2甲4氯异辛酯和氯氟吡氧乙酸异辛酯在冬小麦和土壤中的残留研究

杜月梅，邵华，高丽萍

（1.北京联合大学生物化学工程学院生物活性物质与功能食品北京市重点实验室，北京100191；2.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，北京100081)

小麦是我国主要的粮食作物之一，杂草常与小麦争夺养料、空间和水分，传播病虫害，严重影响小麦的产量和质量，每年因杂草造成的小麦减产率在10%左右，目前最有效的除草方法之一就是使用除草剂，但近年来由于除草剂的滥用导致杂草抗药性、污染环境和麦田杂草群落变化的情况出现，为延缓这些情况的发生，人们采取除草剂混配使用的措施，可以扩大杀草谱、降低用药量，增强除草效果。

2甲4氯异辛酯(MCPA-isooctyl)，化学名称为4-氯-2-甲基苯氧乙酸异辛酯，1946年被研发出来，属于苯氧乙酸类除草剂。2甲4氯异辛酯是一种高选择性、内吸性的多种杂草除草剂，能和多种除草剂复配，防治稻田、麦田中的杂草，具有高效、低毒、对敏感作物安全性高、对人畜等无毒害作用的优点，广泛应用在化学除草领域。目前国内外报道的关于2甲4氯异辛酯的检测方法主要有气相色谱-氢火焰离子检测器(GC-FID)法、气相色谱-电子捕获检测器(GCECD)法、气相色谱串联质谱(GC-MS)法。黄亮等建立了灌溉水中2甲4氯异辛酯残留量的气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS)检测方法。氯氟吡氧乙酸异辛酯(fluroxypyr-meptyl)，化学名称为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，为吡啶类除草剂，对田间杂草植株具有灭活的作用，高效且对农作物无危害，目前关于该农药已经报道的检测方法有高效液相色谱法、高效液相色谱-质谱法、气相色谱法、气相色谱-质谱法等，黄玉贵等采用高效液相色谱-串联质谱法对试样中的氯氟吡氧乙酸异辛酯进行检测。

日本规定2甲4氯(包括其盐、酯等残留物)在大米中的最大残留限量为0.1 mg/kg。欧盟规定2甲4氯(包括其盐、酯等残留物)在多种食品中的最大残留限量为0.05 mg/kg。我国规定小麦中2甲4氯异辛酯的最大残留限量为0.1 mg/kg，氯氟吡氧乙酸异辛酯的最大残留限量为0.2 mg/kg。这两种农药均高效、低毒，对小麦安全、增产效果显著，且复配效果极好。两种除草剂的作用机制和杀草谱各不相同，其混剂对小麦的安全性研究鲜见报道，鉴于此，为评价48% 2甲4氯异辛酯·氯氟吡氧乙酸异辛酯·双氟磺草胺悬浮剂(有效成分为36% 2甲4氯异辛酯和12%氯氟吡氧乙酸异辛酯)对小麦及土壤的安全性，连续进行了2年的田间试验，旨在为该复配农药在田间的科学使用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试农药为48% 2甲4氯异辛酯·氯氟吡氧乙酸异辛酯·双氟磺草胺悬浮剂，由江西众和化工有限公司提供；选取北京市通州区、河南省新乡市、宁夏银川市作为试验地点，其中北京试验农作物为冬小麦，京冬17；河南试验农作物为冬小麦，郑麦366；宁夏试验农作物为冬小麦，宁冬五号。

2甲4氯异辛酯以及氯氟吡氧乙酸标准品的纯度为99%，购自Dr.E公司；乙腈为色谱纯，购自Fisher公司；无水硫酸镁购自上海试剂厂；氯化钠购自北京化工厂；C18分散固相萃取净化剂，购自天津博纳艾杰尔科技有限公司；GCB分散固相萃取净化剂，购自天津博纳艾杰尔科技有限公司。

1.2 仪器设备

气质联用仪器设备的气相色谱系统为Agilent 7890A气相色谱仪；质谱系统为配有电子轰击源(EI)的Agilent5975C质谱仪。液质联用仪器的高效液相色谱系统为Agilent 1200液相色谱仪；质谱系统为API5000；高速离心机购自Thermo公司；除此之外还有涡流混合器、电子天平、精密移液枪以及其他实验室常用仪器设备。

1.3 田间试验设计

分 别 于2016和2017年 的11月1日—11月19日，在北京、河南、宁夏三地实施两年的48% 2甲4氯异辛酯·氯氟吡氧乙酸异辛酯·双氟磺草胺悬浮剂在冬小麦上的田间试验。按农药残留试验准则(NY/T7 88-2004)要求设试验小区，小区面积30 m，重复3次，随机排列，小区间设保护带。另设对照小区。

1.3.1 消解动态试验

施药时期为冬小麦分蘖期至拔节前，杂草2~4叶时喷雾施药。小麦植株动态施药剂量90 g/亩(648 ga.i./hm)，施药后2 h及第1、3、5、7、14、21、30、45天采样，土壤动态施药剂量为0.833 g/m(4 000 ga.i./hm)，施 药 后2 h及 第1、3、5、7、14、21、30、45天采样，重复3次，处理间设保护隔离区。

1.3.2 最终残留试验

设两个施药剂量：低剂量和高剂量。低剂量按制剂量60 g/亩(432 ga.i./hm)，高剂量按制剂量90 g/亩(648 ga.i./hm)施药。每个处理设3次重复，农田试验小区面积30 m，于冬小麦分蘖期至拔节前，杂草2~4叶时喷雾施药1次，成熟收获期采样。参照BBCH(Biologische Bundesanstalt，Bundessortenamt，Chemische)Monograph对应的图谱和编号记录作物生长情况。

1.4 样本采集

1.4.1 植株样本的采集

在小区中用随机方式剪取地表以上的全株1 kg以上，用剪刀将田间植株样本剪成1 cm以下小段或切碎，混匀后，用四分法分取100 g样品两份(A、B样)装入样品容器，贴好标签，放入-20℃低温冰柜中贮存。

1.4.2 土壤动态样品的采集

在小区中用随机方式在8个以上采样点用土钻取深度为0~10 cm的地表土2 kg以上，在不锈钢盆中去除杂物混合均匀，分取200 g两份(A、B样)分别装入样品容器中，贴好标签，放入-20℃低温冰柜中贮存。

1.4.3 麦穗样本的采集

在小区中用随机方式剪取小麦麦穗2 kg，先脱粒，然后将麦粒充分混匀，分取100 g样品两份(A、B样)，分别装入样品容器，贴好标签，放入-20℃低温冰柜中贮存。植株样本的采集和土壤样品的采集方法同上。

1.5 实验室样品制备与保存

田间样品采集后如无条件在现场附近处理，需尽快(8 h)内运回实验室，并立即制备成实验室样品冷冻保存。实验室样品的制备方法参照《SOP FT-03-02小麦田间样本采集与实验室样品制备标准操作规程》进行。

将上述制备的实验室样品分类包装并标记后，填写样品清单。农药在样品贮存过程中无明显降解。

1.6 样品前处理

小麦、植株、土壤样品经乙腈提取后，加4∶1的无水硫酸镁和氯化钠，植株样品经GCB和C18分散固相萃取净化；土壤样品经C18分散固相萃取净化后，过0.22 μm膜，上机检测。

1.7 仪器条件

1.7.1 2甲4氯异辛酯的仪器检测条件

采用配有电子轰击源(EI)Agilent 7890A/5975C气相色谱质谱仪；以DB－5ms(30 m×0.25 mm×0.25 μm)为色谱柱；色谱柱温度程序为60℃保持1 min，然后以20℃/min升温至280℃，保持2 min；载气采用氦气，其纯度≥99.999%，并采用流速为1 mL/min的恒流模式；进样口温度为250℃；进样方式为不分流进样；进样量为1 μL；加热器：为250℃；辅助加热温度为280℃；定量离子是312(

m

/

z

)，定性离子是200和71(

m

/

z

)。

1.7.2 氯氟吡氧乙酸异辛酯的仪器检测条件

色谱条件：XBridgeC18色谱柱(150 mm×2.1 mm，3.5 μm)；流动相A为0.1%甲酸水，流动相B为乙腈，梯度洗脱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 温25℃；流速0.20 mL/min；进样量5 μL。

质谱条件：离子源为电喷雾离子源ESI；扫描方式为正离子扫描；喷雾电压(IS+)5 500 V；电喷雾离子源温度(TEM)5 000℃；雾化气流量55 psi；辅助加热气60 psi；气帘气(Curtain Gas)43 psi；碰撞室入口电压(EP)10 V；碰撞室出口电压(CXP)13 V；检测方式为多重反应监测(MRM)。优化后目标物的质谱参数条件见表1。

表1 多反应监测模式下氯氟吡氧乙酸异辛酯的质谱参数

1.8 基质标准曲线制作

分别在空白麦粒、植株、土壤样品中添加0.05、0.10、0.20 mg/kg，3档浓度的2甲4氯异辛酯和氯氟吡氧乙酸标准溶液，每档重复5次，用上述分析方法测定回收率。

将1.0 mg/mL的2甲4氯异辛酯和氯氟吡氧乙酸标准溶液分别用乙睛和经过前处理的小麦、植株、土壤空白基质稀释配得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)系列标准溶液，在上述条件下进行测定，重复3次，分别以2甲4氯异辛酯和氯氟吡氧乙酸标准溶液浓度与峰面积作标准曲线。

1.9 消解方程及半衰期计算公式

1.9.1 消解方程

假设文中农药在目标样品中的消解规律符合一级动力学模型，即施药后的农药在目标样品中的残留浓度随时间的推移以近似负指数函数递减，并通过公式1进行拟合。

式中，

C

为初始质量浓度，

C

为

t

时刻的农药残留质量浓度。

1.9.2 消解半衰期

消解半衰期

t

按公式2计算。

式中，

t

为降解半衰期，k为降解速率常数。

2 结果

2.1 分析方法中各参数的确定

2.1.1 方法的线性范围、最低检出限及标准曲线绘制

2甲4氯异辛酯在0.05~0.2 mg/L的浓度范围内，溶剂标准曲线方程为

y

=17 569

x

+52.862，相关系数

r

=0.999 5；麦粒基质标准曲线方程为

y

=20 169

x

+76.17，

r

=0.999 9；植株基质标准曲线方程为

y

=29 585

x

+415.81，

r

=0.998 3；土壤基质标准曲线方程为

y

=23 598

x

-31.313，

r

=0.998 8。在上述条件下，麦粒、土壤、植株中2甲4氯异辛酯的最低检出限为2.5×10、5×10、1.0×10g。根据添加回收率实验，以本实验的最低添加水平为定量限(limit of quantity，LOQ)，在上述条件下2甲4氯异辛酯在麦粒、植株、土壤中的最低检出浓度均为0.05 mg/kg。氯氟吡氧乙酸在0.02~0.2 mg/L的浓度范围内，溶剂标准曲线方程为

y

=1.29×10

x

-2.48×10，相关系数

r

=0.999 2；麦粒基质标准曲线方程为

y

=5×10

x

-14 749，

r

=0.999 5；植株基质标准曲线方程为

y

=7×10

x

+57 734，

r

=0.999 7；土壤基质标准曲线方程为

y

=2×10

x

+12 645，

r

=0.999 5。在上述条件下，麦粒、土壤、植株中氯氟吡氧乙酸的最低检出限分别为1.25×10、2.5×10、5×10g。根据添加回收率实验，以本试验的最低添加水平为LOQ，在上述条件下氯氟吡氧乙酸在麦粒、植株、土壤中的最低检出浓度均为0.05 mg/kg。

2.1.2 添加回收率与相对标准偏差

麦粒、植株、土壤中2甲4氯异辛酯和氯氟吡氧乙酸异辛酯加标回收率结果见表2，在0.05~0.2 mg/kg添加范围内2甲4氯异辛酯在小麦、植株、土壤中的添加回收率分别为76%~97%、77%~119%、71%~93%，相对标准偏差RSD分别为2.0%~9.9%、2.4%~7.9%、2.9%~6.1%；氯氟吡氧乙酸在小麦、植株、土壤中的添加回收率分别为76%~100%、83%~100%、87%~97%，RSD分别为1.5%~3.8%、1.6%~4.0%、1.1%~2.8%，综上，本实验仪器精密度良好，方法的准确度良好，符合农药残留检测标准方法学验证要求，典型加标样品色谱图见图1和图2。

图2 空白标准样品及添加氯氟吡氧乙酸样品色谱图

表2 麦粒、植株、土壤中2甲4氯异辛酯和氯氟吡氧乙酸异辛酯加标回收率及相对标准偏差(n=5)

2.2 消解动态与最终残留试验结果

2.2.1 消解动态试验结果

消解动态试验结果见表3~表5。在2016年北京的小麦植株消解动态中，氯氟吡氧乙酸在植株中的消解符合准一级动力学方程，氯氟吡氧乙酸异辛酯在植株中的消解动力方程

C

=0.126 9×e，

R

=0.532 2，半衰期

t

=5.92 d；在2016年宁夏和2017年北京的小麦土壤消解动态中，氯氟吡氧乙酸在土壤中的消解符合准一级动力学方程，氯氟吡氧乙酸异辛酯在土壤中的消解动力方程分别为

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氯异辛酯的残留量均<0.05 mg/kg，因此均无法得出消解动态的动力学曲线方程。

表3 植株中2甲4氯异辛酯的消解动态试验结果

表5 土壤中氯氟吡氧乙酸异辛酯的消解动态试验结果

2.2.2 最终残留试验结果

北京、河南和宁夏(2016和2017年)所有麦粒、植株和土壤样品中2甲4氯异辛酯的残留量均<0.05 mg/kg。

在北京、河南和宁夏(2016和2017年)所有麦粒和土壤样品中，氯氟吡氧乙酸残留量均<0.05 mg/kg；在2016年北京低剂量、高剂量的植株样品中，氯氟吡氧乙酸残留量分别为0.05和0.10 mg/kg，2017年宁夏低剂量、高剂量的植株样品中，氯氟吡氧乙酸残留量分别为0.09和0.11 mg/kg，其他植株样品中氯氟吡氧乙酸的残留量均<0.05 mg/kg。

表4 植株中氯氟吡氧乙酸异辛酯的消解动态试验结果

3 讨论

小麦是我国主要的粮食作物之一，在其生长过程中杂草严重影响小麦品质。氯氟吡氧乙酸是一种茎叶处理剂，对麦田阔叶杂草的防除效果显著，但杂草极易对其产生抗药性，2甲4氯异辛酯对小麦的安全性较差，但杂草较难对其产生抗性。因此宋敏等采用48% 2甲4氯异辛酯·氯氟吡氧乙酸异辛酯·双氟磺草胺悬浮剂连续进行了2年田间药效试验，证明其可有效防除冬小麦田间阔叶杂草，复配农药作用效果明显优于单独使用2甲4氯异辛酯和氯氟吡氧乙酸异辛酯的效果，其建议该药剂用量在360.00~450.00 ga.i./hm范围内对小麦的安全性好，与本研究的最高推荐剂量(432 ga.i./hm)显示一致，也证明了本研究的数据可靠性。韦茂春等也认为2甲4氯钠和氯氟吡氧乙酸异辛酯与其他农药混用可提高除草效果，延缓和控制杂草抗性的产生。

何健等的研究表明2甲4氯异辛酯在水中降解较快，属于对环境比较安全的农药。而从本文消解动态试验结果可知，2甲4氯异辛酯在小麦植株上10 d后的残留量均小于0.05 mg/kg，远小于我国规定的2甲4氯异辛酯在小麦植株上的最大残留限量。氯氟吡氧乙酸异辛酯在2016年北京的小麦植株消解动态和2016年宁夏和2017年北京的小麦土壤消解动态中的消解符合一级或准一级动力学方程，这也与石丽丽等的研究结果一致，说明合理使用情况下，不会造成小麦、土壤中2甲4氯异辛酯和氯氟吡氧乙酸异辛酯的残留污染。

本试验前处理方法简单迅速，且2甲4氯异辛酯在0.05~0.2 mg/L的浓度范围内，氯氟吡氧乙酸在0.02~0.2 mg/L的添加浓度范围内，在上述基质中的回收率、RSD、LOQ及方法的准确性和精密度均符合残留分析的要求。氯氟吡氧乙酸异辛酯在2016年北京的小麦植株上的消解半衰期t为5.92 d，在2016年北京、2017年宁夏的土壤实验中t分别为1.56、9.63 d，其他时间和地点在小麦植株和土壤的实验均无法得出消解动态的动力学曲线方程。除此之外，最终残留试验结果也表明，距末次施药间隔14、21 d采收时，收获小麦中2甲4氯异辛酯和氯氟吡氧乙酸异辛酯的残留量均<0.05 mg/kg，远小于我国规定的MRL值，表示在该实验条件下，2甲4氯异辛酯和氯氟吡氧乙酸异辛酯的使用是安全的，说明以最高施药剂量60 mL/亩(432 ga.i./hm)使用不会造成小麦、土壤中2甲4氯异辛酯和氯氟吡氧乙酸异辛酯残留污染。因此根据我国对2甲4氯异辛酯和氯氟吡氧乙酸异辛酯在冬小麦上最大残留限量的规定，建议48% 2甲4氯异辛酯·氯氟吡氧乙酸异辛酯·双氟磺草胺悬浮剂，防治一年生阔叶杂草，最高施药剂量60 mL/亩(432 ga.i./hm)，于冬小麦分蘖期至拔节前，杂草2~4叶期最多施药1次，成熟期采样。