2甲4氯異辛酯和氯氟吡氧乙酸異辛酯在冬小麥和土壤中的殘留研究

杜月梅，邵華，高麗萍

（1.北京聯合大學生物化學工程學院生物活性物質與功能食品北京市重點實驗室，北京100191；2.中國農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，北京100081)

小麥是我國主要的糧食作物之一，雜草常與小麥爭奪養料、空間和水分，傳播病蟲害，嚴重影響小麥的產量和質量，每年因雜草造成的小麥減產率在10%左右，目前最有效的除草方法之一就是使用除草劑，但近年來由于除草劑的濫用導致雜草抗藥性、污染環境和麥田雜草群落變化的情況出現，為延緩這些情況的發生，人們采取除草劑混配使用的措施，可以擴大殺草譜、降低用藥量，增強除草效果。

2甲4氯異辛酯(MCPA-isooctyl)，化學名稱為4-氯-2-甲基苯氧乙酸異辛酯，1946年被研發出來，屬于苯氧乙酸類除草劑。2甲4氯異辛酯是一種高選擇性、內吸性的多種雜草除草劑，能和多種除草劑復配，防治稻田、麥田中的雜草，具有高效、低毒、對敏感作物安全性高、對人畜等無毒害作用的優點，廣泛應用在化學除草領域。目前國內外報道的關于2甲4氯異辛酯的檢測方法主要有氣相色譜-氫火焰離子檢測器(GC-FID)法、氣相色譜-電子捕獲檢測器(GCECD)法、氣相色譜串聯質譜(GC-MS)法。黃亮等建立了灌溉水中2甲4氯異辛酯殘留量的氣相色譜-串聯質譜(GC-MS/MS)檢測方法。氯氟吡氧乙酸異辛酯(fluroxypyr-meptyl)，化學名稱為1-甲基庚基酯；[(4-氨基-3，5-二氯-6-氟-2-吡啶)氧基]-乙酸1-甲基庚基酯，為吡啶類除草劑，對田間雜草植株具有滅活的作用，高效且對農作物無危害，目前關于該農藥已經報道的檢測方法有高效液相色譜法、高效液相色譜-質譜法、氣相色譜法、氣相色譜-質譜法等，黃玉貴等采用高效液相色譜-串聯質譜法對試樣中的氯氟吡氧乙酸異辛酯進行檢測。

日本規定2甲4氯(包括其鹽、酯等殘留物)在大米中的最大殘留限量為0.1 mg/kg。歐盟規定2甲4氯(包括其鹽、酯等殘留物)在多種食品中的最大殘留限量為0.05 mg/kg。我國規定小麥中2甲4氯異辛酯的最大殘留限量為0.1 mg/kg，氯氟吡氧乙酸異辛酯的最大殘留限量為0.2 mg/kg。這兩種農藥均高效、低毒，對小麥安全、增產效果顯著，且復配效果極好。兩種除草劑的作用機制和殺草譜各不相同，其混劑對小麥的安全性研究鮮見報道，鑒于此，為評價48% 2甲4氯異辛酯·氯氟吡氧乙酸異辛酯·雙氟磺草胺懸浮劑(有效成分為36% 2甲4氯異辛酯和12%氯氟吡氧乙酸異辛酯)對小麥及土壤的安全性，連續進行了2年的田間試驗，旨在為該復配農藥在田間的科學使用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試農藥為48% 2甲4氯異辛酯·氯氟吡氧乙酸異辛酯·雙氟磺草胺懸浮劑，由江西眾和化工有限公司提供；選取北京市通州區、河南省新鄉市、寧夏銀川市作為試驗地點，其中北京試驗農作物為冬小麥，京冬17；河南試驗農作物為冬小麥，鄭麥366；寧夏試驗農作物為冬小麥，寧冬五號。

2甲4氯異辛酯以及氯氟吡氧乙酸標準品的純度為99%，購自Dr.E公司；乙腈為色譜純，購自Fisher公司；無水硫酸鎂購自上海試劑廠；氯化鈉購自北京化工廠；C18分散固相萃取凈化劑，購自天津博納艾杰爾科技有限公司；GCB分散固相萃取凈化劑，購自天津博納艾杰爾科技有限公司。

1.2 儀器設備

氣質聯用儀器設備的氣相色譜系統為Agilent 7890A氣相色譜儀；質譜系統為配有電子轟擊源(EI)的Agilent5975C質譜儀。液質聯用儀器的高效液相色譜系統為Agilent 1200液相色譜儀；質譜系統為API5000；高速離心機購自Thermo公司；除此之外還有渦流混合器、電子天平、精密移液槍以及其他實驗室常用儀器設備。

1.3 田間試驗設計

分 別 于2016和2017年 的11月1日—11月19日，在北京、河南、寧夏三地實施兩年的48% 2甲4氯異辛酯·氯氟吡氧乙酸異辛酯·雙氟磺草胺懸浮劑在冬小麥上的田間試驗。按農藥殘留試驗準則(NY/T7 88-2004)要求設試驗小區，小區面積30 m，重復3次，隨機排列，小區間設保護帶。另設對照小區。

1.3.1 消解動態試驗

施藥時期為冬小麥分蘗期至拔節前，雜草2~4葉時噴霧施藥。小麥植株動態施藥劑量90 g/畝(648 ga.i./hm)，施藥后2 h及第1、3、5、7、14、21、30、45天采樣，土壤動態施藥劑量為0.833 g/m(4 000 ga.i./hm)，施 藥 后2 h及 第1、3、5、7、14、21、30、45天采樣，重復3次，處理間設保護隔離區。

1.3.2 最終殘留試驗

設兩個施藥劑量：低劑量和高劑量。低劑量按制劑量60 g/畝(432 ga.i./hm)，高劑量按制劑量90 g/畝(648 ga.i./hm)施藥。每個處理設3次重復，農田試驗小區面積30 m，于冬小麥分蘗期至拔節前，雜草2~4葉時噴霧施藥1次，成熟收獲期采樣。參照BBCH(Biologische Bundesanstalt，Bundessortenamt，Chemische)Monograph對應的圖譜和編號記錄作物生長情況。

1.4 樣本采集

1.4.1 植株樣本的采集

在小區中用隨機方式剪取地表以上的全株1 kg以上，用剪刀將田間植株樣本剪成1 cm以下小段或切碎，混勻后，用四分法分取100 g樣品兩份(A、B樣)裝入樣品容器，貼好標簽，放入-20℃低溫冰柜中貯存。

1.4.2 土壤動態樣品的采集

在小區中用隨機方式在8個以上采樣點用土鉆取深度為0~10 cm的地表土2 kg以上，在不銹鋼盆中去除雜物混合均勻，分取200 g兩份(A、B樣)分別裝入樣品容器中，貼好標簽，放入-20℃低溫冰柜中貯存。

1.4.3 麥穗樣本的采集

在小區中用隨機方式剪取小麥麥穗2 kg，先脫粒，然后將麥粒充分混勻，分取100 g樣品兩份(A、B樣)，分別裝入樣品容器，貼好標簽，放入-20℃低溫冰柜中貯存。植株樣本的采集和土壤樣品的采集方法同上。

1.5 實驗室樣品制備與保存

田間樣品采集后如無條件在現場附近處理，需盡快(8 h)內運回實驗室，并立即制備成實驗室樣品冷凍保存。實驗室樣品的制備方法參照《SOP FT-03-02小麥田間樣本采集與實驗室樣品制備標準操作規程》進行。

將上述制備的實驗室樣品分類包裝并標記后，填寫樣品清單。農藥在樣品貯存過程中無明顯降解。

1.6 樣品前處理

小麥、植株、土壤樣品經乙腈提取后，加4∶1的無水硫酸鎂和氯化鈉，植株樣品經GCB和C18分散固相萃取凈化；土壤樣品經C18分散固相萃取凈化后，過0.22 μm膜，上機檢測。

1.7 儀器條件

1.7.1 2甲4氯異辛酯的儀器檢測條件

采用配有電子轟擊源(EI)Agilent 7890A/5975C氣相色譜質譜儀；以DB－5ms(30 m×0.25 mm×0.25 μm)為色譜柱；色譜柱溫度程序為60℃保持1 min，然后以20℃/min升溫至280℃，保持2 min；載氣采用氦氣，其純度≥99.999%，并采用流速為1 mL/min的恒流模式；進樣口溫度為250℃；進樣方式為不分流進樣；進樣量為1 μL；加熱器：為250℃；輔助加熱溫度為280℃；定量離子是312(

m

/

z

)，定性離子是200和71(

m

/

z

)。

1.7.2 氯氟吡氧乙酸異辛酯的儀器檢測條件

色譜條件：XBridgeC18色譜柱(150 mm×2.1 mm，3.5 μm)；流動相A為0.1%甲酸水，流動相B為乙腈，梯度洗脫0~5 min、25%~90% B，5~8 min、90% B，8~8.1 min、90%~25% B，8.1~13 min、25% B；柱 溫25℃；流速0.20 mL/min；進樣量5 μL。

質譜條件：離子源為電噴霧離子源ESI；掃描方式為正離子掃描；噴霧電壓(IS+)5 500 V；電噴霧離子源溫度(TEM)5 000℃；霧化氣流量55 psi；輔助加熱氣60 psi；氣簾氣(Curtain Gas)43 psi；碰撞室入口電壓(EP)10 V；碰撞室出口電壓(CXP)13 V；檢測方式為多重反應監測(MRM)。優化后目標物的質譜參數條件見表1。

表1 多反應監測模式下氯氟吡氧乙酸異辛酯的質譜參數

1.8 基質標準曲線制作

分別在空白麥粒、植株、土壤樣品中添加0.05、0.10、0.20 mg/kg，3檔濃度的2甲4氯異辛酯和氯氟吡氧乙酸標準溶液，每檔重復5次，用上述分析方法測定回收率。

將1.0 mg/mL的2甲4氯異辛酯和氯氟吡氧乙酸標準溶液分別用乙睛和經過前處理的小麥、植株、土壤空白基質稀釋配得0.005、0.01、0.05、0.1、0.15、0.2 mg/L(0.02、0.05、0.075、0.1、0.15、0.2 mg/L)系列標準溶液，在上述條件下進行測定，重復3次，分別以2甲4氯異辛酯和氯氟吡氧乙酸標準溶液濃度與峰面積作標準曲線。

1.9 消解方程及半衰期計算公式

1.9.1 消解方程

假設文中農藥在目標樣品中的消解規律符合一級動力學模型，即施藥后的農藥在目標樣品中的殘留濃度隨時間的推移以近似負指數函數遞減，并通過公式1進行擬合。

式中，

C

為初始質量濃度，

C

為

t

時刻的農藥殘留質量濃度。

1.9.2 消解半衰期

消解半衰期

t

按公式2計算。

式中，

t

為降解半衰期，k為降解速率常數。

2 結果

2.1 分析方法中各參數的確定

2.1.1 方法的線性范圍、最低檢出限及標準曲線繪制

2甲4氯異辛酯在0.05~0.2 mg/L的濃度范圍內，溶劑標準曲線方程為

y

=17 569

x

+52.862，相關系數

r

=0.999 5；麥粒基質標準曲線方程為

y

=20 169

x

+76.17，

r

=0.999 9；植株基質標準曲線方程為

y

=29 585

x

+415.81，

r

=0.998 3；土壤基質標準曲線方程為

y

=23 598

x

-31.313，

r

=0.998 8。在上述條件下，麥粒、土壤、植株中2甲4氯異辛酯的最低檢出限為2.5×10、5×10、1.0×10g。根據添加回收率實驗，以本實驗的最低添加水平為定量限(limit of quantity，LOQ)，在上述條件下2甲4氯異辛酯在麥粒、植株、土壤中的最低檢出濃度均為0.05 mg/kg。氯氟吡氧乙酸在0.02~0.2 mg/L的濃度范圍內，溶劑標準曲線方程為

y

=1.29×10

x

-2.48×10，相關系數

r

=0.999 2；麥粒基質標準曲線方程為

y

=5×10

x

-14 749，

r

=0.999 5；植株基質標準曲線方程為

y

=7×10

x

+57 734，

r

=0.999 7；土壤基質標準曲線方程為

y

=2×10

x

+12 645，

r

=0.999 5。在上述條件下，麥粒、土壤、植株中氯氟吡氧乙酸的最低檢出限分別為1.25×10、2.5×10、5×10g。根據添加回收率實驗，以本試驗的最低添加水平為LOQ，在上述條件下氯氟吡氧乙酸在麥粒、植株、土壤中的最低檢出濃度均為0.05 mg/kg。

2.1.2 添加回收率與相對標準偏差

麥粒、植株、土壤中2甲4氯異辛酯和氯氟吡氧乙酸異辛酯加標回收率結果見表2，在0.05~0.2 mg/kg添加范圍內2甲4氯異辛酯在小麥、植株、土壤中的添加回收率分別為76%~97%、77%~119%、71%~93%，相對標準偏差RSD分別為2.0%~9.9%、2.4%~7.9%、2.9%~6.1%；氯氟吡氧乙酸在小麥、植株、土壤中的添加回收率分別為76%~100%、83%~100%、87%~97%，RSD分別為1.5%~3.8%、1.6%~4.0%、1.1%~2.8%，綜上，本實驗儀器精密度良好，方法的準確度良好，符合農藥殘留檢測標準方法學驗證要求，典型加標樣品色譜圖見圖1和圖2。

圖2 空白標準樣品及添加氯氟吡氧乙酸樣品色譜圖

表2 麥粒、植株、土壤中2甲4氯異辛酯和氯氟吡氧乙酸異辛酯加標回收率及相對標準偏差(n=5)

2.2 消解動態與最終殘留試驗結果

2.2.1 消解動態試驗結果

消解動態試驗結果見表3~表5。在2016年北京的小麥植株消解動態中，氯氟吡氧乙酸在植株中的消解符合準一級動力學方程，氯氟吡氧乙酸異辛酯在植株中的消解動力方程

C

=0.126 9×e，

R

=0.532 2，半衰期

t

=5.92 d；在2016年寧夏和2017年北京的小麥土壤消解動態中，氯氟吡氧乙酸在土壤中的消解符合準一級動力學方程，氯氟吡氧乙酸異辛酯在土壤中的消解動力方程分別為

C

=0.719 3×e，

R

=0.783 4，半衰期

t

=1.65 d；

C

=0.275 4×e，

R

=0.076 7，半衰期

t

=9.63 d。土壤中2甲4氯異辛酯的殘留量均<0.05 mg/kg，因此均無法得出消解動態的動力學曲線方程。

表3 植株中2甲4氯異辛酯的消解動態試驗結果

表5 土壤中氯氟吡氧乙酸異辛酯的消解動態試驗結果

2.2.2 最終殘留試驗結果

北京、河南和寧夏(2016和2017年)所有麥粒、植株和土壤樣品中2甲4氯異辛酯的殘留量均<0.05 mg/kg。

在北京、河南和寧夏(2016和2017年)所有麥粒和土壤樣品中，氯氟吡氧乙酸殘留量均<0.05 mg/kg；在2016年北京低劑量、高劑量的植株樣品中，氯氟吡氧乙酸殘留量分別為0.05和0.10 mg/kg，2017年寧夏低劑量、高劑量的植株樣品中，氯氟吡氧乙酸殘留量分別為0.09和0.11 mg/kg，其他植株樣品中氯氟吡氧乙酸的殘留量均<0.05 mg/kg。

表4 植株中氯氟吡氧乙酸異辛酯的消解動態試驗結果

3 討論

小麥是我國主要的糧食作物之一，在其生長過程中雜草嚴重影響小麥品質。氯氟吡氧乙酸是一種莖葉處理劑，對麥田闊葉雜草的防除效果顯著，但雜草極易對其產生抗藥性，2甲4氯異辛酯對小麥的安全性較差，但雜草較難對其產生抗性。因此宋敏等采用48% 2甲4氯異辛酯·氯氟吡氧乙酸異辛酯·雙氟磺草胺懸浮劑連續進行了2年田間藥效試驗，證明其可有效防除冬小麥田間闊葉雜草，復配農藥作用效果明顯優于單獨使用2甲4氯異辛酯和氯氟吡氧乙酸異辛酯的效果，其建議該藥劑用量在360.00~450.00 ga.i./hm范圍內對小麥的安全性好，與本研究的最高推薦劑量(432 ga.i./hm)顯示一致，也證明了本研究的數據可靠性。韋茂春等也認為2甲4氯鈉和氯氟吡氧乙酸異辛酯與其他農藥混用可提高除草效果，延緩和控制雜草抗性的產生。

何健等的研究表明2甲4氯異辛酯在水中降解較快，屬于對環境比較安全的農藥。而從本文消解動態試驗結果可知，2甲4氯異辛酯在小麥植株上10 d后的殘留量均小于0.05 mg/kg，遠小于我國規定的2甲4氯異辛酯在小麥植株上的最大殘留限量。氯氟吡氧乙酸異辛酯在2016年北京的小麥植株消解動態和2016年寧夏和2017年北京的小麥土壤消解動態中的消解符合一級或準一級動力學方程，這也與石麗麗等的研究結果一致，說明合理使用情況下，不會造成小麥、土壤中2甲4氯異辛酯和氯氟吡氧乙酸異辛酯的殘留污染。

本試驗前處理方法簡單迅速，且2甲4氯異辛酯在0.05~0.2 mg/L的濃度范圍內，氯氟吡氧乙酸在0.02~0.2 mg/L的添加濃度范圍內，在上述基質中的回收率、RSD、LOQ及方法的準確性和精密度均符合殘留分析的要求。氯氟吡氧乙酸異辛酯在2016年北京的小麥植株上的消解半衰期t為5.92 d，在2016年北京、2017年寧夏的土壤實驗中t分別為1.56、9.63 d，其他時間和地點在小麥植株和土壤的實驗均無法得出消解動態的動力學曲線方程。除此之外，最終殘留試驗結果也表明，距末次施藥間隔14、21 d采收時，收獲小麥中2甲4氯異辛酯和氯氟吡氧乙酸異辛酯的殘留量均<0.05 mg/kg，遠小于我國規定的MRL值，表示在該實驗條件下，2甲4氯異辛酯和氯氟吡氧乙酸異辛酯的使用是安全的，說明以最高施藥劑量60 mL/畝(432 ga.i./hm)使用不會造成小麥、土壤中2甲4氯異辛酯和氯氟吡氧乙酸異辛酯殘留污染。因此根據我國對2甲4氯異辛酯和氯氟吡氧乙酸異辛酯在冬小麥上最大殘留限量的規定，建議48% 2甲4氯異辛酯·氯氟吡氧乙酸異辛酯·雙氟磺草胺懸浮劑，防治一年生闊葉雜草，最高施藥劑量60 mL/畝(432 ga.i./hm)，于冬小麥分蘗期至拔節前，雜草2~4葉期最多施藥1次，成熟期采樣。