嘧菌酯和丙环唑在大豆上残留分布及降解动态研究

2022-12-01周启圳何翎刘丰茂钟江春

农业资源与环境学报 2022年6期

周启圳，何翎，刘丰茂，钟江春

（中国农业大学理学院，北京 100193）

大豆是一种重要的油料作物，是蛋白饼粕和植物油的主要来源，在农业经济发展中占有重要的地位。2020 年，我国大豆产量高达1 960 万t[1]，即使如此，我国大豆依然供不应求，大部分大豆仍需从国外进口，对外依存度超过80%[2]。因此，为了保障和提高大豆的产量，农药的使用不可避免。其中嘧菌酯和丙环唑都是大豆上常用的登记农药，嘧菌酯作为一种内吸性甲氧基丙烯酸酯类，具有高效广谱的特点[3-5]；而丙环唑是一种内吸性的三唑类农药，同样具备广谱高效的特点[6-8]，两者均被广泛应用于果蔬和农作物的病害防治中。由于农药不当使用带来的农药残留问题可能会通过直接食用或者生物富集的方式对人体健康造成威胁[9]。因此，研究农药施用后作物不同部位的农药残留分布及降解情况，对正确使用农药和保证膳食安全具有重要意义。

近年来，关于农药在作物上的残留分布研究日益增多。高庆超等[10]研究吡虫啉等三种农药在甘蓝中的残留分布及消解速率，发现三种农药均主要残留在甘蓝外叶上，外球叶初始残留较低，1～5 d可降解至最大残留限量（Maximum residue limit，MRL）以下，内球叶残留量更低，甚至未检出。付尧等[11]研究了苯菌灵在苹果不同部位的残留情况，发现果柄中残留量最高，果皮次之，果肉最少。程冰峰[12]研究发现异菌脲在油菜叶片上残留最高，占施药量的37%～58%，花上残留量次之，茎上残留量最低。由于农药在作物不同部位的残留情况不同，通过研究可以了解具体作物农药残留主要部位，为保障膳食安全提供依据。

尽管残留分布研究已有不少，然而其中却很少有针对大豆的相关研究。张可鑫[13]研究了乙草胺等5种除草剂在大豆田土壤中的残留情况，以及这些残留对后茬作物的影响。芮智[14]研究了嘧菌酯在大豆上的残留分布，发现其残留量主要集中在叶片，果实上初始沉积量较少。现有针对大豆的研究很少涉及青豆（鲜食嫩荚的大豆）基质[15]。作为大豆的前期作物，青豆上同样可能出现农药残留问题，也需要予以一定的关注。同时，无论是大豆秸秆还是青豆的鲜植株均是牲畜饲料的重要来源[16-17]，其残留同样会对牲畜带来膳食风险，从而进一步通过生物富集对人体造成潜在的威胁[18]，因此关于鲜植株和大豆秸秆的研究同样具有重要意义。

本研究通过嘧菌酯和丙环唑复配剂在大豆上的田间试验，探讨两种农药在青豆和大豆两个时期不同部位上的残留分布以及消解情况，旨在为农药的正确使用以及膳食和饲料安全选择提供一定的指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

18.7 %丙环·嘧菌酯悬乳剂（7%嘧菌酯+11.7%丙环唑，先正达（中国）投资有限公司）；嘧菌酯标准品（99.7%，先正达（中国）投资有限公司）；丙环唑（96.3%，先正达（中国）投资有限公司）；乙腈（色谱纯，赛默飞世尔科技（中国）有限公司）；甲酸（98%，分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；氯化钠、无水硫酸镁（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；乙二胺-N-丙基硅烷化硅胶（43～60 μm，60 Å，天津博纳艾杰尔科技有限公司）。

1.2 仪器与设备

LC-MS 8045 液相色谱仪-质谱仪（日本岛津制作所Shimadzu）；JY2002 型电子天平，精度0.01 g（上海舜宇恒平科学仪器有限公司）；JA2003B 型电子天平，精度0.001 g（上海越平科学仪器有限公司）；AUW220D 型电子分析天平，精度0.000 1 g（日本岛津制作所Shimadzu）；THZ-C 型恒温振荡器（太仓市实验设备厂）；QL-901 型旋涡混合器（海门市其林贝尔仪器制造有限公司）；VORTEX-5 型旋涡混合器（海门市其林贝尔仪器制造有限公司）；RJ-TDL-40B 型低速台式离心机（无锡市瑞江分析仪器有限公司）；HC-2517型高速离心机（安徽中科中佳科学仪器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 田间试验

田间试验在北京和安徽两地开展。以18.7%丙环·嘧菌酯悬乳剂施药，剂量为每667 m260 mL（制剂量），设置2个试验小区，每个小区面积100 m2，两个小区分别施药，施药时间按BBCH方法（Biologische Bundesanstalt，Bundessortenamt and CHemical Industry，描述作物生长状态的国际标准方法）根据采收时间倒推：青豆以BBCH 70～79为采收时间，倒推要确保最后一次施药时豆荚已经出现；大豆以BBCH 80～89为采收时间进行倒推。施药3次，施药间隔7 d，喷雾施药，每667 m2兑水量30 L。

青豆小区在最后一次施药后0、1、7、14、21、28 d采集青豆（带荚）、鲜叶、鲜茎三个部位的样品，每次采样时采集2 个样品。大豆小区在最后一次施药后0、1、7、14、21、28 d 采集大豆、干叶、干茎三个部位的样品，每次采样时也采集2 个样品。采收后8 h 内进行简单处理，剪碎后充分混匀，用四分法取200 g样品两份，分别装入封口容器中，及时运至实验室冷冻保存，待处理和检测。

1.3.2 样品前处理

称取样品5.0 g 于50 mL 离心管中，加入10 mL 乙腈，涡旋3 min，振荡结束后取出，加入1 g NaCl 和3 g无水MgSO4，剧烈振荡2 min，3 800 r·min-1条件下离心5 min，取1 mL 上清液放入含20 mg PSA（N-primary secondary amine，乙二胺-N-丙基硅烷化硅胶）的2 mL 离心管中，其中青豆、鲜叶和鲜茎的净化剂为20 mg PSA 和10 mg GCB（Graphitized carbon black，石墨化碳黑）。用涡旋仪涡旋2 min，10 000 r·min-1下高速离心1 min，过0.22 μm 有机系滤膜，待进样。每个样品重复取样检测一次，保证重复性。

1.3.3 仪器条件

色谱柱：Athena C18-WP（50 mm×2.1 mm，3 μm）；柱温：35 ℃；流速：0.3 mL·min-1；进样量：1 μL；流动相：水（0.1%甲酸）∶乙腈=20∶80（V/V）；离子源：电喷雾离子源ESI；离子源电压：4 kV；脱溶剂管温度：250 ℃；离子源温度：300 ℃；加热块温度：400 ℃；雾化气流速：3.0 L·min-1；干燥气流速：10.0 L·min-1；加热气流速：10.0 L·min-1；检测方式：多重反应监测（MRM），监测信息见表1。

表1 嘧菌酯和丙环唑MRM监测信息Table 1 The MRM monitoring information for azoxystrobin and propiconazole

2 结果与讨论

2.1 方法确证

分别在空白样品中添加嘧菌酯与丙环唑的混合标准溶液，设置3个添加水平，分别为0.01、0.5/0.2（嘧菌酯/丙环唑）、1 mg·kg-1，每个添加水平重复5 次，用1.3.2 节的分析方法测定回收率。同时，用空白样品提取溶液稀释嘧菌酯和丙环唑标准溶液，使嘧菌酯和丙环唑的不同基质标准溶液浓度分别为0.005、0.1、0.25、0.5、1 mg·L-1。在1.3.3 节的仪器条件下进行测定。结果如表2、表3、表4及图1所示。

表4 嘧菌酯和丙环唑在大豆各基质上线性拟合情况Table 4 The linear fitting of azoxystrobin and propiconazole on soybean matrices

从表2 和表3 可以看出，嘧菌酯的添加回收率在71%～116%之间，相对标准偏差（RSD）在2%～21%之间；丙环唑的添加回收率在71%～107%之间，RSD在1%～12%之间。两者均符合农药残留检测方法要求，线性拟合决定系数（R2）均＞0.99（图1），线性拟合良好，由上述添加回收、精密度以及标准曲线拟合的结果可知，所建立的方法完全符合残留分析的要求[19]，可以用于后续试验中大豆各基质中的嘧菌酯和丙环唑的残留检测。除此之外，对比线性斜率发现，鲜叶、鲜茎和青豆的斜率普遍高于干叶、干茎和大豆的斜率，考虑到基质存在一定的减弱效应，斜率较大说明前三者的基质减弱效应较弱，净化程度较高。而两类基质的净化剂不同，鲜叶、鲜茎和青豆样品中使用了GCB，这也说明GCB的加入一定程度上提升了净化效果。由于后三种基质本身方法确认均符合要求，为保证实验的简便性，后续干叶、干茎和大豆样品检测时并未添加GCB。

图1 嘧菌酯（a）和丙环唑（b）在大豆各基质上的线性拟合Figure 1 The linear fitting curve of azoxystrobin（a）and propiconazole（b）on soybean matrices

表2 嘧菌酯在大豆各基质上的添加回收结果Table 2 Recovery results of azoxystrobin on various soybean matrices

表3 丙环唑在大豆各基质上的添加回收结果Table 3 Recovery results of propiconazole on various soybean matrices

2.2 大豆各基质上嘧菌酯残留分布及降解结果

对北京和安徽的青豆和大豆各基质样品进行残留农药浓度检测，得到相应的嘧菌酯残留结果（图2）。由图2 可知，嘧菌酯在鲜叶、鲜茎、青豆上的最大残留量分别为0.709、0.032、0.025 mg·kg-1，在干叶、干茎、大豆上的最大残留量分别为0.546、0.024、0.026 mg·kg-1。在同一生长阶段，叶上的嘧菌酯残留量远大于茎上的残留量，而茎上残留量与果实（青豆或大豆）上的残留量相近。例如，0 d时安徽大豆鲜叶上残留量为0.657 mg·kg-1，但是在鲜茎和青豆上仅有0.032 mg·kg-1和0.025 mg·kg-1，相差了20 多倍。这可能是因为叶子的表面积远大于茎和果实，施药时，叶子更易与药液发生接触。该结论与TREVIZAN 等[20]和汤宇恋等[21]的研究结果类似。

图2 安徽（a）和北京（b）大豆各基质上的嘧菌酯残留量Figure 2 Residue of azoxystrobin in soybean matrices from Anhui（a）and Beijing（b）

除此之外，对鲜叶、干叶和干茎部位不同时间点的残留量进行指数公式的拟合，得到降解曲线并计算相应的半衰期，结果如表5 所示。鲜茎、青豆、大豆上的残留量较低，未能进行一级动力学方程的拟合，也未能得到对应的半衰期。从表5 可以看出，干叶的降解速率高于干茎的降解速率，原因是干叶上初始沉积浓度较高，下降趋势较为明显，干茎上的残留量较小，浓度变化不大，降解时间相应较长；鲜叶降解半衰期短于干叶，这可能是因为鲜叶代谢较快，且存在生长稀释现象，进一步降低了农药残留水平，而干叶已接近枯黄，代谢较慢，农药降解速率也因此有所下降，这与其他研究结论[22-23]近似。而对比安徽和北京两地的数据发现，两地的嘧菌酯残留量及降解趋势近似，说明嘧菌酯残留本身受地点的影响很小。其中，北京大豆的嘧菌酯降解速率略慢于安徽，这可能是由于安徽的施药时间（8 月2 日）较北京的施药时间（8 月18 日）早了半个月，且安徽纬度较北京低，较高的气温和不同降雨量等环境因素造成了该种影响[24]。

表5 嘧菌酯和丙环唑在大豆各基质上的降解半衰期（d）Table 5 Degradation half-life of azoxystrobin and propiconazole on soybean matrices（d）

2.3 大豆各基质上丙环唑残留分布及降解结果

对大豆各基质进行前处理和检测后得到丙环唑残留结果，如图3 所示。同时进行降解曲线的拟合，半衰期结果列于表5。

图3 安徽（a）和北京（b）大豆各基质上的丙环唑残留量Figure 3 Residue of propiconazole in soybean matrices from Anhui（a）and Beijing（b）

丙环唑在鲜叶、鲜茎、青豆上的最大残留量分别为1.300、0.059、0.029 mg·kg-1，在干叶、干茎、大豆上的最大残留量分别为0.581、0.050、＜0.01 mg·kg-1。与嘧菌酯类似，丙环唑在叶片上的残留量远高于茎和果实上的残留量，鲜叶的降解速率也普遍快于干叶的速率，例如鲜叶上丙环唑的半衰期在安徽和北京分别为5.8 d 和7.3 d，而在干叶上的半衰期为8.4 d 和9.0 d，其原因可能是生长稀释作用和代谢速率差异。

2.4 膳食风险评估

查询包括我国在内的6 个国家和国际组织所规定的大豆上嘧菌酯和丙环唑的最大残留限量（MRL），列于表6。对比残留量（图2、图3）结果发现，0 d 时，北京和安徽青豆上的嘧菌酯的初始沉积量分别为0.021 mg·kg-1和0.025 mg·kg-1，丙环唑为0.029 mg·kg-1和0.027 mg·kg-1，大豆上的嘧菌酯初始沉积量分别为0.026 mg·kg-1和0.014 mg·kg-1，丙环唑均＜0.01 mg·kg-1，说明无论是青豆还是大豆，嘧菌酯和丙环唑的初始沉积量均小于各国（组织）规定的MRL。这表明按推荐方式施药时，复配剂的使用是安全的。

表6 各国（组织）规定的嘧菌酯和丙环唑在大豆上的最大残留限量Table 6 The MRL of azoxystrobin and propiconazole on soybean in various countries（organizations）

此外，基于本研究得到的最终残留量，结合两种农药在我国不同作物上的登记情况和我国居民膳食结构，计算国家估算每日摄入量（NEDI），得到嘧菌酯和丙环唑的NEDI 分别为1.394 2 mg 和0.301 6 mg，再结合我国规定的每日允许摄入量（嘧菌酯为0.2 mg·kg-1，丙环唑为0.07 mg·kg-1，以体质量计）和我国成年人平均体质量（63 kg），计算得到嘧菌酯摄入量占日允许摄入量的11%，丙环唑摄入量占7%，表明本试验残留量的情况下，嘧菌酯和丙环唑的摄入并未超过允许摄入量，对一般人群健康不会产生不可接受的风险。

CAC（国际食品法典委员会）规定大豆秸秆饲料嘧菌酯MRL 为100 mg·kg-1，丙环唑为5 mg·kg-1，对比本试验结果，丙环唑和嘧菌酯残留量均未超过限量，因此复配剂的使用对于饲料来说同样是安全的。但对于红薯、紫苏等叶部可食的作物，应注意其可能的高残留风险，可以考虑通过清洗、焯水等加工方式降低农药残留量。对于叶部用作饲料的作物，可以通过一定的技术手段进一步降低农药残留量。如石冬冬[25]的研究表明，青贮期间玉米中的莠去津及其代谢物能得到有效消解，尤其是添加乳酸菌等青贮剂可以进一步促进目标农药的降解。