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多效唑在番茄和土壤中的残留与降解动态研究

2014-02-28包媛媛张新永邵金良刘宏程张乃明

生态环境学报 2014年5期
关键词:中多效唑半衰期

包媛媛,张新永,邵金良,刘宏程,张乃明

1. 云南农业大学食品科学技术学院,云南 昆明 650201;2. 云南农业大学农学与生物技术学院,云南 昆明 650201;3. 云南农业大学资源与环境学院,云南 昆明 650201;4. 云南省农业科学院质量标准与检测技术研究所,云南 昆明 650223

多效唑在番茄和土壤中的残留与降解动态研究

包媛媛1,张新永2,邵金良4,刘宏程4,张乃明3*

1. 云南农业大学食品科学技术学院,云南 昆明 650201;2. 云南农业大学农学与生物技术学院,云南 昆明 650201;3. 云南农业大学资源与环境学院,云南 昆明 650201;4. 云南省农业科学院质量标准与检测技术研究所,云南 昆明 650223

研究了多效唑(paclobutrazol)在番茄(Lycopersicon eseulentum)和土壤中的残留分析方法及残留动态。建立番茄和土壤样品中多效唑残留的固相萃取-高效液相色谱(SPE-HPLC)检测方法,样品用乙腈提取,再用φ(甲醇-二氯甲烷)=5∶95混合溶剂经LC-NH2固相萃取柱净化,以φ(乙腈-水)=55∶45作流动相,Shiseido C18色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm)于222 nm波长检测,外标法定量。在0.1~5.0 mg·L-1范围内,多效唑峰面积与其质量浓度之间呈良好线性关系,相关系数为0.9995。采用田间试验方法,在番茄幼苗期施用不同多效唑质量分数50、100、200、600 mg·kg-1,研究在不同处理时间1、6 h,1、2、3、7、14、21、30、45、60 d,多效唑在番茄以及土壤中的残留动态变化。添加质量分数水平为0.05、0.1、0.5 mg·kg-1时,多效唑在果实、植株和土壤中的添加回收率分别为92.45%~103.70%、94.52%~98.85%和94.30%~102.10%,变异系数分别为3.69%~5.00%、1.58%~4.53%和1.28%~3.35%。结果表明:多效唑在番茄植株和土壤中的降解规律均符合一级动力学方程C=Coe-kt。当施用质量分数为600 mg·kg-1时,其在番茄植株中的残留半衰期为1.66 d,在土壤中的半衰期为2.78 d;在植株中的降解速率大于在土壤中的降解速率。按照推荐使用的施用浓度,采收时多效唑在番茄和土壤中无残留,证明推荐施用浓度是合理的。

多效唑;番茄;土壤;残留;降解

多效唑,英文名称为paclobutrazol,又名PP333、氯丁唑,化学名称为(2RS, 3RS)-1-(4-氯苯基)-4, 4-二甲基-2-(1H-1, 2, 4-三唑-1-基)戊-3-醇,属于三唑类植物生长调节剂,是内源赤霉素合成的抑制剂(赵敏等,2007)。多效唑具有延缓植物生长,抑制茎杆伸长,缩短节间、促进植物分蘖、促进花芽分化,增加植物抗逆性能,提高产量等作用(潘瑞炽,2002)。多效唑属于低毒的植物生长调节剂,它能通过各种途径进入人体,在人体内可能会产生慢性毒害,世界各国对此尤为重视。多效唑在我国推广使用面积较大,它在作物体内的残留量已经引起人们的关注。有关多效唑的残留量,各国都有严格的规定,日本生姜、长葱、洋葱、胡萝卜、萝卜、蒿菜、黄瓜等蔬菜上的多效唑残留为“一律标准”(即0.01 mg·kg-1),美国、欧盟、韩国等对上述蔬菜中的多效唑残留也要求为“不得检出”(赵微等,2010;佘佳荣等,2008),我国GB 2763—2012规定了粮谷中多效唑的残留限量标准(MRL)为0.5 mg·kg-1(食品安全国家标准审评委员会,2012)。

国内外关于多效唑残留量的分析方法主要有气相色谱法(GC)(吕燕等,2010)、气相色谱-质谱法(GC-MS)(白桦等,2005;宋莹等,2011)、液相色谱法(LC)(王晓容等,2002;陆益民等,2011;Xue等;2011)、液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)(Valverde等,2010;王静静等,2011;徐永等,2012;张慧等,2010)等。GC和GC-MS具有灵敏度不高,操作繁琐等缺点;采用LC结合荧光检测器测定多效唑残留,有干扰,且分析对象少;采用LC-MS/MS进行检测,存在检测仪器普及率低,检测费用高等不足。对多效唑残留的研究主要集中在小麦、水稻、白菜、黄瓜、苹果、荔枝、芒果等粮食、果蔬上。本文建立了番茄和土壤中多效唑残留的固相萃取-高效液相色谱(SPE-HPLC)检测方法,并通过多效唑在番茄及其产地土壤中的动态降解试验,分析

多效唑不同施用浓度与在番茄和土壤中残留量之间的关系,采用番茄推荐质量分数100 mg·kg-1多效唑处理时(叶海蓉等,2005),平均为90 d后采收番茄中多效唑残留量是否低于最高残留限量0.5 mg·kg-1的要求,从而验证多效唑推荐施用浓度的合理性。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验样品:番茄品种为粉皇后Ⅱ号;供试多效唑是江西农业大学农药厂生产的15%可湿性粉剂。供试土壤性质:红壤,pH值7.40;碱解氮质量分数171.33 mg·kg-1;速效磷16.58 mg·kg-1;速效钾84.88 mg·kg-1;全氮2.81 g·kg-1;全磷2.87 g·kg-1;全钾5.64 g·kg-1;有机质34.53 g·kg-1。

1.2 仪器试剂

Waters Alliance 2695高效液相色谱仪,配置四元泵溶剂淋洗系统,自动进样系统,2487双波长紫外/可见检测器(美国Waters公司);HS20500D型超声波萃取仪(天津恒奥科研有限公司);固相萃取装置(美国SUPELCO公司)。SPE净化柱(LC-NH2固相萃取柱500 mg/3mL);Diax 900高速匀浆机(德国Heidolph公司);N-EVAP氮吹仪(美国Organization公司);Arium 611DI超纯水机((德国Sartorius公司)。

乙腈、二氯甲烷、甲醇、氯化钠、丙酮、乙酸乙酯为分析纯(国药集团化学试剂有限公司);乙腈(色谱纯,美国Fisher公司),甲醇(色谱纯,美国Fisher公司)、多效唑标准品(100.0 mg,99%,Dr. Ehrenstorfer GmbH)。

1.3 田间试验设计

试验时间为2012年,试验地点在云南农业大学土壤与水环境实验地。本试验设计依据《农药残留试验准则》和《农药登记残留田间试验标准操作规程》进行,采用一次施药多次采样的方法,多效唑在番茄和土壤中的消解动态试验设3个处理,每个处理3个重复,另设空白对照;每个小区面积为15 m2,在幼苗期将15%多效唑可湿性粉剂兑水均匀喷洒在番茄上,于施药后1、6 h、1、2、3、7、14、21、30、45、60 d后分别随机多点采集植株和土壤(0~15 cm)样品,剪碎或混匀后用四分法留样0.5 kg,分别测定样品中多效唑的残留量。

本试验研究目的是验证推荐施用浓度的合理性,故设1/2推荐施用浓度、推荐施用浓度、推荐施用浓度2倍和6倍4个浓度组,即施用质量分数为50、100、200、600 mg·kg-1,从而拟合多效唑在番茄和土壤中的消解动态模型。当施用推荐浓度的番茄平均约为90 d的生育期结束时,若多效唑残留量小于最高残留限量要求,则推荐浓度合理;若残留量超过最高残留限量要求,则推荐浓度的制定不合理,需重新制定较低的推荐浓度。采用高浓度试验目的是在生育期内,番茄和土壤中的多效唑残留量可测,保证拟合出的多效唑动态消解曲线的精确性。

1.4 分析方法

1.4.1 色谱条件

色谱柱:CAPCELL PAK C18 MGⅡ(4.6 mm×250 mm,5 μm;Shiseido公司),流动相:V(乙腈)∶V(水)=55∶45;流速:1.0 mL·min-1;检测波长:222 nm,进样量:20.0 μL;柱温:30 ℃。

在上述条件下,精密称取多效唑标准品10.0 mg,置于1 mL容量瓶中,用乙腈溶解并稀释至刻度,摇匀,得多效唑贮备液10 mg·L-1。用乙腈稀释浓度分别为0.25、0.5、1.0、2.0、5.0 mg·L-1系列质量浓度的标准溶液。以多效唑标准工作溶液的质量浓度(X,mg·L-1)对其所对应的色谱峰面积(Y)做标准曲线。多效唑在0.1~5.0 mg·L-1之问具有良好的线性关系,回归方程为Y=5442.1 x+903.41,相关系数(r)为0.9995,该方法的仪器检出限(S/N=3)为0.008 mg·kg-1。色谱图见图1。

1.4.2 样品提取方法

果实样品:称取匀浆打碎番茄样品15.0 g,于150 mL三角瓶中,加入30 mL乙腈,在匀浆机上高速匀浆1 min后,用滤纸过滤,滤液收集到装有5.0 g NaCl的100 mL具塞量筒中,收集滤液50.0 mL,盖上塞子剧烈震荡1 min,在室温下静置30 min,使乙腈相和水相分层。从100 mL具塞量筒中吸取上清液10.0 mL放入150 mL烧杯中,将烧杯放在80 ℃水浴锅上加热,杯中缓缓通入氮气,蒸发近干,加入2.0 mL甲醇-二氯甲烷(体积分数为5∶95),盖上铝箔备用,待净化。净化用NH2固相萃取柱,5 mL甲醇-二氯甲烷(体积分数为5∶95)预淋洗,弃去淋出液,将上述2 mL净化液转入柱中,用8 mL甲醇-二氯甲烷(体积分数为5∶95)淋洗SPE柱,收集淋出液,于40 ℃氮吹浓缩至近干,用2 mL乙腈定容,经0.22 μm有机相滤膜过滤,待测定。

植株、土壤样品:准确称取风干并过20目筛的土壤样品10.0 g或匀浆打碎番茄植株5.0 g,加少量水于100 mL磨口三角瓶中,加入50 mL乙腈,放置在超声波萃取仪上30 min,过滤滤液收集到装有3.0 g NaCl的100 mL具塞量筒中,收集滤液50.0 mL,盖上塞子剧烈震荡1 min,在室温下静置30 min,使乙腈相和水相分层。从100 mL具塞量筒中吸取上清液20.0 mL放入150 mL烧杯中。净化同果实处理。

2 结果与分析

2.1 色谱分析方法

本方法的准确度和精确度采用添加回收率和

变异系数表示。在制备的番茄、植株和土壤空白样品中添加多效唑标准溶液,每个浓度水平重复5次,按上述分析方法测定回收率,空白果实15.0 g,空白植株5.0 g,空白土壤10.0 g,计算平均加标回收率和相对标准偏差(RSD),结果见表1。

图1 多效唑标准溶液(1 mg·L-1)、空白样品及加标样品(0.1 mg·kg-1)的色谱图Fig.1 Chromatograms of Paclobutrazol standard solution (1 mg·L-1), blank and spiked samples (0.1 mg·kg-1)

从表1可知,番茄果实、植株和土壤样品中添加多效唑的质量浓度为0.05~0.5 mg·kg-1时,其添加回收率分别为92.45%~103.70%、94.52%~98.85%和94.30%~102.10%,变异系数分别为3.69%~5.00%、1.58%~4.53%和1.28%~3.35%,

说明该方法的准确度和精密度均较好,符合《农药残留试验准则》允许的范围(70%~110%)(李本昌,2001)。

表1 多效唑在番茄果实、植株和土壤中的加标回收率及相对标准偏差(n=5)Table 1 Recoveries and relative standard deviations (RSDs) of Paclobutrazol in tomato fruit, plant and soil(n=5)

2.2 多效唑在植株中的降解动态

施用多效唑质量分数50 mg·kg-1的处理试验结果表明:多效唑在植株上的原始附着量为2.42 mg·kg-1,Ct=1.1511 e-0.6231t,半衰期T1/2=1.11 d,降解99% T0.99= 7.37 d,相关系数r = 0.9813,7 d已降解99.17%;100 mg·kg-1处理试验结果表明:在植株上的原始附着量为9.28 mg·kg-1,Ct=3.8420 e-0.5512t,半衰期T1/2= 1.26 d,降解99% T0.99= 8.34 d,相关系数r =0.9961,7 d已降解98.82%;200 mg·kg-1处理试验结果表明:在植株上的原始附着量为15.13 mg·kg-1,Ct=2.2065 e-0.4437t,半衰期T1/2= 1.56 d,降解99% T0.99= 10.36 d,相关系数r = 0.9782,7 d已降解97.33%;600 mg·kg-1处理试验结果表明:在植株上的原始附着量为18.36 mg·kg-1,Ct=13.2130 e-0.4183t,半衰期T1/2= 1.66 d,降解99% T0.99=10.98 d,相关系数r =0.9968,7 d已降解96.43%。以上不同浓度在21、30、45、60 d时均未检出多效唑残留。多效唑在番茄植株中的动态降解曲线见图2。

由图2可知,在各处理组中番茄植株中多效唑残留量与施用浓度呈现出正相关的变化趋势,与采样时间呈现出负相关的变化趋势。不同的处理组,多效唑残留量的降低表现出一定的差异。从图2可以看出,当施用浓度为50 mg·kg-1时,施用0.25 d后,番茄植株中的多效唑残留量显著降低,在施用7 d时已经检测不到多效唑残留量。由方差分析可知,当施用浓度为600 mg·kg-1时,番茄植株中多效唑残留量与对照存在显著差异。由于多效唑残留量与采样时间呈现负相关关系,且推荐施用浓度100 mg·kg-1在3 d时检出浓度为0.4572 mg·kg-1,低于多效唑最高残留量0.5 mg·kg-1要求,在番茄平均90 d的生长周期后,多效唑残留量远远低于最高限值要求,推荐浓度合理。

多效唑在小白菜叶片和土壤中的半衰期为2~3 d(于声等,2007),在油菜植株和土壤中的半衰期为4~18 d(佘佳荣等,2008),在小麦植株和土壤中的半衰期为0.3~7 d(赵微等,2010),多效唑在这3类作物中的消解速率较快,在合理施用的前提下,多效唑的使用是安全的。倪竹如等(1992)采用3H标记的多效唑,研究在柑桔上的吸收与运转,柑桔叶片在多效唑处理后1 d内吸收率增长较快,其后缓慢,但吸收的多效唑输往植株的量甚少。应避免施药后1 d内雨水淋洗而影响药剂处理效果,需选择晴朗天气用药效果较好。

图2 不同施用浓度番茄植株降解动态曲线Fig.2 The degradation curve of Paclobutrazol spayed at different concentration in plant of tomato

2.3 多效唑在土壤中的残留动态

在施用多效唑浓度为50 mg·kg-1时,土壤内检测不到多效唑残留量;100 mg·kg-1处理试验结果表明:多效唑在土壤中的原始附着量为0.10 mg·kg-1,Ct=0.0804 e-0.4711t,半衰期T1/2= 1.47 d,降解99% T0.99=9.75 d,相关系数r= 0.9766,7 d已降解97.22%;

200 mg·kg-1处理试验结果表明:多效唑在的土壤中的原始附着量为0.21 mg·kg-1,Ct=0.1268 e-0.294t,半衰期T1/2=2.36 d,降解99% T0.99=15.63 d,相关系数r=0.9982,7 d已降解90.45%;600 mg·kg-1处理试验结果表明:多效唑在的土壤中的原始附着量为0.36 mg·kg-1,Ct=0.1806 e-0.2496t,半衰期T1/2=2.78 d,降解99% T0.99= 18.41 d,相关系数r = 0.9908,7 d已降解87.96%。以上试验在30、45、60 d时均未检出有多效唑残留。多效唑在土壤中的降解曲线见图3。

由图3可知,在各处理组中土壤中多效唑残留量与施用浓度呈正相关变化趋势,与采样时间则呈负相关变化趋势,不同的处理组,多效唑残留量的降低表现出一定的差异。当施用14 d后,各种施药浓度下多效唑残留量均显著降低。由方差分析可知,当施用浓度高于200 mg·kg-1时,土壤内多效唑残留量与对照存在显著差异。在施用浓度为50 mg·kg-1时,土壤内检测不到多效唑残留量;推荐施用浓度100 mg·kg-1在7 d时检测不到多效唑残留量,推荐浓度较合理。

2.4 多效唑在番茄、植株和土壤中的最终残留量

经15%多效唑可湿性粉剂处理后,至番茄收获时,试验的番茄、植株和土壤中最终残留量均低于最低检测浓度0.008 mg·kg-1。

目前,我国尚未制定番茄中多效唑的最大残留限量(MRL值),虽然CAC和欧盟委员会未规定多效唑的限量标准,但日本、新西兰和澳大利亚等农产品进出口国都规定了多效唑的MRL值,特别是水果类产品。我国也规定了稻谷、小麦、苹果和菜籽油4种产品中的限量标准,均为0.5 mg·kg-1(中华人民共和国农业部农药检定所,2001)。考虑到目前多效唑在我国的适用作物种类较多,笔者建议我国对多效唑在番茄中的MRL值可暂定为0.1 mg·kg-1。本研究结果表明,在番茄幼苗期,用15%多效唑可湿性粉剂推荐剂量100 mg·kg-1喷药,收获时的番茄是安全的。

图3 不同施用浓度土壤降解动态曲线Fig.3 The degradation curve of Paclobutrazol spayed at different concentration in soil of tomato

3 结论

本试验结果表明,番茄幼苗期用15%多效唑可湿性粉剂对水喷施1次,随着施用浓度的增加,在相同的采样时间下,番茄植株和土壤多效唑残留量逐渐增加,600 mg·kg-1处理与对照差异显著。施用100 mg·kg-1推荐浓度时,番茄平均90 d的生育期结束时,番茄植株和土壤中检测不到多效唑残留量,表明推荐浓度合理。多效唑在番茄植株中的半衰期,50 mg·kg-1为1.11 d,100 mg·kg-1为1.26 d,200 mg·kg-1为1.56 d,600 mg·kg-1为1.66 d;土壤中100 mg·kg-1为1.47 d,200 mg·kg-1为2.36 d,600 mg·kg-1为2.78 d;与植株相比,土壤中多效唑的残留时间较长。

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Dynamics of the residue and degradation of paclobutrazol in tomato and soil

BAO Yuanyuan1, ZHANG Xinyong2, SHAO Jinliang4, LIU Hongcheng4, ZHANG Naiming3*
1. College of Food Science and Technology, Kunming 650201, China;2. College of Agronomy and Biotechnology, Kunming 650201, China;3. College of Resources and Environmental Sciences, Yunnan Agricultural University Kunming 650201, China;4. Institute of Quality Standard and Testing Technology, Yunnan Academy of Agricultural Science, Kunming 650223, China

The method for determination of the residue and degradation dynamics of paclobutrazol in tomato and soil was described. A method was established for the analysis of paclobutrazol residues in tomato and soil by using SPE-high performance liquid chromatography. The residues in the samples were extracted by acetonitrile, cleaned up by developed Supelclean LC-NH2with the mixture of methanol-dichloromethane (5∶95,V/V) for the purification. Then, the sample were analyzed by the separation of C18 chromatographic column (4.6 mm×250 mm,5 μm) with an acetonitrile and water (55∶45,V/V) mixed solution as the mobile phase and the determination with an ultraviolet detector at 222 nm. The analytes were by matrix matched standard solution, and the calibration curves shower good linearity within the concentrations of 0.1 to 5.0 mg·L-1and the correlation coefficients were 0.9995. In field trial, The paclobutrazol of different concentrations 50, 100, 200, 600 mg·kg-1was used on the tomato in its seeding stage,the residual dynamics were research on tomato and soil, under the different exposure of 0.04, 0.25, 1, 3, 7, 14, 21, 30, 45, 60 d. At different addition level of 0.05, 0.1, 0.5 mg·kg-1, the recovery were 92.45%~103.70%、94.52%~98.85% and 94.30%~102.10%, respectively. The CV were 3.69%~5.00%、1.58%~4.53% and 1.28%~3.35%, respectively. The results indicated that degradation of paclobutrazol in plant and soil samples were accordance with the first-order kinetic equation C=Coe-kt. When 600 mg·kg-1of paclobutrazol was applied, the half life of tomato and soil was 1.66 d and 2.78 d. When applied according to the recommended dosage, There was no residues of paclobutrazol in the tomato can be checked in 30 d. The average growth period of tomato was 90 d. The terminal residues in tomato and siol were less than the detectable limits. So it testified that using this recommended dosage was reasonable

paclobutrazol; tomato; soil; residue; degradation

X132

A

1674-5906(2014)05-0864-06

云南省科技强省计划项目(2011EB104);云南省社会发展科技计划(2012GI005)

包媛媛(1981年生),女,讲师,博士,主要从事农用化学物质与环境的研究。E-mail:380984741@qq.com

*通信作者:张乃明,教授,博士,博士生导师。

2014-01-17

包媛媛,张新永,邵金良,刘宏程,张乃明. 多效唑在番茄和土壤中的残留与降解动态研究[J]. 生态环境学报, 2014, 23(5): 864-869.

BAO Yuanyuan, ZHANG Xinyong, SHAO Jinliang, LIU Hongcheng, ZHANG Naiming. Dynamics of the residue and degradation of paclobutrazol in tomato and soil [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(5): 864-869.

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