻殼和糙米樣品:從試驗田的空白區收集的樣品,準確稱取植株10 g、稻殼10 g、糙米10 g(精確至0.01 g)于50 mL離心管中,植株樣品中加入10 mL乙酸乙酯,稻殼和糙米樣品中加入10 mL水和10 mL乙酸乙酯,振蕩10 min。然后在4 000 r/min下離心5 min,取1.5 mL上清液,待凈化。

土壤和稻田水樣品:準確稱取土壤10 g、水10 g(精確至0.01 g)于50 mL離心管中,加入10 mL乙酸乙酯,振蕩10 min。然后在4 000 r/min下離心5 min,取1 mL上清液,氮氣吹干,加1 mL丙酮定容,0.22 μm微膜過濾,待進樣。

1.3.2 凈化

水稻植株:取上清液加入到含有50 mg PSA、75 mg GCB和150 mg無水硫酸鎂的2 mL離心管中,渦旋1 min,在5 000 r/min離心5 min,取1mL上清液,氮氣吹干,加1 mL丙酮定容,0.22 μm微膜過濾,待進樣。

糙米和稻殼:取上清液加入到含有50 mg PSA、50 mg GCB和150 mg無水硫酸鎂的2 mL離心管中,渦旋1 min,在5 000 r/min離心5 min,取1 mL上清液,氮氣吹干,加1 mL丙酮定容,0.22 μm微膜過濾,待進樣。

1.4 色譜檢測條件

色譜柱:HP-5,0.25 mm×30 m×0.25 μm 石英毛細管柱;進樣口溫度為280℃;檢測器溫度為300℃;程序升溫:初始溫度90℃,保持1 min,以30℃/min升至280℃,保持8 min。載氣(N2)流速為1 mL/min,補償氣30 mL/min,進樣量1 μL，不分流進樣。

2 結果與討論

2.1 標準曲線

用丙酮配制100 mg/L甲草胺標準溶液100 mL,然后用丙酮將標準溶液稀釋成0.01、0.05、0.1、0.5、1 mg/L標準工作液。在1.4色譜條件下進行測定,以質量濃度(mg/L)為橫坐標,相應峰面積為縱坐標,制作標準曲線。其線性回歸方程為y=83 404x+181.04,相關系數r=0.998 8。表明在0.01～1.00 mg/L的質量濃度范圍內,濃度與響應值的線性關系良好。

2.2 方法的靈敏度

在1.4色譜檢測條件下,甲草胺的相對保留時間為7.8 min。儀器對甲草胺的最小檢測量為1×10-5μg。甲草胺在水稻植株、土壤、稻田水、糙米和稻殼中的最低檢出濃度為0.01 mg/kg。

2.3 方法的準確度和精密度

分別在空白水稻植株、土壤、稻田水、糙米和稻殼樣品中添加3種濃度的甲草胺標樣,每個處理設置5個重復，測定不同基質中甲草胺的平均回收率。結果表明,甲草胺在水稻植株中的平均回收率為96.1%～113.6%,RSD為2.5%～12.7%;在土壤中平均回收率為88.0%～101.2%,RSD為4.0%～11.8%;在稻田水中的平均回收率為79.5%～91.5%,RSD為3.7%～6.9%;在糙米中的平均回收率為83.5%～98.8%,RSD為3.8%～10.2%;在稻殼中平均回收率為86.6%～106.6%,RSD為3.3%～7.9%(表1)，能夠滿足甲草胺在水稻、土壤和稻田水中殘留測定的要求。

表1 甲草胺在水稻植株、稻殼、糙米、稻田水及土壤中的添加回收率(n=5)

2.4 方法的基質效應評價

檢測系統對于一些農藥可能存在基質效應。農藥表現出基質抑制效應還是增強效應主要取決于目標農藥在純溶劑和基質中的響應值。基質效應會明顯地影響方法的再現性和重現性。影響基質效應的主要因素有:前處理方法、基質類型、農藥種類及濃度。基質效應采用農藥在基質中線性方程的斜率和純溶劑中線性方程的斜率的比值來評價，計算方法為：

基質效應(%)=

甲草胺在所有基質中的基質效應變化范圍是-19.79～77.76(表2)。水稻植株和稻殼具有明顯的基質增強效應。然而土壤和稻田水具有一定的基質減弱效應。糙米的基質效應不明顯。因此,本試驗采用基質標準曲線來消除基質效應,以使甲草胺在水稻上的殘留測定獲得更精確的試驗結果。

表2 甲草胺的基質標準曲線和溶劑效應

2.5 甲草胺在樣品中的消解動態

甲草胺在稻田水和水稻植株中的消解動態如圖1所示。甲草胺在植株上的消解動態符合一級動力學方程:北京試驗點為C=0.202 3e-0.045t,R2=0.780 3,半衰期為t1/2=15.4 d;安徽潛山縣試驗點為C=0.220 9e-0.026t,R2=0.771 0,半衰期為t1/2=26.65 d;廣西南寧試驗點為C=0.142 9e-0.062t,R2=0.831 0,半衰期為t1/2=11.17 d。甲草胺在稻田水中的消解動態符合一級動力學方程:北京試驗點為C=0.102 3e-0.389t,R2=0.609 7,半衰期為t1/2=1.78 d;安徽潛山縣試驗點為C=0.226 5e-0.442t,R2=0.956 6,半衰期為t1/2=1.56 d;廣西南寧試驗點為C=0.243 2e-0.431t,R2=0.956 1,半衰期為t1/2=1.61 d;根據一級動力學方程計算半衰期的結果表明,甲草胺在水稻植株和稻田水中屬于易降解農藥(t1/2<30 d)。

圖1 甲草胺在水稻植株(a)和稻田水(b)中的消解曲線Fig.1 Decline curves of alachlor in rice plants (a) and paddy water (b)

2.6 甲草胺在水稻中的最終殘留量

最終殘留量的檢測對于甲草胺在水稻上使用的安全性評價具有重要的意義。31%甲草胺泡騰顆粒劑按制劑量70 g/667 m2(低劑量,有效劑量326 g/hm2)和105 g/667 m2(高劑量,有效劑量489 g/hm2)施藥1次,于水稻收獲期采樣。樣品中的甲草胺按照1.3和1.4的方法進行提取、凈化及測定。結果表明:北京、安徽和廣西三地,甲草胺在水稻糙米和稻殼中均未檢出殘留;在水稻土壤中的最終殘留量分別為0.012、0.013、0.012 mg/kg,在水稻植株中的最終殘留量分別為0.048、0.047、0.042 mg/kg,顯著高于土壤中殘留量,但也較低。根據我國對甲草胺在糙米中的MRL值(0.05 mg/kg)的規定,31%甲草胺泡騰顆粒劑在有效劑量326 g/hm2和489 g/hm2,施藥1次的情況下,以收獲期為安全間隔期,完全滿足對水稻最大殘留限量的要求。

3 結論

本研究首次建立了甲草胺在水稻植株、糙米、稻殼、土壤和稻田水中的殘留分析方法,樣品經過提取和凈化后,用GC-ECD檢測在水稻植株、糙米、稻殼、土壤和稻田水中的甲草胺。該分析方法對水稻植株、糙米、稻殼、土壤和稻田水的添加回收率在79.5%～113.6%,相對標準偏差(RSD)均小于12.7%。水稻植株、糙米、稻殼、土壤和稻田水的甲草胺的最低檢測濃度為0.01 mg/kg,滿足殘留檢測試驗的要求。

采用所建立的方法,首次對甲草胺在水稻植株和稻田水中的消解動態,以及在糙米、稻殼和水稻植株中的最終殘留量進行了研究。結果表明,甲草胺在水稻植株和田水中的消解動態均符合一級動力學方程,半衰期分別為11.17～26.65 d和1.56～1.78 d,屬于易降解農藥。且稻田水中的降解率明顯快于植株中的降解率。在施藥濃度為推薦高劑量的1.5倍時,施藥1次,收獲期的甲草胺殘留量均未檢出。本研究對我國制定甲草胺在水稻中的合理使用準則具有一定的參考價值。

[1] 段勁生, 岳永德, 花日茂, 等. 甲草胺在花生中的殘留分析及其穩定性[J]. 農藥, 2009, 48(9): 664-666.

[2] 張云月,盧宗志,李洪鑫,等.雜草對乙酰乳酸合成酶抑制劑類除草劑抗藥性的研究進展[J].雜草科學,2013,31(2): 1-5.

[3] 張青華, 路福綏, 馮建國,等. 20%甲草胺水乳劑的研制[J]. 農藥, 2008, 47(11): 802-804.

[4] 葉照春, 王楠, 陸德清, 等. 稻田雜草眼子菜對磺酰脲類除草劑的抗性研究[J]. 植物保護, 2013, 39(3): 144-147.

[5] 張棟梁, 沈雪峰, 陳勇. 31% 苯·吡·甲草胺泡騰顆粒劑防除水稻移栽田雜草試驗[J]. 農藥, 2014, 53(3): 214-216.

[6] Hostetler K A, Thurman E M.Determination of chloroacetanilide herbicide metabolites in water using high-performance liquid chromatography-diode array detection and high-performance liquid chromatography/mass spectrometry[J]. The Science of the Total Environment, 2000, 248(2): 147-155.

[7] Zang Lunyi, DeHaven J, Yocum A,et al. Determination of alachlor and its metabolites in rat plasma and urine by liquid chromatography-electrospray ionization mass spectrometry [J]. Journal of Chromatography B, 2002, 767(1): 93-101.

[8] Albanis T, Hela D G, Sakellarides T M, et al. Monitoring of pesticide residues and their metabolites in surface and underground waters of Imathia (N.Greece)by means of solid-phase extraction disks and gas chromatography [J]. Journal of Chromatography A, 1998, 823(1): 59-71.

[9] 藏小丹, 牟光慶. 氣相色譜法同時測定大豆中多種除草劑的殘留[J]. 食品研究與開發, 2010, 31(3): 132-134.

[10]劉伊玲, 逯忠斌, 徐威. 農藥殘留分析中含油脂及硫化物樣品的凈化方法[J]. 農藥科學與管理, 2000, 21(1): 17-20.

[11]白梅,張冠英,馬瑩,等.氣相色譜法測定花生和大豆中甲草胺殘留量[J].中國衛生檢驗雜志,2006,16(12):1463-1464.

[12]王明泰, 牟峻, 周曉, 等. 農產品中甲草胺殘留量的氣相色譜-質譜檢測[J]. 色譜, 2007, 25(4): 569-572.

[13]胡敏, 李二虎, 吳兵兵,等.氣相色譜法測定大豆中氟樂靈、甲草胺和乙草胺農藥殘留[J]. 現代農藥, 2006, 5(6): 27-28.

[14]許泓, 林安清, 古瓏,等.果蔬中107種殘留農藥的氣相色譜-質譜檢測方法[J]. 分析測試學報, 2004, 23(3): 34-38.

(責任編輯:楊明麗)

Residue and degradation dynamics of alachlor in rice

Tian Fajun1,2, Wu Yanbing1, Liu Xingang2, Dong Fengshou2, Xu Jun2, Wu Xiaohu2, Zheng Yongquan2

(1.Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453000, China; 2. Key Laboratory of Integrated Pest Management in Crops,Ministry of Agriculture, Institute of Plant Protection,Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China)

A residue analytical method of alachlor in paddy was established by using gas chromatography equipped with an electron-capture detector (GC-ECD). The samples were extracted with ethyl acetate, purified with primary secondary amine (PSA) and graphitized carbon black (GCB), and analyzed by GC-ECD.The method revealed excellent linearity (r=0.998 8) for alachlor in the range of 0.01-1 mg/L.The recoveries ranged from 79.5% to 113.6% for the target compound at three spiking levels from 0.01 to 0.5 mg/kg with relative standard deviations (RSD) of 2.5%-12.7% in all matrices. The limit of detection (LOD) was 0.01 mg/kg. The decline study of alachlor residue in rice plants and paddy water showed that the decline curves accorded with the first-order kinetics equation, and the half-life of alachlor was 11.17-26.65 d in rice plants and 1.56-1.78 d in paddy water, respectively. Alachlor is an easily degradable pesticide.

alachlor; rice; residue; degradation dynamics; GC-ECD

2015-12-21

2016-03-25

國家自然科學基金(31371970)

S 482.4

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2016.06.018

* 通信作者 E-mail：wybhist@126.com