戊唑醇在不同類型香蕉種植土壤中的環境行為研究

崔媛媛，周 佳，梁水連，王明月，戎 瑜，宋 佳，呂岱竹

（1.華中農業大學資源環境學院，湖北 武漢 430072；2.中國熱帶農業科學院分析測試中心，海南 海口 571101；3.華中農業大學植物科學技術學院，湖北 武漢 430072）

【研究意義】戊唑醇（Tebuconazole）是德國拜爾公司開發的一種內吸性三唑類農藥，具有保護和治療作用，主要通過抑制病原真菌體內麥角甾醇的生物生成，使病原菌無法正常形成生物膜而死亡［1］。它是世界上應用最廣泛、銷量最大的殺菌劑之一，能有效防治水果、蔬菜、水稻以及小麥等作物上的真菌病害。戊唑醇廣泛應用于熱帶農業中，尤其是防治香蕉病害，目前在香蕉上登記的劑型已經有乳油、粉劑、懸浮劑等［2-3］?！厩叭搜芯窟M展】戊唑醇在環境中的殘留動態在國內外已有相關報道，Nikola 等［4］研究了20 種不同農田土壤中戊唑醇的吸附情況，結果表明，土壤總有機碳和土壤酸堿度對戊唑醇的吸附起重要作用；Njoi 等［5］在實驗室模擬冬季土壤條件下戊唑醇及其代謝產物在環境中的消散情況，發現戊唑醇在土壤中吸附時間隨劑量增加而增加，戊唑醇容易在土壤中發生轉化，而且其苯基部的轉化更為明顯；郭明程等［6］利用超高效液相色譜-串聯質譜法（UPLC-MS/MS）研究了戊唑醇在稻田中的農藥殘留，建立了糙米、谷殼、土壤等樣品的檢測方法；羅雪婷等［7］采用在線凝膠色譜-氣相色譜-質譜法（GPC-GC/MS）檢測蘋果和土壤中戊唑醇殘留，并對戊唑醇在蘋果和土壤上的殘留消解動態進行了分析；Sahoo 等［8］研究了戊唑醇在辣椒和土壤中的降解動力學，表明單次施藥與兩次施藥半衰期有所不同。農藥在進入大田后，不管以哪種方式施用都會直接或間接對大田土壤產生影響?！颈狙芯壳腥朦c】香蕉是我國重要的熱帶經濟作物，戊唑醇是香蕉上常用的殺菌劑之一，目前關于戊唑醇在香蕉上的殘留動態和安全評價相關報道已有很多，但針對戊唑醇在香蕉種植土壤中歸趨和遷移規律的報道較少?！緮M解決的關鍵問題】本試驗采用氣相色譜-質譜檢測方法（GC-MS），研究了戊唑醇在海南磚紅壤、云南沙土、福建平原沖擊土3 個典型種植區土壤類型的降解、遷移規律，并探討其相關影響因素，從而為戊唑醇在香蕉田間施用和對香蕉田間環境影響評估提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤：海南磚紅壤（壤土，采自海南省澄邁白蓮香蕉實驗基地），云南沙土（砂土，采自云南昆明龍頭街桃園村香蕉實驗基地），福建平原沖積土（沖積性砂壤土，采自福建漳州香蕉實驗基地），基本理化性質見表1。土壤樣品均干燥、過0.85 mm 篩后貯存。

表1 供試土壤基本理化性質Table 1 Basic physicochemical properties of tested soils

供試藥劑：戊唑醇標準品（純度96.6%）；乙腈、丙酮、正己烷等溶劑均為色譜純或分析純；Strata Florisil（FL-PR）500 mg/6mL 萃取小柱。

1.2 試驗方法

1.2.1 戊唑醇標準溶液制備 準確稱量0.0104 g戊唑醇標準品，用丙酮定容至10 mL 容量瓶中，得到濃度為1 000 μg/mL 戊唑醇標準溶液，按照土壤樣品的提取方法得到空白樣品基質提取液，逐級稀釋得到0.0125、0.025、0.05、0.125、0.25 μg/mL 系列基質標準溶液。

1.2.2 樣品中戊唑醇的提?。?）土壤樣品提?。喝?0.00（±0.5）g 土壤加入50 mL 乙腈，震蕩2 h，過濾轉移至裝有6 g NaCl 的具塞量筒中，收集40 mL 濾液，加塞劇烈震蕩2 min，靜置0.5 h 以上使乙腈與水分層，準確移取2 mL 于100 mL 圓底燒瓶中，降壓旋轉濃縮至干燥，使用5 mL 正己烷-丙酮（9∶1，V/V）溶液復溶解，渦旋混勻待凈化。

（2）水樣提?。簩?0 mL 水樣轉移至分液漏斗中，加入40 mL 二氯甲烷，劇烈震蕩2 min后靜置0.5 h，收集下層溶液，降壓旋轉濃縮至干燥，用5 mL 正己烷-丙酮（9∶1，V/V）溶液復溶解，渦旋混勻待凈化。

（3）樣品凈化：用5 mL 正己烷-丙酮（9∶1，V/V）溶液預淋洗Strata Florisil（FL-PR）500 mg/6mL 萃取小柱，然后加入待凈化溶液，再用5 mL 正己烷-丙酮（9∶1，V/V）溶液洗脫2 次，降壓旋轉濃縮至約0.5 mL，加入5 mL 正己烷進行溶劑交換2 次。最后用正己烷準確定容樣品濃縮液至2.5 mL，待上機分析。

1.2.3 GC-MS 色譜和質譜條件 色譜條件：Thermo 氣相色譜-質譜儀（GC-MS）及SLB-5MS色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣為氦氣（He，純度99.999%），流速1.0 mL/min；進樣器保護氣為氮氣（N2，純度99.999%）；進樣口溫度250 ℃；柱溫升溫程序為：80 ℃保持1 min，而后以20 ℃/min 的速度升至 240 ℃保持3 min，再以50 ℃/min 的速度升至280 ℃保持7 min；不分流進樣，進樣量為1 μL。

質譜條件：EI 離子源溫度為250 ℃；色譜質譜傳輸線溫度為280℃；采用SIM 方式進行定性定量分析，保留時間為13.14 min；定量離子m/z250，m/z125，m/z169；碰撞能量為15 v。

1.2.4 土壤降解試驗 取潔凈滅菌的100 mL 具塞錐形瓶若干個，每個錐形瓶準確加入經測定含水量折算后土壤凈含量20 g，準確移取1 000 μg/mL戊唑醇標準母液0.1 mL 于錐形瓶中。加入超純水，控制水量在60%左右，置于恒溫振蕩器上震蕩2 min，使戊唑醇混合均勻，置于25（±2）℃的人工氣候恒溫箱中，日光燈每天連續光照12 h。根據土壤樣品來源設海南、云南、福建3 個處理，每個處理3 次重復，并設空白對照。檢測間隔期為2 h、1 d、3 d、7 d、14 d、21 d、28 d、42 d、60 d，按照1.2.2 和1.2.3 方法進行處理檢測。

1.2.5 土壤吸附性試驗 采用振蕩平衡法［9］，稱取5 g 供試土壤樣品于250 mL 具塞錐形瓶中，分別加入25 mL 質量濃度為0.05、0.5、5 mg/L 戊唑醇水溶液（含CaCl2介質濃度為0.01 mol/L）。根據土壤樣品來源設海南、云南、福建3 個處理，另設戊唑醇水溶液和空白土壤水溶液（均含0.01 mol/L CaCl2）為對照，每個處理3 次重復。錐形瓶加塞后置于25（±2）℃的恒溫振蕩器下振蕩24 h，得懸浮液，移至離心管中高速離心，取上清液總體積的80%進行測定，按1.2.2 和1.2.3 方法提取檢測上清液中戊唑醇濃度。采用線性模型和Freundlich 模型描述戊唑醇在土壤中的吸附規律［10］。

式中，Cs為土壤對農藥的吸附含量（mg/kg）；Ce為農藥在水溶液中的濃度（mg/L）；C0為平衡濃度為零時土壤農藥的吸附量（mg/kg）；Kd,H、Kd,F分別為線性模型和Freundlich 模型土壤吸附系數（L/kg），表示土壤對農藥吸附能力的大??；1/n 表示Cs與Ce關系曲線斜率，反映吸附劑表面的非均勻性。

土壤對農藥的吸附自由能（△G，kJ/mol）與土壤吸附系數Koc的關系式為：

式中，Koc=K/OC×100，Koc為以有機碳含量表示的土壤吸附系數（L/kg）；OC 為土壤有機碳含量（%）；R 為摩爾氣體常數（J/K·mol）；T 為絕對溫度（K）。

1.2.6 土壤淋溶試驗 選取內徑5 cm、長40 cm的有機玻璃管作為填充柱，在柱底加入一層棉花、一層1 cm 厚的石英砂和一層濾紙，稱取700～800 g過0.85 mm 篩的海南磚紅壤、云南沙土和福建平原沖積土分別進行填充，制備成30（±0.2）cm高的淋溶土柱，均勻滴加1 000 μg/mL 戊唑醇標準母液0.1 mL 于5 g 左右供試土壤中，待溶劑完全揮發后，均勻鋪在土柱頂部，并在土壤上層加一層濾紙和一層1 cm 厚的石英砂。試驗時，用超純水以30 mL/h 的速度淋洗10 h，收集淋出溶液300 mL。淋洗結束后將土柱取出，按1～5、5～10、10～20、20～30 cm 切成4 段，分別測定4段土壤樣品和淋出溶液中的戊唑醇殘留量。每個處理設1 個平行。

2 結果與分析

2.1 戊唑醇GC-MS 方法的優化

本試驗中，樣品前處理采用固相萃取法，使用乙腈提取土壤中的戊唑醇，提取效率高，除雜效果好［11］，并使用15 mL 正己烷-丙酮（9∶1，V/V）溶液進行凈化，10 mL 正己烷定容。GC-MS法結合了氣相色譜與質譜的優點，靈敏度高、分析速度快，分離度更好。由于基質會顯著干擾戊唑醇的分析過程，影響結果的準確性［12］，因此，為了消除基質效應，采用空白樣本基質加標建立標準曲線。GC-MS/SIM 檢測方式對戊唑醇進行全掃描試驗，得到戊唑醇質譜圖以及其保留時間13.14 min，根據質譜圖選擇相對豐度較高的m/z250、m/z163、m/z125 離子作為定量離子。

2.2 戊唑醇GC-MS 線性關系的確立

戊唑醇在土壤中的線性回歸方程為y=4.62795e6x、R2=0.9999，該方法檢出限為0.01 mg/kg。由圖1 可知，0.0125～0.25 μg/mL 范圍內，戊唑醇的質量濃度與色譜峰面積有著良好的線性關系。

圖1 戊唑醇在土壤中的工作曲線Fig.1 Working curve of tebuconazole in soil

如表2 所示，0.010、0.025、0.050 mg/L 3 個添加濃度水平戊唑醇在土壤中的平均回收率為81.20%～100.80%，相對標準偏差為2.81%～4.35%。該方法的精密度和準確性符合農藥殘留分析要求［13-14］，適合戊唑醇在香蕉種植土壤中農藥殘留的分析，為食品安全生產提供了參考。

表2 土壤中戊唑醇添加回收率及相對標準偏差Table 2 Added recovery and RSD of tebuconazole in soil

2.3 戊唑醇在不同類型土壤中的化學降解動態

對戊唑醇在3 種香蕉種植土壤中的化學降解行為進行分析，其消解動態符合一級動力學方程Ct=C0e-kt。在相同條件下，戊唑醇在不同香蕉種植土壤中的化學降解速率不同，表現為云南沙土＞海南磚紅壤＞福建平原沖積土，海南磚紅壤、云南沙土、福建平原沖積土的消解半衰期分別為21.07、19.92、24.76 d（表3），3 種不同類型土壤的降解半衰期均小于1 個月，根據《化學農藥環境安全評價試驗準則》［9］（下稱《準則》），戊唑醇在香蕉種植土壤中屬于易降解。

表3 戊唑醇在不同類型土壤中化學降解動力學參數Table 3 Chemical degradation kinetic parameters of tebuconazole in different types of soil

檢測的60 d 內，3 種香蕉種植土壤中戊唑醇含量表現出相似的降解趨勢（圖2），隨著時間的延長，戊唑醇含量逐漸減少，前40 d 戊唑醇降解速率較快，后20 d 降解速率逐漸變慢。

圖2 戊唑醇在不同香蕉種植土壤下的降解曲線Fig.2 Degradation curve of tebuconazole in different banana planting soils

2.4 戊唑醇在3 種土壤中的吸附特性

戊唑醇在不同香蕉種植土壤中的線性吸附模型和Freundlich 吸附模型參數見表4，結果表明吸附數據用線性方程Cs=KCe+C0擬合時具有較好的相關性，相關系數（R）均大于0.97，因此采用線性方程擬合描述更加合理［15］。通常用有機碳吸附系數Koc來反映農藥在土壤中的移動性，用自由能△G 來判斷農藥吸附性的機理和程度。由表5 和圖3 可知，戊唑醇在不同香蕉種植土壤的吸附性有所不同，根據《準則》［9］劃分標準，戊唑醇在3 種香蕉種植土壤中的Koc值均大于2×104，因此土壤中戊唑醇易被吸附，其中海南磚紅壤對戊唑醇的吸附能力最強，福建平原沖積土次之，云南沙土的吸附性較差。戊唑醇在3種土壤中的吸附自由能（△G）均為負值、小于40 kJ/mol，說明戊唑醇在土壤中的吸附過程是自發的，且表現為物理吸附。

表4 戊唑醇在土壤中的線性吸附等溫方程與Freundlich 方程擬合比較Table 4 Fitting comparison on the linear equation and the Freundlich equation for adsorption isotherm of tebuconazole in soils

表5 戊唑醇在不同種植土壤中的吸附參數Table 5 Adsorption parameters of tebuconazole in different planting soils

圖3 戊唑醇在土壤中的吸附曲線Fig.3 Adsorption curve of tebuconazole in soil

從戊唑醇在不同土壤淋溶柱中的含量分布（表6）可知，在相同條件下，3 種類型土柱的淋出水中均未檢測出戊唑醇，且隨著土柱的延伸，戊唑醇在柱中土壤的含量逐漸減少，大部分存在于土柱中1～5 cm 處，少量存在于5～10 cm 處，僅有極少量或不存在于10～20、20～30 cm 兩段土柱中。由于淋溶柱0～10 cm 段戊唑醇含量遠遠大于50%，根據《準則》［9］表明戊唑醇在3 種香蕉種植土壤的淋溶遷移性很差，均表現為難淋溶，其中戊唑醇在云南沙土中淋溶性最強、其次為福建平原沖積土，而在海南磚紅壤中淋溶性最弱。

表6 戊唑醇在不同土壤淋溶柱中的含量分布Table 6 Content distribution of tebuconazole in different soil leaching columns

3 討論

3.1 戊唑醇在土壤中的降解規律

戊唑醇在3 種不同類型土壤中的降解半衰期為19.92～24.76 d，屬于易降解農藥，這與陳莉等［16］的研究結果相似，戊唑醇在北京市和濟南市種植蘋果的土壤中半衰期分別為9.2、16.4 d。本試驗中，戊唑醇在3 種土壤中的降解速率差異明顯，在云南沙土降解最快，其次為海南磚紅壤，在福建平原沖積土中降解最慢。農藥在土壤中的降解速率與土壤類型、pH、有機質等因素有關［17-20］。戊唑醇在云南沙土中的降解速率最快，可能是由于云南沙土中pH值、有機質含量均比海南磚紅壤、福建平原沖積土高，有機質能為土壤中的微生物提供能量，加快戊唑醇在土壤中的降解速率。有研究表明，隨著pH 的升高，環境中的親核基團（水或者OH—）會進攻三唑類農藥三唑基上的N 原子等親電基團，從而加快環境中三唑類農藥的降解速率［21-22］。

3.2 戊唑醇在土壤中的吸附與遷移

農藥在土壤中的遷移能力與其在土壤中的吸附和淋溶有關［23］，而農藥吸附和淋溶強弱主要取決于農藥性質和土壤性質［24-25］。農藥的水溶性越弱，其在土壤中的吸附性越強［26］，戊唑醇在純水中的溶解度為0.032 g/L（20 ℃），難溶于水，因此戊唑醇在土壤中的易吸附可能與其水溶性弱有關。同時，土壤對農藥的吸附能力與吸附常數K 值相關，K 值越大，其吸附性越強，而K 值的大小與土壤理化性質有關。本試驗中，戊唑醇在3 種香蕉種植土壤中的吸附能力表現為海南磚紅壤＞福建平原沖積土＞云南沙土。磚紅壤風化作用和富鋁化作用強烈，含有豐富的鐵鋁化合物，而Mader 等［27］試驗表明，土壤中粘土礦物具有大量的結合位點，對農藥化合物具有一定的吸附作用，因此戊唑醇在海南磚紅壤中吸附性最強。

農藥淋溶是地下水污染的重要因素之一［28］，農藥淋溶性越強，進入地下水的可能性越大。本試驗中，戊唑醇絕大部分殘留在土柱0～5、5～10 cm 處，海南磚紅壤、云南沙土和福建平原沖積土在此兩段土層中的農藥殘留量分別占施加農藥量的92.8%、84.9%和84.3%，而在10～20 cm處3 種土壤均有少量殘留檢出，在土柱20～30 cm處僅云南沙土中有戊唑醇殘留檢出，淋出水中基本上沒有檢出農藥殘留，表明戊唑醇在不同香蕉種植土壤的淋溶性很差，這是由于戊唑醇的水溶性差，同時土壤對戊唑醇有較強的吸附性所造成的。這表明戊唑醇在不同香蕉種植土壤中其淋溶性存在一定的差異，其中云南沙土淋溶性最強，海南磚紅壤淋溶性最弱。由于戊唑醇是分子型有機農藥，偏弱酸性，土壤pH 值的高低會影響它在土壤中的離子化程度和水解程度，土壤偏堿性有利于戊唑醇電離和水解反應的發生［20］，而農藥在土壤中吸附的主要形態為分子態，其陰離子很難在土壤中被吸附［29］，因此戊唑醇在偏弱堿性的云南沙土中其淋溶能力會比偏酸性的海南磚紅壤和福建平原沖積土更強。

Kreuzig 等［23］研究表明，污染物在土壤中的K 值小于2，則污染物易在土壤中遷移，對環境造成危害。本試驗中3 種香蕉種植土壤的K 值均大于2，表明戊唑醇在香蕉土壤中殘留量較低，遷移風險也較低，不易滲透至深層土壤污染地下水，不過戊唑醇屬于內吸性農藥，在表層土壤的殘留量高，半衰期又相對較長，會增加戊唑醇在表層土壤的累積，對后茬作物存在一定的影響。

4 結論

本研究結果表明，戊唑醇在3 種不同類型香蕉種植土壤中的降解半衰期為19.92～24.76 d，屬于易降解農藥；海南磚紅壤對戊唑醇的吸附能力最強，福建平原沖擊土次之，云南沙土最弱；農藥淋溶性與其水溶性和土壤吸附能力有直接的相關性，戊唑醇在云南沙土中的淋溶作用最強，海南磚紅壤中最弱；在土壤0～10 cm 深度，戊唑醇的殘留量最多，占施藥量80%以上，淋出水中基本無農藥殘留檢出。綜上，戊唑醇在不同香蕉種植土壤中的歸趨行為表現為易吸附、難淋溶、易降解，對香蕉大田種植環境比較安全。