高尔夫球场湖水中毒死蜱和溴氰菊酯的残留分析*

唐少霞, 陈 艳, 贾桂云, 吴 丹

(1. 海南师范大学地理与环境科学学院， 海南 海口 571158； 2. 海南师范大学化学与化工学院, 海南 海口 571158)

海南岛地处热带季风气候区，年降雨量在1 000～2 500 mm，大部分地区年平均温度在23℃～25℃之间，海南冬季平均气温在15℃以上，非常适合开展户外活动。高尔夫运动在海南发展势头迅猛，自1992年海口台达高尔夫俱乐部正式对外营业之后，截止2017年海南省营业的高尔夫球场多达45个[1]。高尔夫球场草坪和树木通常占整个球场面积的70%左右，剩余面积由沙坑和水塘构成，而水面占整个球场近30%[2]。为了得到高质量的草坪和良好的击球草坪面，高尔夫球场在种植和养护草坪过程中不可避免地会施用大量的化肥及农药，球场草坪化肥的施用量是农业的3～6倍[3-4]。暴雨季节，球场人工湖水满时，只能往外排放，因此球场施用的化肥及农药是否会随雨水径流对周围环境产生影响，一直是人们关注的问题。目前对球场草坪养护所产生的影响研究，主要集中在化肥及农药的施用量、灌溉水量[5]，并通过模拟实验分析化肥农药残留物流失量[6-8]，分析温带地区及亚热带地区化肥农药的流失量及对周围水体的影响[9-13]。目前，只有少量研究关注热带地区球场草坪养护对地表水的影响[14]，而建在多雨地区砂壤土上的球场，由于下渗作用较强，草坪养护时所施用的化肥和农药对环境及对生物多样性所产生的危害更大[15]。水环境污染等问题已经严重影响到水环境的安全[16-17]，目前对农药残留的研究更多的是集中在湖泊水体及水体中的动植物[18-20]。溴氰菊酯和毒死蜱属于广谱杀虫剂，毒死蜱还是杀螨剂，这两种药剂在草坪养护过程中被广泛使用，施用的浓度一般为0.3 mL·m-2，2017年观澜湖球场施用的溴氰菊酯和毒死蜱累计量分别为1 155.4 L和789.04 L。由于按国标GB/T5749-2006无法同时检测水体中的毒死蜱和溴氰菊酯。本研究以海南省海口市北部观澜湖南区五号球场和北区二号球场球作为研究区，用优化后的固相萃取-气相色谱法探明球场内湖水体中毒死蜱和溴氰菊酯的降解规律，旨在分析球场草坪施用农药对水体生态风险的影响。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

观澜湖球场位于海口市龙华区永兴镇玄武岩台地地区，球场于2009年开业，占地2125亩(141.57 hm2)，拥有10个18洞锦标级球场，南区有3个球场，北区7个球场，其中南区五号球场球道面积为15 000 m2，北区二号球场球道面积22 160.9 m2，采样地点：五号球场二号洞内湖G1和二号球场二号洞内湖G2。该球场的本土主要是由火山角砾岩母质发育的火山灰土，土层薄，球场果岭种植的是海滨雀稗中的白金草(SeaIslePlatinum)；而球道种植的是海滨雀稗2000型。观澜湖球场草坪，年单位面积施肥量约为239 g·m-2，并根据草坪情况不定期施用溴氰菊酯和毒死蜱等农药，球场内湖用玄武岩辅设，湖内种植再力花(ThaliadealbataFraser)，暴雨湖水满时会往外排放。采集球场施用农药前及施用农药后8 d和10 d的湖水，均末检测出农药残留，湖水中TP、NH3-N、CODcr、BOD5含量存在季节性差异[21]。

1.2 样品的采集

本研究分两次进行采样，第一次采样时间选择在球场施用农药前1 d、施药后第1 d、第4 d及第8 d，2017年3月7日，球场分别在南区五号球场和北区二号球场球道施用重庆树荣作物科学有限公司生产的毒死蜱和溴氰菊酯，毒死蜱的施用量为0.2 mL·m-2，溴氰菊酯的施用量0.4 mL·m-2，施用地点是球道草坪，施用面积为15 000 m2，水样采集时间：3月6日、8日、11日、15日，采样期间日最低温度为23℃，最高温度28℃，3月7日至8日降雨量0.5 mm，3月8日至9日降雨量为12 mm；第二次采样时间选择在球场施用毒死蜱和溴氰菊酯后的第8 d，2017年11月17日球场在南区五号球场和北区二号球场球道施用毒死蜱(施用量为0.3 mL·m-2)和溴氰菊酯(施用量为0.3 mL·m-2)，水样采集时间：11月25日，施用农药至采样期间，最低气温16℃，最高气温19℃，期间3 d的降雨量共18 mm。每次采样的取水深度均为水下0.5 M，每个湖每次均在湖边入水口、入水口对岸、湖中心三个地点分别取水，每次取水量为500 mL，将湖中三个取水点的水混合均匀后，取1 000 mL混合水装入用重铬酸钾浸泡液清洗过的棕色玻璃瓶，并置于5℃的保温箱中带回实验室，当天进行固相萃取，随后将萃取液上色谱。

1.3 试剂材料

仪器：AUTO SPE 06C Reeko固相萃取仪；cleanert S C18-spe萃取小柱，规格:500 mg/6 mL；Agilent 7890B气相色谱仪。仪器的最小检出限为最低检测限：0.008 pg·sec-1，色谱柱：Hp-530 m×320 μm×0.25 μm，高纯氮.

试剂：毒死蜱和溴氰菊酯标准品(浓度0.1 mg·mL-1)为农业部环境保护科研监测生产；正己烷、丙酮、甲醇均为国产色谱纯；无水硫酸钠(200℃烘12 h后放入干燥器备用)，为国产分析纯。

1.4 研究方法

1.4.1水体中农药残留的提取及浓缩 将采集回的1 000 mL水样，调节pH至6～7之间，准确加入10 mL甲醇超声10 min，用AUTO SPE 06CReeko固相萃取仪，按表1的操作方法进行固相萃取，洗脱液浓缩至1 mL，供GC-ECD检测使用。

表1 全自动固相萃取仪运行程序Table 1 Automatic solid phase extraction instrument operating procedures

1.4.2色谱条件 检测器为ECD；进样模式为不分流进样；载气为高纯氮气；载气流量为3 mL·min-1；压力为12.758 psi；进样口温度为250℃；隔垫吹扫流量为3 mL·min-1；进样口条件：进样量为1 μL；检测器温度为300℃；尾吹流量为60 mL·min-1；柱温箱为初始温度60℃，保持1 min。为了将目标物出峰时间与杂质峰错开，采用三个梯度升温：以每分钟10℃升至180℃，保持5 min；再以每分钟5℃升至200℃，保持2 min；再以每分钟8℃升至290℃，保持2 min。总共运行时间为37.25 min。

2 结果与分析

2.1 标准曲线及检出限

将浓度为0.1 mg·mL-1毒死蜱和溴氰菊酯标准品分别转入两个10 mL容量瓶中，用丙酮定容，即得10 mg·L-1储备液。取储备液分别配制0.025 mg·L-1、0.050 mg·L-1、0.1 mg·L-1、0.2 mg·L-1、0.4 mg·L-1、0.6 mg·L-16个梯度，按照1.4.2项下的色谱条件绘制标准曲线。

以空白样萃取后加浓度为0.1 mg·L-1标品的目标峰附近基线3倍信噪比[22]计算毒死蜱和溴氰菊酯在水中最小检测浓度为≤3.565×10-4mg·L-1和≤4.025×10-4mg·L-1。毒死蜱和溴氰菊酯保留时间、线性回归方程及检出限见图1及表2。

2.2 色谱分离及方法回收率

经反复试验，结果显示：按1.4.2中的色谱条件，色谱峰尖锐且对称，不拖尾，色谱分离较好，0.05 mg·L-1，0.1 mg·L-1，0.2 mg·L-1色谱分离的重现性好，见图1。该方法色谱灵敏度高，能够满足定性和定量的要求。配制0.01 mg·L-1、0.05 mg·L-1、0.1 mg·L-13个浓度的水样做加标样回收实验(n=5)，回收率和标准偏差见表3。

表2 毒死蜱和溴氰菊酯的线性方程与检出限Table 2 Linear regression equations，correlation coefficients and detection limits of the method

图1 三个浓度(a)及0.1mg.L-1浓度(b)的毒死蜱和溴氰菊酯标准品的气相色谱图Fig.1 Gas chromatograph of three concentrations (a) and 0.1 mg·L-1concentration(b) of chloryrifos and deltamethrin

表3数据显示，本方法毒死蜱在水中3个浓度的加标回收率在94.32%～106.29%，相对标准偏差在6.13%以内，溴氰菊酯在水中3个浓度的加标回收率在74.37%～113.93%，相对标准偏差在6.57%以内，符合农药残留分析的要求。

表3 水样中毒死蜱和溴氰菊酯加标回收率(n=5)Table 3 Chloryrifos and Deltamethrin recovery rate in the water samples

2.3 水样中农药残留的测定结果

用单因子污染指数作为水体中溴氰菊酯和毒死蜱有机污染物富集评价方法，其计算公式为Pi=Ci·Si-1。其中，Pi为水体单项污染指数，Ci为水样中i的实测值，Si为国家标准i类有机污染物的最大限值。当Pi≤1时，表明i类污染物未超标；反之则超出国家标准限值(GB5749-2006，生活饮用水卫生标准中毒死蜱最大限值是0.03 mg·L-1，溴氰菊酯最大限值是0.02 mg·L-1)。

对第一次和第二次采集的球场内湖水样分别进行检测，检测结果及单因子污染指数见表4。

表4 球场内湖各次水样农药残留检测值Table 4 The detection value of the pesticide residue of lake water samples unit/mg·L-1

注：*表示数据低于方法最低检出限

Note：* indicates that the data is lower than the method minimum detection limit

第一次采样的检测结果显示：施用农药前1 d，观澜湖五号球场二号洞内湖G1和二号球场二号洞内湖G2水样中的毒死蜱和溴氰菊酯均未检出，施用农药后的第1 d，两个球场内湖水体中毒死蜱和溴氰菊酯的单因子污染指数均出现超标，第4 d两个球场内湖水体中毒死蜱和溴氰菊酯的单因子污染指数明显增大，但第8 d两个球场内湖中毒死蜱和溴氰菊酯的检测值呈现下降趋势，且单因子污染指数均小于1。第二次采样的检测结果进一步证明了球场施用农药后第8 d，除G1和G2的毒死蜱能检测出来，两个采样点的溴氰菊酯均未检出，毒死蜱虽然检测出来，但单因子污染指数也小于1。

3 讨论

3.1 国内外水体中农药残留标准限值的差异

目前，我国尚未制定高尔夫球场使用农药及其排放水农药残留物标准，但《中华人民共和国地表水环境质量标准》中规定集中式生活饮用水地表水源中规定溴氰菊酯的标准限值是0.02 mg·L-1(20 μg·L-1)[23]，《中华人民共和国生活饮用水卫生标准》中规定毒死蜱的标准限值是0.03 mg·L-1(30·μg·L-1)，溴氰菊酯的标准限值是0.02 mg·L-1(20 μg·L-1)[24]。国外对水体中农药残留标准是以对人类健康完全无不利影响最低限量来进行制定，1990年5月美国环境管理机构(EA)所订立的“高尔夫球场防止农药残留污染水域的标准”中毒死蝉农药高尔夫球场排放水管理标准为40 μg·L-1，同时根据高尔夫球场中排水对公共水域的稀释率，美国的健康与福利部(MHW)制定的高尔夫球场饮用水中毒死蝉农药残留含量的标准为4 μg·L-1 [25]，欧盟设定的短期暴露和长期暴露毒死蝉的水质基准值分别为0.001 μg·L-1和0.00046 μg·L-1 [26]，澳大利亚/新西兰[27]、加拿大[28]也分别设定了毒死蝉的水质基准限值，以防止其对水生态环境造成危害。与国内水质标准的最高限值相比，第8 d内湖水体中毒死蜱和溴氰菊酯的单因子污染指数虽然小于1，但如果与国外饮用水质的最低标准限值相比，球场第8 d内湖水体中毒死蜱和溴氰菊酯的单因子污染指数仍然出现大于1的现象。

3.2 球场内湖水体毒死蜱和溴氰菊酯的降解及风险

2017年3月7日观澜湖球场按溴氰菊酯0.4 mL·m-2，毒死蜱0.2 mL·m-2的浓度喷洒草坪，尽管施用农药后第1 d和第4 d水样中的毒死蜱及溴氰菊检测值超出国家标准限值，但第8 d水样中的毒死蜱和溴氰菊酯检测值已开始下降，且单因子污染指数Pi已全部小于1，与第4 d的水样相比，第8 d毒死蜱的平均降解率达86.99%，溴氰菊酯的平均降解率为77.61%。鞠荣(2011)模拟实验证明施用毒死蜱后第8 d的降解率为93.8%[29]。2017年11月17日，尽管球场对毒死蜱的施用浓度增加了50%(施用浓度0.3 mL·m-2)，但施用农药后第8 d，两个采样点水样中毒死蜱的单因子污染指数Pi仍然小于1，由于球场对溴氰菊酯的施用浓度减少了25%(施用浓度0.3 mL·m-2)，施用农药后第8 d，两个采样点水样中的溴氰菊酯均未检出。李界秋等人研究认为，毒死蜱在环境中属于易降解的农药，在pH为7.0的水中光降解的半衰期为10.7 d[30]。李旭伟等(2016)认为温度是影响毒死蜱降解的关键因素，且随温度升高，降解速率加快[31]。而溴氰菊酯半衰期一般少于6 d，陈梅兰等(2000)认为强光有助于溴氰菊酯的降解[32]。本项目曾于2015年4月1日及9月23日将球场喷洒毒死蜱和溴氰菊酯后第10 d的水体送到专业检测机构检测，结果均显示未检出[33]，金克林等人对深圳聚豪会高尔夫球会球场的水体检测结果也显示：球场周边地表水中毒死蜱农药均未超过高尔夫球场排放水管理标准与饮用水中残留标准[34]。由此可见，热带地区及亚热带地区高温及强光有助于球场内湖水体中农药残留的降解。

但是，在毒死蜱和溴氰菊酯完全降解之前，球场内湖水体中毒死蜱和溴氰菊酯的残留对周围流域及地下水源仍然有潜在影响风险。为了使球场内湖水不影响地下水源，外排时不影响球场所在流域环境的水体，球场在草坪养护的过程中应做好下列工作：(1)在草坪养护的过程中要根据天气预报来安排作业，严格控制在暴雨来临之前喷洒农药，以避免球场内湖水因暴雨外排污染球场所在流域的水体；(2)球场内湖必须辅设防渗漏膜，保证球场内湖水体不产生下渗影响球场所在地的地下水源；(3)进行科学管理及定期监测，以减少病虫害的爆发和农药的大规模使用。国外已有的调查研究结果也表明由于高尔夫球场管理不善会引起水体生态乃至大气、土壤生态系统发生变化[35]。

4 结论

AUTO SPE 06C Reeko固相萃取仪对水体农残的萃取操作简便，优化后的固相萃取-气相色谱法，能较好地将水样中毒死蜱和溴氰菊酯色谱峰的保留时间错开且峰值尖锐，为同时检测水体中毒死蜱和溴氰菊酯提供了可靠的方法；与国内水质标准规定的毒死蜱和溴氰菊酯最高限值相比，球场施用农药后第1 d和第4 d毒死蜱和溴氰菊酯的检测值虽出现超标，但第8 d水样中毒死蜱和溴氰菊酯的单因子污染指数Pi已小于1或未检出，与第4 d的水样相比，第8 d毒死蜱的平均降解率达86.99%，溴氰菊酯的平均降解率为77.61%；减小农药施用剂量，能降低湖水中农药的残留风险；为了使球场内湖水不影响地下水源，外排时不影响球场所在流域环境的水体，球场内湖必须辅设防渗漏膜，并严格控制在暴雨来临之前喷洒农药。