四種除草劑在水稻上的消解及殘留規律研究

孫 攀，陳 非，劉豐茂*，張宏軍

(1.中國農業大學理學院應用化學系，北京100193；2.農業農村部農藥檢定所，北京100125)

1 前言

水稻在我國糧食作物中占有較大比例，在我國南北方廣泛種植，除草劑因方便、省力、有效等優勢在水稻種植區被廣泛使用[1-2]。除草劑的使用在水稻種植過程中起著積極的作用，但近年來隨著農藥的使用，殘留、藥害、抗性等問題逐漸暴露，水體、土壤環境中農藥殘留檢出的情況屢見報道[3]，為達到理想的雜草防除效果，除草劑使用頻率和施藥量不斷加大，易造成除草劑高殘留情況；我國半數以上的人口以稻米為食，稻米食用的安全問題受到廣大消費者的密切關注，因而水稻上農藥的安全使用以及殘留監測十分必要[4]。

芐嘧磺隆和吡嘧磺隆是兩種廣泛應用于水稻的磺酰脲類除草劑，此類除草劑難揮發、難降解，土壤中殘留期較長，極易對后茬的敏感作物造成影響[5-6]，Azcarate M指出磺酰脲類除草劑易在有機質、有機碳含量高的土壤中被吸附發生降解[7]。此外，孫惠青等研究還發現磺酰脲類除草劑的使用劑量與殘留量存在一定關聯[8]，且磺酰脲類除草劑具有較強的水溶性，在水稻田使用后極易進入土壤、水體，可能會對水稻田間其他水生生物造成影響[9-12]。目前磺酰脲類除草劑的檢測方法一般有液相串聯質譜，液相等方法，但是針對現有方法其前處理通常使用弗羅里硅土、HLB等固相萃取柱進行凈化，前處理方法比較繁瑣。

丙草胺、丁草胺屬于酰胺類除草劑，是水稻田中常用的除草劑，該類除草劑具有較好的除草活性，但具有較強的殘留毒性[13-14]，因而監測土壤、水體、水稻中其殘留量十分重要。目前關于酰胺類除草劑的檢測方法主要有氣相、液相色譜，對于酰胺類除草劑的檢測方法一般以氣相方法為主，樣品前處理方法一般有多壁碳納米管修飾玻碳電極法、頂空法、分子印跡等復雜方法。

本研究建立了一種土壤、糙米和稻殼中芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺這四種除草劑的快速、準確的檢測方法：丙草胺、丁草胺采用氣相色譜(土壤、糙米)、氣相串聯質譜聯用儀(稻殼)進行檢測，芐嘧磺隆、吡嘧磺隆采用液相串聯質譜(土壤、糙米、稻殼)進行檢測。四種除草劑的回收率范圍在72.4%～108.0%，添加回收率范圍在70%～110%，變異系數范圍為1.5%～14.9%；基質標準曲線在0.01～1mg/kg濃度范圍內，可決系數均在0.98以上，線性相關良好，可滿足本試驗殘留檢測的要求。

2 材料與方法

2.1 田間試驗設計 試驗于2017年6月在山東省魚臺縣進行，田間試驗參照農藥登記殘留試驗準則(NY/T788-2004)進行，供試藥劑以及施藥劑量(表1)。

選擇3個不同地點進行四種除草劑的消解試驗，三地分別命名為張黃鎮三里屯村直播稻(地塊代號A)，張黃鎮三里屯村直播稻(地塊代號B)和王廟鎮舊城村機插秧(地塊代號C)，消解試驗的施藥量分別選擇2倍推薦劑量和推薦劑量，施藥1次，每地設3個小區，小區面積80m2，另設空白對照區。于施藥后0、5、10、20、40、80d分別采集土壤樣品，混勻后取50g土壤樣品；于水稻收獲期采集≥2kg稻穗，經脫粒、脫殼后晾干，混勻后取500g糙米及適量稻殼；放入樣品袋中，貼好標簽，于-20℃條件下儲藏。

表1 四種除草劑施藥劑量信息

2.2 儀器與材料 安捷倫液相質譜聯用儀,安捷倫氣相色譜質譜聯用儀，島津氣相-電子捕獲檢測器，電子天平，旋渦混合器，低速臺式離心機，高速離心機，旋轉蒸發儀。

乙腈；甲酸(純度99 %)；娃哈哈純凈水；芐嘧磺隆(純度98.3%)，丁草胺(純度95%)，吡嘧磺隆(純度98%)，丁草胺(純度96 %)；NaCl；MgSO4；分散固相凈化劑(C18，PSA，GCB)。

2.3 樣品前處理方法

2.3.1 丙草胺、丁草胺前處理方法 提取：稱取稻殼2g(糙米5g，土壤5g)于50mL 離心管中，稻殼樣品加5mL 0.1 %甲酸水和20mL乙腈(糙米加5mL水和10mL乙腈；土壤加10mL乙腈)，渦旋震蕩10min，稻殼加入4g NaCl(糙米和土壤加1g NaCl和4g MgSO4)，渦旋3min，將離心管于3 800r/min 離心5min，稻殼和糙米取上清液10mL于50mL雞心瓶中，在35℃水浴下旋轉蒸發至近干，N2吹干后，稻殼用1mL乙腈定容(糙米用1mL丙酮定容；土壤取1mL上清液備用)。

凈化：取稻殼1mL提取液至裝有50mg C18和100mg MgSO4(糙米和土壤均用50mg PSA、10mg GCB和150mg MgSO4)的2mL塑料離心管中，渦旋2min，將離心管10 000r/min離心1min，過0.22μm濾膜至小瓶，供氣相串聯質譜檢測(糙米、土壤供氣相-電子捕獲檢測器檢測)。

2.3.2 芐嘧磺隆、吡嘧磺隆前處理方法 提取：稱取稻殼2g(糙米10g，土壤5g)于50mL離心管中，稻殼加5mL0.1%甲酸水和10mL乙腈(糙米加5mL水和10mL乙腈；土壤加10mL乙腈)，渦旋提取10min，稻殼、土壤加入3g NaCl(糙米加3g NaCl和2g MgSO4)，渦旋3min，將離心管于3 800r/min離心5min。

凈化：取稻殼樣品1mL上清液轉移至裝有50mg C18和100mg MgSO4(糙米使用50mg C18凈化，土壤使用20mg PSA和100mgMgSO4凈化)的2mL塑料離心管中，渦旋凈化2min，將離心管置于10 000r/min的轉速下離心1min，過0.22μm濾膜，進小瓶，供液相串聯質譜檢測。

2.4 儀器條件

2.4.1 氣相串聯質譜儀器條件 色譜柱為HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)毛細管柱，升溫程序為100℃保持1min，以20℃/min升至220℃，再以1℃/min升至230℃，再以20℃/min升至260℃，保持3min，總運行時間21.5min。進樣口溫度為260℃，檢測器溫度為280℃，進樣量為2.0μL，流速為1.2mL/min，離子源為EI源，離子源溫度為230℃，檢測模式為選擇離子監測模式。丙草胺保留時間8.90min，定量離子(m/z)241；丁草胺保留時間11.22min，定量離子(m/z)176。

2.4.2 氣相-電子捕獲檢測器儀器條件 色譜柱為HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)，升溫程序為120℃，以15℃/min升至170℃，再以5℃/min升至230℃，保持5min，總運行時間20.33min。進樣口溫度為270℃，檢測器溫度為280℃，進樣量為2.0μL，流速為1.0mL/min，保留時間丁草胺為15.95min，丙草胺為16.81min。

2.4.3 液相串聯質譜儀器條件 色譜柱為ZORBAX SB-C18(2.1mm×50mm×3μm)，流動相為乙腈∶0.1%甲酸水=90∶10(v/v)，流速為0.2mL/min，柱溫為25℃，進樣量為5μL，電離源為ESI，電離模式為正離子模式，監測模式為多反應監測。芐嘧磺隆保留時間1.00min，定量離子(m/z)149；吡嘧磺隆保留時間1.06min，定量離子(m/z)178。

3 結果與分析

3.1 前處理方法

3.1.1 芐嘧磺隆、吡嘧磺隆前處理方法 QuEChERS方法具有回收率高、省時省力、清潔環保等優點，在農藥殘留檢測領域被廣泛采用，因而本方法在QuEChERS方法的基礎上對除草劑的提取、凈化步驟進行優化。土壤的前處理過程中發現芐嘧磺隆和吡嘧磺隆使用20mg PSA和100mg MgSO4的組合時可達到理想的回收率；稻殼在提取過程中加入5mL0.1%甲酸水，使用50mg C18和100mg MgSO4時芐嘧磺隆和吡嘧磺隆可達到理想回收率；糙米中加入5mL 0.1%甲酸水，使用50mg C18時芐嘧磺隆和吡嘧磺隆均可滿足回收率要求；

3.1.2 丁草胺、丙草胺前處理方法 通過試驗發現丁草胺、丙草胺在糙米和稻殼中的回收率較差，通過旋蒸濃縮后進行凈化，回收率結果較好；糙米和土壤樣品使用50mg PSA、10mg GCB和150mg MgSO4的組合時回收率可滿足要求，稻殼使用50mg C18和150mg MgSO4時回收率可滿足要求。

3.2 回收率結果

3.2.1 基質效應考察 對四種除草劑標準溶液進行測定，以標準溶液濃度與峰面積做標準曲線，其中y為標準品峰面積，x為標準品x為標準品濃度(mg/L)，考察實際樣品基質中響應情況。

基質效應計算公式為：

基質效應(%)=(目標物質基質標準曲線斜率/目標物質溶劑標準曲線斜率-1)×100%

當基質效應>20%或者<-20%，則應考慮基質效應影響，需采用基質標進行定量。

各基質中四種除草劑標準曲線方程、可決系數R2、基質效應信息(表2)。

表2 基質效應考察

續表

四種除草劑在各基質中濃0.01～0.1mg/L的范圍內線性相關性良好，可決系數均>0.98，由于存在基質效應，故在試驗中均選擇用基質標進行定量。

3.2.2 回收率 芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺在各基質中平均回收率范圍分別為78.9%～102.7%，81.0%～106.4%，78.7%～103.5%，72.4%～108.0%，變異系數在1.5%～14.9%之間，可滿足本試驗殘留檢測的要求，試驗殘留檢測方法對四種除草劑的量限為最小添加水平，均低于各除草劑的殘留限量標準，回收率結果(表3)。

表3 四種除草劑方法驗證結果

續表

3.3 四種除草劑檢測結果

3.3.1 消解動態 山東省魚臺縣水稻田田間試驗中四種除草劑消解動態試驗結果為：四種除草劑按照推薦劑量和2倍推薦劑量施用以后，芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺在土壤中消解較快，施藥10d后殘留量已<本方法定量限，未擬合出消解曲線，不同劑量除草劑施用后均較快消解。

表4 土壤中除草劑殘留量(mg/kg)

續表

注：“/”表示未有樣品檢測

3.3.2 最終殘留量結果 本試驗發現按照推薦劑量和二倍推薦劑量施藥后糙米中芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺的最終殘留量均<本文的定量限，且遠<四種除草劑的最低殘留限量，因此其在水稻上的使用是安全的。

4 結果

芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺為水稻田的主要除草劑品種，因此關于它們的分析檢測方法的研究比較多。本試驗嘗試建立四種除草劑的液相串聯質譜檢測方法，實現對四種除草劑同時檢測分析，但在試驗過程中發現，同一種檢測方法不能滿足靈敏度、峰形、雜質分離等要求，故對于四種除草劑采用不同的儀器分別進行檢測，并建立了不同的前處理方法。本研究建立了液相串聯質譜檢測土壤、糙米、稻殼中芐嘧磺隆和吡嘧磺隆殘留量的分析方法；建立了氣相-電子捕獲檢測器檢測土壤、糙米中丙草胺和丁草胺殘留量的分析方法以及氣相串聯質譜檢測稻殼中丙草胺和丁草胺殘留量的分析方法。本分析方法在前處理過程中無需經過繁瑣的凈化過程，前處理方法操作較為簡單，且此方法的精密度、準確度均符合本試驗的檢測要求。

田間試驗結果表明，按照推薦劑量和2倍推薦劑量施藥后，四種除草劑在水稻田土壤中消解較快，最終殘留量均<糙米中最大殘留限量。