新疆棉田吡虫啉残留动态及其防治棉蚜田间用药量确定

时英爽，高有华，蔡超，高晨阳，韩冯阳，景伟文*

（1.新疆农业大学化学工程学院，乌鲁木齐830052；2.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐830052）

对药剂施用后残留水平的测定是农药合理、安全使用的重要依据之一[1]。 作为干旱区生态的典型区域和全国最大的产棉区，新疆绿洲具有独特的自然和环境条件，属于中温带和暖温带大陆性气候，干旱少雨，日照充足，热量条件好，由此形成了较大面积的宜（次宜）植棉区和特殊的种植栽培制度、习惯，如膜下滴灌和一年一熟的栽培与耕作方式等[2]。这些因素既与虫害的发生有关，也会影响棉田害虫防治的具体方法和策略。因此，开展地区特殊气候、环境和种植体系下棉花作物受药后药剂的沉积、残留和消解规律以及防效的调查研究工作可为药剂区域性最佳（低）有效使用剂量的确定提供参考数据，长远来看，更是实现农药减施增效，保障棉花产业可持续发展的必不可少的基础工作之一。

吡虫啉（Imidacloprid）的化学名称为 1-（6- 氯吡啶-3- 吡啶基甲基）-N- 硝基亚咪唑烷-2- 基胺，是具有代表性和应用普遍性的新烟碱类杀虫剂农药[3-4]。 吡虫啉对稻飞虱、蚜虫等刺吸式口器害虫及稻纵卷叶螟具有特效，广泛用于防治水稻、马铃薯、棉花、玉米等农作物的病虫害[5-7]。

为进一步了解该农药在棉田中施用后的残留消解动态，并以此为依据，明确该药剂在本地区环境和种植条件下防治棉蚜的最佳使用剂量，进行了70%（质量分数，下同）吡虫啉水分散粒剂的沉积残留试验和防治棉蚜的田间药效试验。

1 材料与方法

1.1 田间试验设计与方法

试验时间：2018年 6—10 月。 试验地点：新疆农业大学三坪实践教学基地试验田（新疆乌鲁木齐市）。供试药剂：70%吡虫啉水分散粒剂（WG），宁波三江益农化学有限公司生产。

试验田地区的年平均温度为7.2 ℃，极端高温时期通常发生在7 月和8 月（夏季）。年日照时间为2 829 h，年降水量为228.8 mm，年蒸发量为2 647 mm。 试验点土壤类型为黄土质棕钙土，其pH 值为8.02～8.51。有机碳、总硫、速效硫、总磷、速效磷、速效 钾 含 量 分 别 为 88.09、4.52、1.68、3.22、0.01 和0.08 g·kg－1。 棉花（新陆早 49 号）是根据该地区的常规方法种植的，为“一年一熟”。在4 月底，在塑料薄膜下进行直接播种，其中每幅薄膜播种4 行。 膜的宽度为120 cm，穴距为10 cm。 进行了膜下滴灌和及时浇水管理。 没有添加任何施肥。 在整个试验过程中，使用杀虫剂后，温度在18～30 ℃变化，雨量为2.2～2.7 cm。 所测样品为棉花顶部叶片（6～8叶期）。

1.1.1吡虫啉残留和消解动态试验。残留试验参考《农药残留试验准则》（NY/T 788—2004）[8]进行。 每小区面积为 15 m2，4 个重复。 采用 AGROLEX HD-400 型背负式手动喷雾器 （新加坡利农责任有限公司）进行喷施。设使用剂量（有效成分，下同）为10.50、15.75、21.00、31.50、47.25 g·hm－2（分 别 用A～E 代表，厂家推荐剂量为 21.0～31.5 g·hm－2）共5 个处理，用水量为 900 L·hm－2，施药 1 次。在 2018年 7 月 15 日（晴朗无风，29 ℃）进行喷施（蚜虫若虫始盛期），同时设置不施药的清水对照。处理间设保护带。 药后 2 h、1、3、5、7 d 进行取样。

长期残留消解动态试验按剂量47.25 g·hm－2（推荐剂量上限的1.5 倍）于8 月24 日施药，分别于药后 2 h 和 1、3、5、7、10、15、20、25、30、45、60 d进行取样。 每小区随机采集棉花叶片1 kg，贮于低温冰箱中。 表层土壤以5 点取样法，每点取0.5 kg，混匀后，按四分法每小区取0.5 kg，带回实验室内，自然风干、磨细，过孔径 420 μm（40 目）筛，低温贮存备测。

1.1.2防效试验。喷药前定点、定株挂牌后调查虫口基数，每点调查30 株棉花叶片（每小区10 株）。与残留试验同一天施药，施药 1 次，药后 1、3、5、7 d分别调查各小区的残存蚜虫数，共调查4 次。 依据药前虫口基数和药后各次调查的残虫量计算虫口减退率和校正防效： 虫口减退率＝（施药前虫数－施药后虫数）/ 施药前虫数×100%；校正防效＝（处理区虫口减退率－空白对照区虫口减退率）/ （1－空白对照区虫口减退率）×100%。

利用DPS 软件对数据进行Duncan 氏多重比较。

1.2 仪器和试剂

LC-20AB 高效液相色谱仪（HPLC）：日本岛津公司；MJ-BL25B2 搅拌机：广东美的生活电器制造有限公司； 筛子： 浙江上虞市道墟五四仪器厂；GL-20G-II 离心机：上海安亭科学仪器厂；水浴恒温振荡器：江苏科析仪器有限公司；KQ5200B 型超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；FA2004 电子天平：上海精密科学仪器有限公司；孔径0.22 μm有机相微孔滤膜：海宁市郭店桃园医疗化工仪器厂。

吡虫啉标准品（100 mg·L－1，纯度＞97%）购自北京坛墨质检科技有限公司。 N- 丙基乙二胺（PSA)、无水硫酸镁、氯化钠、柠檬酸钠和柠檬酸二钠盐（均为分析纯）购自深圳逗点生物技术有限公司。 乙腈、甲醇（色谱纯）购自 Sigma Aldrich 公司。高纯水由艾柯纯水仪制备。

1.3 测试方法

1.3.1溶液配制。吡虫啉标准溶液：准确移取1.00 mL 吡虫啉标准品于10.00 mL 容量瓶中，用乙腈溶解并定容至刻度，配制成质量浓度为10.00 mg·L－1的标准储备液，于4 ℃避光保存。 吡虫啉标准工作液使用时用乙腈稀释到标准曲线范围浓度。

1.3.2样品的前处理。称取用搅拌机搅碎的棉花叶片10.00 g 左右于50 mL 离心管中，加入20.00 mL乙腈溶剂，振荡 15 min，加入 4.00 g MgSO4，1.00 g NaCl，1.00 g Na3C6H5O7，0.50 g C6H6Na2O7，摇匀，振荡 5 min 后超声 3 min，于 4 000 r·min－1下离心 5 min 后取2.00 mL 上清液快速加入装有25 mg PSA的离心管中，快速手动振摇后离心，取上清液过孔径0.22 μm 有机相微孔滤膜后用HPLC 进样检测，记录峰面积。 每样品做3 份平行试验，结果取平均值。称取10.00 g 过筛土壤样品于50 mL 离心管中，其余步骤同棉花叶片样品。

1.3.3回收率。在未施药的对照地随机取棉花叶片和土壤，分别添加吡虫啉 1.00、5.00、10.00 mg·L－1的标准溶液，每个质量浓度设3 个平行试验，按1.3.2 的方法对样品进行处理，测定有关指标。

1.3.4高效液相色谱条件。SPD-20 紫外检测器；色谱柱：ODS-3（内径4.6 mm，长250 mm，填料粒径5 μm），检测波长270 nm；等度洗脱，流动相：甲醇/水＝3/7（体积比）；流速 0.8 mL·min－1；柱温 30 ℃；进样量为20 μL。 根据保留时间定性，外标法定量。

2 结果与分析

2.1 方法验证

2.1.1标准工作曲线。配制吡虫啉的标准溶液，质量浓度范围为 0.10～10.00 mg·L－1，以标准溶液质量浓度为横坐标x、相应的峰面积为纵坐标y，绘制标准曲线，线性回归方程为y＝191 652x＋1 218.5，R2＝0.999 8，结果表明在 0.10～10.00 mg·L－1范围内吡虫啉呈现出良好的线性关系。

2.1.2分析方法的回收率与精密度。表1 结果表明，吡虫啉在棉花叶片和土壤中的添加回收率分别为96.31%～108.00%、94.60%～107.60%，相对标准偏差（RSD）为0.34%～0.81%、0.69%～0.90%。

以空白棉花叶片和土壤加标试验（加标质量浓度 0.10 mg·L－1，取 6 个独立样品进行测试）在仪器上的响应值为基础，以3 倍信噪比（S/N）所对应的含量为方法的检出限，吡虫啉在棉花叶片和土壤中的检出限 [LOD＝3S/b，S为峰面积的标准偏差，b为标准曲线的斜率]分别为 0.001 8 mg·kg－1、0.001 0 mg·kg－1；以 10 倍S/N所对应的含量为方法的定量限[LOQ＝10S×c/x，S为峰面积的标准偏差，c为加标质量浓度，x为测定结果的平均值]，得出定量限分别为 0.005 0 mg·kg－1、0.001 5 mg·kg－1。 从上述结果可以看出，本测试方法可用于棉花叶片和土壤中吡虫啉的残留分析测定[8]。

表1 回收率试验结果

2.2 吡虫啉在棉花叶片和土壤中的残留及消解动态

表2 的试验结果表明，施药后棉花叶片上吡虫啉的原始沉积量为 0.53～1.99 mg·kg－1，随喷施剂量的增加而增加。吡虫啉的残留量随时间推移逐步降低，消解率逐渐增大。施药后的第7 天，吡虫啉的残留量为 0.18～0.53 mg·kg－1，消解率在 65.9%～75.7%。对上述数据进行拟合，棉花叶片中吡虫啉的消解动态符合一级动力学方程，消解半衰期（T1/2）为3.17～3.85 d。从拟合结果来看，在试验剂量范围内，消解半衰期和剂量之间没有明显的对应关系。

长期残留消解动态试验结果（图1）表明，土壤中吡虫啉的原始沉积量为 0.36 mg·kg－1，Ct＝0.070 3e－0.045t（Ct代表土壤中的残留量，t代表时间），R2＝0.578 2，远低于叶片中的，但是消解规律和叶片中的类似，均随时间推移逐步降低。 叶片和土壤中的吡虫啉分别在10 d、7 d 内消解速率较快，消解率分别达到88.2%和93.1%，之后消解速率明显减慢。60 d 后叶片中仍有农药残留被检出（0.02 mg·kg－1），但在收获期棉籽中未检出。 60 d 后土壤中农药残留已降至较低水平（0.01 mg·kg－1）。 目前没有关于吡虫啉在土壤中的最高残留限量（Maximum residue limit，MRL）。 推算 95 d 后土壤中吡虫啉可降至检出限以下。

表2 不同用药量处理吡虫啉在棉花叶片中的残留及消解率

2.3 吡虫啉对棉蚜的防治效果

由表3 可知，药后第1 天，各药剂处理的校正防效为42.1%～86.7%，且随着用药剂量增加，呈上升趋势，其中D、E 剂量处理对棉蚜的校正防效显著高于 A、B、C 剂量处理。 施药后 3 d，各处理的校正防效均达到最大。 施药后5～7 d，各处理的校正防效出现不同程度的下降，但C、D、E 处理的校正防效仍超过85%，说明吡虫啉对棉花蚜虫有较好的持效期。 总体上，C、D 和 E 剂量处理的防效均高于A、B 剂量，并且 C、D 剂量处理间和 D、E 剂量处理间的防效大多无显著差异，但C、E 剂量处理的防效大多有显著差异。 根据上述结果，C、D、E 剂量处理均可达到比较满意的防治效果。

图1 吡虫啉在棉花叶片和土壤中的长期残留消解动态

表3 吡虫啉防治棉蚜试验校正防效统计分析结果

2.4 吡虫啉对棉蚜的防效与其在棉花叶片的残留动态之间的关系

对吡虫啉的防效与其残留量进行关联，结果（图2）显示，在试验范围内，喷施的药剂浓度越高，叶片中吡虫啉的残留量越高，防效越好。 对二者进行相关性分析，得线性方程y＝8.07x＋54.11（其中y为防效，x为残留量），R2＝0.886 8，表明二者之间存在正相关关系。

图2 药后7 d 不同处理下吡虫啉残留量及其对棉蚜的防效

3 讨论与结论

QuEChERS （Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe）方法因操作简单、快速及高效，已被广泛用于农药残留测定的前处理过程[9-10]。 由于方法本身具有模板的性质，因而为适应各种实际情况和要求，人们对其进行了不断的研究和改进。 与蔬菜（叶类）食品相比，作物叶片中富含大量的酚类、酯类和色素类物质，因而要求分析方法有一定的适应性，但目前大量的研究结果主要集中在食品方面[11-12]。 为了解吡虫啉在大田作物上施用后的残留消解动态与农药最终残留量的关系，考虑棉花叶片样品的上述特性，本研究在选定的分析条件下验证了方法的线性范围、线性方程、检出限、定量限、加标回收率及RSD等性能参数，得到了比较满意的分析条件和方法。

采用建立的分析方法进一步研究了吡虫啉在棉花叶片中的残留动态。 在已有的研究中，蒋治国等[13]测定得到吡虫啉在青菜中的降解半衰期为3.8 d，15 d 消解率达到 92.9%。 楼建晴等[14]研究结果表明：吡虫啉在甘蓝上的降解较快，施药后7 d，降解率为85.25%～92.09%，半衰期为2～4 d。 Banerjee等[15]测得吡虫啉在秋葵、黑布林和番茄中的半衰期为 1.98～3.30 d。Paramasivam 等[16]测得桑叶中吡虫啉的半衰期为3.81～4.93 d。 本研究的相关结果与其近似，表明吡虫啉属于易消解的农药。

据统计，农田中施用的农药量仅有30%左右附着在农作物上，其余70%左右扩散到土壤和大气中，导致土壤中农药残留量及衍生物含量增加，造成农田土壤污染[17]。 土壤中残留农药可被粮食、蔬菜作物吸收，使之遭受污染，并通过食物链危害人畜健康。 另外，还可随着土壤表层饮用水进入人或动物体内，对人体的健康造成直接或间接的危害，影响人们的正常生活[18]。

王蕾等[19]得到的结果是天津韭菜中吡虫啉的残留量低于山东，主要与试验期间的气候因素有关，温度高、光照时间长、降水频繁，都会导致农药的残留量减小。 严锐等[20]的研究表明，叶面喷施吡虫啉，因风吹、日晒、雨淋而造成的农药流失和分解达60%～90%。可见，气候和环境因素，主要如降雨和光照等对农药残留和消解规律的影响是比较明显的。 因此，需要密切结合地域特点进行针对性的研究。

吡虫啉的防治剂量和效果之间的关系存在明显的地区差异[21]。 在本试验剂量下吡虫啉对蚜虫均有一定的控制作用。 刘爱芝等[22]研究结果表明：吡虫啉防治麦蚜经济有效的使用剂量 （有效成分，下同）是 15～30 g·hm－2。 丁佩等[23]研究 70%吡虫啉水分散粒剂（WDG）防治杭白菊蚜虫试验结果表明：使用剂量为 52.5 g·hm－2时，施药 1 d 后的校正防效即可超过70%，施药3 d 后的防效在85%以上，施药7 d 后的防效在90%以上，施药14 d 后的防效仍维持在80%以上，且没有观察到对杭白菊和非靶标生物的不利影响。叶志坚等[24]研究70%吡虫啉水分散粒剂防治十字花科蔬菜蚜虫药效结果表明，使用剂量为 15.0～22.5 g·hm－2时，其防治效果最佳。对比上述研究结果可知，吡虫啉在不同场景、不同地区施药时剂量上的差异是比较明显的。大田施药时，不仅要根据蚜虫发生情况，抓住防治的关键时期，还须考虑地区的气候条件、农田环境和种植制度，以便合理确定药剂剂量。根据本研究结果，在新疆棉田 C～E 剂量（有效成分 21.00、31.50、47.25 g·hm－2）均对棉蚜有较好的防效。 但较高的用药量会加速棉蚜对药剂抗性的产生。故结合吡虫啉在棉花植株的最终残留及其对棉蚜虫的控制效果，建议在该地区用70%吡虫啉水分散粒剂防治棉花蚜虫时，安全有效剂量为 21.0～31.5 g·hm－2。 可见，该厂家推荐的剂量是合理的。