溴虫腈在稻田环境中的消解动态研究

刘 斐，郭正元，刘慧琳，石 卿

（湖南农业大学农业环境保护研究所，湖南 长沙 410128）

溴虫腈（chlorfenapyr），学名为 4-溴-2-（4-氯苯基）-1-乙氧甲基-5-三氟甲基吡咯-3-腈，又名除尽、虫螨腈，是通过对芳基吡咯类抗生素的化学结构改造而开发成功的一种芳基取代的吡咯化合物杀虫剂。目前，已有研究表明溴虫腈对水生生物和鸟类有一定程度的影响[1]。美国国家环保署规定溴虫腈在各种蔬菜、水果上的最大允许残留量（Maximum Residue Limit，MRL）为 1 mg/kg[2]。日本的“肯定列表制度”规定在菜用大豆、青花菜、小松菜、四季豆、大葱、胡萝卜等蔬菜产品上的MRL分别为 0.05、3.0、3.0、0.05、3.0、0.1 mg/kg[3]。溴虫腈在我国应用研究比较多[4]：孙国强等[5]发现溴虫腈在土壤中降解时间可长达半年；曹永松等[6]比较了溴虫腈TiO2和掺铁TiO2制备的悬浮剂的光稳定性；陈文团等[7]研究了土壤中溴虫腈的残留降解动态。上述研究结果表明，在最佳萃取条件下，溴虫腈添加量为 10、100、200 μg时，回收率分别是 105.00%、80.33%、102.33%。

关于溴虫腈在作物及其环境土壤中的残留动态已有一些研究，但在水稻中的的残留动态和最终残留的研究尚未见报道。在水稻田中施用15%溴虫腈水乳剂后，对溴虫腈在土壤、田水和植株中的降解动态进行研究，旨在为农药的合理使用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试药剂及试验地点

供试药剂为15%溴虫腈水乳剂（青岛奥迪斯生物科技有限公司）；试验于2011年分别在湖南农业大学试验基地和浙江杭州浙江农科院试验基地进行。

1.2 仪器与试剂

Agilent-6890N型气相色谱仪（带电子捕获检测器，美国Agilent公司），ZHWY-2102双层大容量全温度恒温培养振荡器（上海智城分析仪器制造有限公司），TP-220A电子天平，SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵（浙江黄岩求精真空泵厂），RE-2000A旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂），梨形抽滤瓶，玻璃层析柱（20×1.5 cm），具塞三角瓶，分液漏斗，布式漏斗等常用玻璃仪器。

溴虫腈标准品 100 μg/mL（SB05-172-2008），无水硫酸钠，中性氧化铝（用前130℃烘4 h），活性炭，石油醚（60~90℃），二氯甲烷，乙酸乙酯，丙酮，乙腈，正己烷（试剂均为分析纯）。

1.3 田间试验设计

选择未施用过溴虫腈的水稻田2 668 m2，筑埂做成面积为30 m2的试验小区，每小区设3个平行，小区间设有保护行，同时设置空白对照区。

水稻植株施药：于水稻分蘖期，用溴虫腈15%水乳剂1 012 g/hm2（有效成分151.8 g/hm2，下同）对水稀释，对水量为750 L/hm2，喷雾施药1次（施药后保持小区水深约 3 cm），于施药后 2 h，1、3、5、7、10、14、21、28、35、42 d，分别在小区内随机选择 12点取水稻植株（地上部分全株）1 kg左右，于实验室低温（-20℃）冰柜中储存备用。

田水和土壤施药：和水稻植株消解动态试验同时进行，选择面积为30 m2未插秧的水稻田小区，用溴虫腈15%水乳剂1 012 g/hm2对水稀释，对水量为750 L/hm2，喷雾施药1次（施药后保持小区水深约 3 cm），于施药后 2 h，1、3、5、7、10、14、21、28、35、42 d，分别在小区内随机12点取稻田水样2 L左右，12点取土壤（用土壤取样器取0～10 cm深稻田土样）样品2 kg左右，于实验室低温（-20℃）冰柜中储存备用。

1.4 分析方法

1.4.1 样品提取与净化 （1）稻田土壤：准确称取土壤样品20 g于250 mL具塞三角瓶内，加入50 mL丙酮，于水浴恒温振荡器上振荡约40 min，用布式漏斗减压抽滤，每次用10 mL丙酮清洗布氏漏斗，洗涤2次，合并滤液。将提取液转移到装有50 mL 2%硫酸钠水溶液的250 mL分液漏斗中，分次加入50、40、30 mL二氯甲烷振摇3次，静置分层，收集合并二氯甲烷相，在45℃水浴旋转蒸发仪上浓缩至近干，用正己烷定容至5 mL，待GC-ECD检测。（2）稻田水：用量筒准确量取水样100 mL，置于250 mL分液漏斗中，加入10 g氯化钠，摇匀，再分别用50 mL、30 mL、20 mL二氯甲烷萃取3次，合并二氯甲烷萃取液，经无水硫酸钠脱水后，用旋转蒸发器在40℃下减压浓缩至近干，用正己烷定容至5 mL，待GC-ECD检测。（3）水稻植株：准确称取切碎的水稻植株10 g，置于250 mL具塞三角瓶中，加入50 mL乙腈振荡40 min，用布氏漏斗减压抽滤，再用10~20 mL乙腈洗涤残渣，合并滤液，转移到装有50 mL 2%硫酸钠水溶液的250 mL分液漏斗中，分次加入50、40、30 mL二氯甲烷振摇1 min，萃取三次，静置分层后收集二氯甲烷相，在45℃水浴旋转蒸发仪上浓缩至1~2 mL，待柱层析净化。在玻璃层析柱（20×1.5 cm）中从下至上依次装入1.5 cm厚的无水硫酸钠、2 g中性氧化铝、0.2 g活性炭、1.5 cm厚的无水硫酸钠，轻轻敲实，用10 mL的石油醚∶乙酸乙酯 =1∶1（V/V）混合溶剂预淋，弃去预淋液，加入待净化样品，再用60 mL淋洗液淋洗，收集淋洗液，在45℃水浴旋转蒸发仪上浓缩至近干，用正己烷定容至5 mL，待GC-ECD检测。

1.4.2 GC-ECD检测条件 色谱柱：HP-5弹性石英毛细管柱（5%Phenyl Methyl Siloxane，30.0 m×360 μm×0.25 μm）；氮气 （99.999%）流速：2.0 mL/min；进样口温度：250℃；柱温：230℃；检测器温度：300℃；柱+尾吹总流量：55 mL/min；分流比：20；进样量：1 μL。在上述条件下溴虫腈的保留时间为3.0 min左右。

1.5 标准曲线绘制

用外标标准曲线法进行定量分析。准确称取溴虫腈标准品，采用系列稀释法，用正己烷配制成浓度（x，mg/L）分别为 0.005、0.01、0.05、0.1、0.5 mg/L的溴虫腈标准工作溶液，并在选定的气相色谱检测条件下检测，测定出溴虫腈标准工作溶液的浓度（x，mg/L）所对应色谱峰的峰面积（y）。

1.6 添加回收率测定

用未施用过溴虫腈的稻田土壤、水和植株样品，进行3个浓度的添加回收率试验，3个浓度分别为：稻田土壤 0.05、0.50、1.00 mg/kg；稻田水0.01、0.05、0.10 mg/kg；水稻植株 0.05、0.10、0.50 mg/kg。按1.4中所述方法进行提取、净化和色谱分析，测定样品添加回收率。

2 结果与分析

2.1 样品中溴虫腈含量的测定

经统计分析和处理得到溴虫腈标准工作溶液的回归方程式为：y=2867 3 x-16.33，相关系数（R2）为0.999 9，达到了试验所需要求。而且，溴虫腈标准工作溶液的浓度与其相对应的色谱峰面积在所选的浓度范围内呈良好的线性关系，完全可以用来进行样品中溴虫腈残留量的定量分析与测定。样品测定结果表明：样本的溴虫腈的最小检出量为2.0×10-12g，土壤、田水、植株中溴虫腈的最低检出浓度分别是0.000 5 mg/kg、0.000 1 mg/L、0.001 mg/kg。

2.2 测定方法的准确度与精密度

从表1中可以看出：溴虫腈在土壤中的平均添加回收率为90.0%~108.0%，变异系数为8.7%~10.6%；在田水中的平均添加回收率为96.2%~105.0%，变异系数为9.7%~10.9%；在植株中的平均添加回收率为87.9%~105.0%，变异系数为5.6%~10.0%。这表明该方法在准确度、精密度及灵敏度方面均符合农药残留分析要求。

2.3 溴虫腈在稻田环境中的消解动态

从表2中可以看出，溴虫腈在稻田环境中的消解动力学符合Ct=C0e-kt一级动力学方程，浓度与时间呈指数函数显著相关。试验结果表明，溴虫腈在稻田水中消解最快，水稻植株中其次，稻田土壤中消解最慢。这可能是因为田水中微生物对溴虫腈的消解作用较大，而植株叶片生长正处分蘖旺期，对附着其上的溴虫腈有生长稀释作用等原因所造成。

表1 溴虫腈在稻田土壤、稻田水和水稻植株中的添加回收率

表2 溴虫腈在稻田土壤、稻田水和水稻植株中的消解方程和半衰期

3 结论

建立了稻田土壤、田水和水稻植株样品中溴虫腈残留分析方法。样品以丙酮（或乙腈）提取，二氯甲烷萃取，中性氧化铝+活性炭纯化，气相色谱检测，方法简便，易于操作。溴虫腈在稻田土壤、稻田水和水稻植株中的平均添加回收率分别为90.0%~108.0%、96.2%~105.0%和87.9%~105.0%，变异系数分别为8.7%~10.6%、9.7%~10.9%、5.6%~10.0%。研究了溴虫腈在稻田土壤、稻田水和水稻植株中的消解动态，得出了溴虫腈在湖南、浙江两试验地的稻田土壤中消解动态方程分别为Ct=0.045 8 e-0.0819t、Ct=0.029 5 e-0.2030t，半衰期分别为 8.46 d、13.88 d；在田水中的消解方程分别为Ct=0.048 4 e-0.1907t、Ct=0.014 7 e-0.1026t，半衰期分别为 3.63 d、6.75 d；在水稻植株中的消解方程分别为Ct=0.672 7 e-0.1231t、Ct=0.461 7 e-0.1002t，半衰期分别为 5.63 d、6.92 d。

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