胶东地区3 种土地利用类型土壤中农药残留监测与分析

姚 杰, 陈海宁, 王雪景, 柳 璇, 阮银伟, 鹿泽启,王婷婷, 解学仕, 刘保友*,, 徐维华*,

(1.山东省烟台市农业科学研究院，山东 烟台 265500；2.山东先达农化股份有限公司，山东 滨州 256500；3.史丹利农业集团股份有限公司，山东 临沂 276700)

在农业生产过程中，杀虫剂、杀菌剂、除草剂以及植物生长调节剂等的使用是不可缺少的[1]。农药的应用对提高农作物产量和促进生产力的发展起到了积极作用，但是伴随而来的是农药残留问题[2]。我国作为农药生产和使用大国，存在农药使用量大、效率低及农药残留等问题[3]。土壤是农业生产的必要条件，是重要的环境要素之一，又是常用的废物处理场所，接受着大气和水中污染物的迁移和转化[4]。据报道，通过叶面喷施的农药约有60%进入土壤[5]。随着农药被长期大量的使用，土壤质量持续下降[6]，最终对人类产生危害[7-9]，因此，监测与分析土壤中农药残留状况意义重大。

胶东地区地理上指胶莱河以东的地区，主要包括青岛市、烟台市和威海市等[10]。自然条件优越，盛产玉米、花生、苹果和梨等，农业生产潜力巨大，是山东和华北地区重要的农业经济区。随着近年来农药的持续使用，其农田土壤可能存在农药污染等环境问题。目前，关于胶东地区土壤中有机氯农药的研究已有相关报道，代杰瑞等[11]对烟台市土壤中有机氯农药残留及来源进行了研究，结果表明，停用20 多年的HCHs 和DDTs 在烟台市表层土壤中仍有残留，检出率分别为2%和34.59%；朱英月等[12]对辽东与山东半岛土壤中有机氯农药残留特征进行了研究，发现在采样区域土壤中，HCHs 和DDTs 残留量超过中国GB 15618—2008《土壤环境质量标准》一级标准的土壤样品，分别占样品总数的4.53%和9.05%，不同土地利用类型土壤中农药残留差异较明显。上述研究仅限于土壤中有机氯农药，胶东地区有关其他常用农药在不同土地利用类型表层土壤中农药残留特征的研究还未见有报道。摸清胶东地区土壤中的农药残留情况，对于掌握该地区农产品和环境安全十分必要，同时还可以为农药减施后的农产品安全风险评估提供基础数据。

本研究针对胶东地区苹果、花生和玉米生产中防治病虫草害用过的多菌灵、DDTs 和扑草净等43 种农药，通过优化建立了土壤中43 种农药残留的检测方法。采用气相色谱-串联质谱 (GCMS/MS) 分析α-HCH 和β-HCH 等19 种农药，采用超高效液相色谱-串联质谱 (UPLC-MS/MS) 分析扑草净和三唑酮等24 种农药，并利用所建立的方法监测了胶东地区苹果、花生和玉米主产区土壤中的农药残留，分析了不同土地利用类型表层土壤中农药残留的差异，以期为该地区农药污染防治提供依据。

1 材料与方法

1.1 土壤中农药残留检测方法的建立

1.1.1 主要仪器、试剂与材料 GCMS-TQ8040岛津三重四级杆气相色谱-质谱联用仪和LCMS-8040 岛津三重四级杆液相色谱-质谱联用仪(岛津中国有限公司)，均配有岛津化学工作站；SHAB 恒温水浴振荡器(常州国华电器有限公司)；UWV-1 多管漩涡混合器(青云仪器设备有限公司)；T D 5 A-W S 高速离心机(上海卢湘仪)；N-EVAPIM112 氮吹仪(美国Organomation Associates)。

α-HCH 和β-HCH 等43 种农药标准溶液：质量浓度1000 µg/mL，由农业农村部环境保护科研监测所提供；甲醇、乙酸乙酯为色谱纯，乙腈、丙酮、正己烷、氯化钠及其他试剂均为分析纯，试验用水为重蒸馏水。固相萃取柱为弗罗里矽柱，容积6 mL，填充物500 mg。

1.1.2 标准溶液的配制 将1000 µg/mL 的α-HCH和β-HCH 等19 种供试农药标准溶液用乙酸乙酯配制成100 µg/mL 的混合标准储备溶液(用于GC-MS/MS 分析)；将1000 µg/mL 的扑草净和三唑酮等24 种供试农药标准溶液用甲醇配制成100 µg/mL 的混合标准储备溶液(用于UPLC-MS/MS分析)。将储备液用对应试剂逐级稀释配制成一系列质量浓度的标准工作溶液，于 -20 ℃的冰箱中保存备用。

1.1.3 样品的提取和净化 称取10 g 试样(精确至0.01 g)于50 mL 具塞刻度离心管中，加入10 mL 水浸泡1 h，准确加入10.0 mL 乙腈，于50 ℃水浴振荡器上振荡提取30 min，加入5 g 氯化钠，剧烈振荡1 min，4500 r/min 离心5 min。吸取2.0 mL上清液于15 mL 具塞离心管中，氮气吹至近干，待净化。用5 mLV(丙酮) :V(正己烷) = 1 : 9 的溶液预淋洗固相萃取柱，弃去淋洗液。下接15 mL刻度离心管，将上述待净化试样用5.0 mLV(丙酮) :V(正己烷) = 1 : 9 的溶液洗涤至固相萃取柱中，重复1 次。将盛有淋洗液的离心管置于氮吹仪上，在水浴温度50 ℃下氮吹蒸发至小于2 mL，用乙酸乙酯定容至2.0 mL，混匀，用0.22 μm 微孔滤膜过滤，供GC-MS/MS 测定。另外吸取上清液2.0 mL 至内含200 mg 无水硫酸镁、50 mg 乙二胺-N-丙基硅烷化硅胶和6 mg 石墨化炭黑的10 mL离心管中，涡旋混匀1 min 后，于4000 r/min 离心5 min，吸取上清液过0.22 μm 微孔滤膜，供UPLCMS/MS 测定。

1.1.4 仪器检测条件 使用GC-MS/MS 对土壤中α-HCH 和β-HCH 等19 种农药残留进行定性、定量检测。检测条件：色谱柱为SH-Rxi-5Sil MS (30 m ×0.25 mm，0.25 μm)；进样口温度：250 ℃；采用程序升温分离，色谱柱初始温度50 ℃保留1 min，25 ℃/min 升至125 ℃，10 ℃/min 升至300 ℃，保持7 min；载气：氦气，纯度≥ 99.999%，流速1.5 mL/min；进样量1 μL；进样方式为不分流进样；电子轰击源：70 eV；离子源温度200 ℃；GC-MS 接口温度250 ℃；溶剂延迟1.5 min；多反应监测(MRM)：每种农药分别选择一对定量离子和一对定性离子。所有需要检测离子对按照出峰时间顺序，分时段分别检测。各农药的保留时间、定量离子对、定性离子对和碰撞电压等见表1。

表1 19 种农药的GC-MS/MS 检测参数及结果Table 1 Parameters and results of 19 pesticides determined by GC-MS/MS

使用UPLC-MS/MS 对土壤中扑草净和三唑酮等24 种农药残留进行定性定量检测。检测条件：色谱柱为C18(2.0 mm i.d.× 75 mm, 1.6 μm)；柱温40 ℃；流速0.2 mL/min；进样量1.0 μL；流动相组成：A 为2 mmol/L乙酸铵-0.1% 甲酸水溶液，B 为甲醇。梯度洗脱程序见表2。离子源：电喷雾离子源(ESI)；扫描方式为正离子和负离子同时扫描；加热模块温度400 ℃；DL 管温度250 ℃；碰撞气(氩气) 压力230 kPa；干燥气(氮气) 流速15 L/min；多反应监测：每种农药分别选择一对定量离子和定性离子，按照出峰顺序，分时段检测。多反应监测条件和保留时间等见表3。

表2 流动相梯度洗脱程序Table 2 Gradient elution program of the mobile phase

表3 24 种农药的HPLC-MS/MS 检测参数及结果Table 3 Parameters and results of 24 pesticides determined by HPLC-MS/MS

1.1.5 检测方法的确证 用乙酸乙酯将α-HCH 等19 种农药配制成质量浓度分别为0.005、0.01、0.05、0.1 和0.5 µg/mL 的系列标准工作溶液；用甲醇将扑草净等24 种农药配制成0.005、0.01、0.05、0.1和0.5 µg/mL 的系列标准工作溶液。分别在上述仪器条件下进行分析，以测得峰面积为纵坐标，对应的标准溶液质量浓度为横坐标，绘制标准工作曲线，以考察43 种供试农药的线性相关性。标准工作溶液现配现用。根据添加回收试验，选择最小添加浓度作为方法的定量限，设定0.005、0.05和0.5 mg/kg 3 个添加水平，每个水平5 次重复，用上述分析方法测定方法回收率，以考察所建方法的准确度和精密度。

1.2 土壤样品采集及土壤中农药残留的监测

根据胶东地区苹果、花生、玉米产量、种植面积和市场影响力设置土壤采样点，同时土壤采样点位置的确定、样品采集、保存及制备参照HJ/T 166—2004《土壤环境监测技术规范》[13]要求进行。采样点需均匀布点，采用对角线法采集土壤样品，土壤垂向剖面按照地表以下0～20 cm进行采样，去除石子、动物残体和植物根系残留等影响储存效果和测定结果的物体。每个采样点采集5 个样品，最大程度的提高样品代表性，将5 点土壤样品均匀混合，最后取1 kg 左右的土壤样品，自然风干、碾碎后过1 mm 孔径分样筛，充分混匀，四分法保留样品约500 g，装于自封袋中，置于 -20 ℃冰箱中保存待测。按照上述要求采集土壤样品：2021 年7 月下旬，在栖霞 (n= 5)、招远 (n= 3)、蓬莱 (n= 3)、牟平 (n= 3)、海阳 (n= 3)、莱州 (n= 3)、龙口 (n= 2)、文登 (n= 2)、乳山 (n= 2)、莱西 (n= 2) 和平度 (n= 2) 11 个市县共采集30 个苹果地土壤样品；在荣成 (n= 4)、文登 (n= 4)、平度 (n= 4)、海阳 (n= 3)、莱阳 (n= 3) 和莱西(n= 2) 6 个市县共采集20 个花生地土壤样品；在平度 (n= 5)、莱西 (n= 4)、莱州 (n= 4)、莱阳(n= 3)、海阳 (n= 2) 和文登 (n= 2) 6 个市县共采集20 个玉米地土壤样品，最大限度覆盖胶东地区对应的典型农业生产区。

使用上述所建立的GC-MS/MS 和UPLC-MS/MS 分析方法，测定70 个土壤样品中上述43 种农药残留，外标法定量。

2 结果与讨论

2.1 土壤中农药残留分析方法

在GC-MS/MS 和UPLC-MS/MS 的分析条件下，测定空白土壤样品及添加43 种农药的土壤样品中农药残留情况。结果表明，样品基质不干扰农药的检测，优化建立的土壤样品中19 种农药残留的GC-MS/MS 分析方法和24 种农药残留的UPLCMS/MS 方法，均具有良好的特异性和灵敏度。线性范围及添加回收结果表明，43 种农药在各类型土壤中的线性相关性良好，决定系数(R2)在0.9959～0.9999 之间，方法定量限均为0.005 mg/kg，43 种农药的回收率在71%～110%之间，相对标准偏差在1.1%～10.2%之间，方法的准确度和精密度均能满足农药残留分析要求。

2.2 苹果、花生、玉米的施药情况

经调研及文献查阅，了解到胶东地区苹果、花生和玉米的施药情况：胶东地区苹果常用杀虫剂有吡虫啉、哒螨灵和氯氟氰菊酯等，常用杀菌剂有多菌灵、戊唑醇和苯醚甲环唑等[14-16]；胶东地区花生常用杀虫剂有吡虫啉、啶虫脒和高效氯氰菊酯等，常用杀菌剂有苯醚甲环唑、多菌灵和丙环唑等，常用除草剂有乙草胺、异丙甲草胺和扑草净等[17-18]；胶东地区玉米常用杀虫剂有毒死蜱、敌百虫和氯虫苯甲酰胺等，常用杀菌剂有戊唑醇、苯醚甲环唑和多菌灵等，常用除草剂有乙草胺、异丙草胺和莠去津等[19-20]。

2.3 苹果地、花生地、玉米地土壤中的农药残留监测结果及分析

胶东地区70 个土壤样品中43 种农药残留结果见表4。结果表明，有60 个土壤样品被检出农药残留，检出率为85.7%；土壤中共检出18 种农药，检出范围分别为 ＜0.005～0.18 mg/kg，检出率在1.4%～45.7%之间，吡虫啉、戊唑醇、多菌灵、DDTs、乙草胺和苯醚甲环唑6 种农药的检出率相对较高，分别为45.7%、31.4%、30.0%、27.1%、24.3%和22.9%，噻嗪酮、氯虫苯甲酰胺和抗蚜威检出率较低，均为1.4%，农药残留量因农民对农药的选择不同而具有较大差异。

表4 胶东地区土壤中检出农药的残留量Table 4 Residues of pesticides detected in soil samples of Jiaodong area

不同土地利用类型土壤中农药残留结果见表5。结果表明，18 种农药在苹果地、花生地和玉米地土壤样品中有不同程度的检出。30 个苹果地土壤样品中有27 个样品检出农药残留，检出率为90.0%，有16 种农药被检出，其中戊唑醇、吡虫啉、苯醚甲环唑、多菌灵、毒死蜱和DDTs 6 种农药的检出率相对较高，分别为60.0%、56.7%、40.0%、36.7%、26.7%和23.3%，检出范围分别为 ＜0.005～0.13 mg/kg、＜0.005～0.033 mg/kg、＜0.005～0.0090 mg/kg、＜0.005～0.019 mg/kg、＜0.005～0.093 mg/kg 和 ＜0.005～0.040 mg/kg，戊唑醇和吡虫啉残留中位数均为0.005 mg/kg，苯醚甲环唑、多菌灵、毒死蜱和DDTs 残留中位数均为＜0.005 mg/kg。苹果地土壤样品中农药残留检出情况与施药调查情况基本一致，戊唑醇、苯醚甲环唑和多菌灵是苹果园常用杀菌剂，吡虫啉是苹果园常用杀虫剂，毒死蜱作为一种典型的高毒高残留有机磷农药，自2016 年12 月31 日起禁止在蔬菜上使用，仍可在果树上使用，且毒死蜱复配农药较多，效果较好，果农习惯施用，由此造成土壤中检出率相对较高。此外，上述几种农药检出率高与采样时间有很大关系，施药与采样间隔时间越短，被施农药的检出率和残留值相对越高。20 个花生地土壤样品中有16 个样品检出农药残留，检出率为80.0%，有8 种农药被检出，其中乙草胺、吡虫啉、DDTs、多菌灵和莠去津5 种农药的检出率相对较高，分别为35.0%、30.0%、25.0%、20.0% 和20.0%，检出范围分别为＜0.005～0.010 mg/kg、＜0.005～0.0080 mg/kg、＜0.005～0.022 mg/kg、＜0.005～0.0060 mg/kg 和＜0.005～0.0090 mg/kg，残留中位数均为 ＜0.005 mg/kg。20 个玉米地土壤样品中有17 个样品检出农药残留，检出率为85.0%，有11 种农药被检出，其中吡虫啉、乙草胺、DDTs、多菌灵和苯醚甲环唑5 种农药的检出率相对较高，分别为45.0%、45.0%、35.0%、30.0%和20.0%，检出范围分别为 ＜0.005～0.058 mg/kg、＜0.005～0.019 mg/kg、＜0.005～0.18 mg/kg、＜0.005～0.0080 mg/kg 和 ＜0.005～0.010 mg/kg，残留中位数均为＜0.005 mg/kg。花生地和玉米地检出农药基本一致，二者和苹果地农药残留有一定差异，7 月是花生和玉米病、虫、草害高发期，而除草剂乙草胺、杀虫剂吡虫啉和杀菌剂多菌灵施用效果较好，此时施药相对较多，因此采集的花生地和玉米地土壤中这几种农药检出率也相对较高。6 种农药在上述3 种土地利用类型土壤中均有检出，其中吡虫啉、多菌灵不但有检出，且检出率均相对较高，这与吡虫啉、多菌灵在上述3 种农作物上均使用较多有一定关系。上述3 种土地利用类型土壤中所有检出农药种类与前期病、虫、草害防治有很大关系。其次，多种农药混施可能增加农药在土壤中的累积风险，此外，农药漂移也是上述农药检出率高的一个可能性因素。

表5 不同土地利用类型土壤中农药残留情况Table 5 Pesticide residues in soil samples of different land utilizations

3 种土地利用类型土壤中检出的农药种类及含量有一定差异，农药种类与农作物病虫草害密切相关，因农作物种类不同，作物病虫草害不同，施用的农药品种和用药水平也不同，因而造成农药在不同土地利用类型土壤中的残留差异。其次，不同土地利用类型，土壤透气性、翻耕程度及微生物活动强弱不同，农药降解速度也不同[22]。再者，农药残留与气候条件及经济发展水平也有一定的关系[3]。最后，土壤采集时间也是残留水平不同的一个重要因素，土壤中农药残留是动态的，农作物病虫草害高发时，施用农药相对较多，残留量也将更高。

土壤中农药残留特征与施药调查情况存在密切关联性，土壤中农药残留特征反映了施药调查情况中收集到的农药使用信息，3 种土地利用类型土壤中吡虫啉和多菌灵的检出率和残留量较高，推断胶东地区在过去一段时间内使用了较多的吡虫啉和多菌灵。施药调查情况可以解释土壤中农药残留特征的差异，不同作物、不同防治对象和不同施药方式等都会影响土壤中农药的残留量。通过对施药调查中收集到的信息进行分析，更好理解土壤中农药残留分析结果的差异。对比分析这两个方面的数据可以深入了解胶东地区农药的使用情况，为制定合理的农药使用策略提供重要参考依据。

在上述检出农药当中，DDTs 作为高风险农药，需重点关注。我国于1983 年宣布停止生产和使用DDTs 和HCHs。截止到目前，已经禁用了40 年，其在环境中的残留量已逐步降低，但其对生态的影响远未消除，在各种环境介质中仍被检出[23-28]。胶东地区上述3 种土地利用类型土壤中均未检出HCHs，但均检出DDTs，3 种土地利用类型土壤中DDTs 检出率均达到25%，和代杰瑞等[11]研究结果基本一致，DDTs 含量顺序为玉米地 ＞ 苹果地 ＞ 花生地，3 种土地利用类型土壤中的DDTs含量差异较显著。对于土壤中HCHs 未检出而DDTs 检出率较高，主要是由于HCHs 的蒸气压比DDTs 大，HCHs 易挥发而进入大气，而DDTs则易被土壤胶体吸附，且DDTs 在土壤中的平均降解时间也长于HCHs[23]。DDTs 对人体具有致癌风险，且在环境中具有较长的持久性与较强毒性[29]，我国GB 15618—2018《农用地土壤环境风险管控标准》中规定其风险筛选值为0.1 mg/kg[30]，有一例玉米地土壤样品DDTs 含量 (0.18 mg/kg) 高于风险筛选值，可能存在农用地土壤污染风险，后期应加强土壤环境监测和农产品协同监测。

本次监测取样的数量有限，后期应根据农作物病虫草害的发生和农药使用情况，持续监测胶东地区土壤环境的农药残留，及时了解农药残留情况，为保障农产品安全和土壤环境安全提供依据。采用适当的栽培管理措施来减少农药的使用和残留，包括选择抗病虫害的品种、合理施肥和灌溉、采用生物防治等综合措施，减少对化学农药的依赖。此外要持续加强农药监管，严格禁用、限用中高毒农药，加强生物农药的开发与应用，持续减少化学农药的使用。在植物病虫草害防治中以预防为主，实施绿色防控，制定科学的防治方案，促进胶东地区农业绿色发展，助力农村经济快速发展，推动现代农业的健康可持续发展。

3 结论

本研究建立了土壤中43 种农药残留的GCMS/MS 和UPLC-MS/MS 分析方法，所建立的方法具有良好的线性和灵敏度，方法准确度和精密度均能满足农药残留分析要求。在调研了胶东地区苹果、花生和玉米的施药情况基础上，运用所建立的分析方法对胶东地区苹果、花生和玉米主产区表层土壤样品中的43 种农药残留进行了监测，结果表明：

1)胶东地区土壤中共检出18 种农药，检出范围分别为 ＜0.005～0.18 mg/kg，检出率在1.4%～45.7%之间，吡虫啉、戊唑醇、多菌灵、DDTs、乙草胺和苯醚甲环唑6 种农药的检出率相对较高。

2)不同土地利用类型土壤中农药种类及含量差异较显著，苹果地土壤样品中有16 种农药被检出，其中戊唑醇、吡虫啉、苯醚甲环唑、多菌灵、毒死蜱和DDTs 6 种农药的检出率相对较高，检出范围分别为 ＜0.005～0.13 mg/kg、＜0.005～0.033 mg/kg、＜0.005～0.0090 mg/kg、＜0.005～0.019 mg/kg、＜0.005～0.093 mg/kg 和 ＜0.005～0.040 mg/kg，戊唑醇和吡虫啉残留中位数均为0.005 mg/kg，苯醚甲环唑、多菌灵、毒死蜱和DDTs 残留中位数均为 ＜0.005 mg/kg。花生地土壤样品中有8 种农药被检出，其中乙草胺、吡虫啉、DDTs、多菌灵和莠去津5 种农药的检出率相对较高，检出范围分别为 ＜0.005～0.010 mg/kg、＜0.005～0.0080 mg/kg、＜0.005～0.022 mg/kg、＜0.005～0.0060 mg/kg 和 ＜0.005～0.0090 mg/kg，残留中位数均为＜0.005 mg/kg。玉米地土壤样品中有11 种农药被检出，其中吡虫啉、乙草胺、DDTs、多菌灵和苯醚甲环唑5 种农药的检出率相对较高，检出范围分别为 ＜0.005～0.058 mg/kg、＜0.005～0.019 mg/kg、＜0.005～0.18 mg/kg、＜0.005～0.0080 mg/kg 和＜0.005～0.010 mg/kg，残留中位数均为 ＜0.005 mg/kg。

3) 有一例玉米地土壤样品DDTs 含量 (0.18 mg/kg) 高于于风险筛选值，可能存在农用地土壤污染风险，后期应加强土壤环境监测和农产品协同监测。

本次监测为了解不同土地利用类型土壤的农药污染情况提供了研究数据，为指导农药的减量安全使用、病虫草害防治及生态风险评价提供参考，后期应持续健全监管体系和监测体系，提升种植者的用药规范意识，不断提升土壤环境质量。