三氟苯嘧啶在稻田中的降解動態和殘留分析

郭亞軍 趙明 陳小軍 王曉林 張軍

摘要：采用LC-MS/MS（液相色譜-質譜/質譜）法研究了10%三氟苯嘧啶懸浮劑中三氟苯嘧啶在江蘇省揚州市、安徽省宣城市2地水稻田中的殘留降解動態和最終殘留量。研究結果表明，三氟苯嘧啶在稻田水稻植株、土壤和田水中降解動態符合一級動力學方程，在水稻植株、土壤和田水中的降解半衰期分別為9.40～11.26、5.53～5.89、799～8.25 d。10%三氟苯嘧啶懸浮劑分別以225、337.5 mL/hm2這2個劑量施用后，在土壤中最終殘留濃度分別為0010～0.014、0.028～0.037 mg/kg，在稻米中最終殘留濃度分別為0.003～0.006、0.008～0.009 mg/kg。三氟苯嘧啶在大米中的殘留濃度低于農藥殘留聯席會議規定的大米中三氟苯嘧啶的殘留限量標準，在此劑量下使用三氟苯嘧啶對水稻及環境是安全的。

關鍵詞：三氟苯嘧啶;水稻;土壤;田水;降解;殘留

中圖分類號： S482.3;TQ450.2+63文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2021）02-0071-05

收稿日期：2020-10-24

基金項目：江蘇省重點研發計劃（編號：BE2019340、BE2018362）;江蘇省揚州市科技計劃（編號：YZ2019139）。

作者簡介：郭亞軍（1975—），男，江蘇揚州人，碩士，高級農藝師，主要從事植保、栽培、農藥學及農產品安全監測研究。E-mail：381896070@qq.com。

通信作者：陳小軍，博士，副教授，主要從事植物保護學和農藥殘留分析研究，E-mail：cxj@yzu.edu.cn;

張軍，博士，教授，從事作物高效栽培生態生理及優質清潔生產研究。

作為一類危害極重的專食性水稻害蟲，稻飛虱嚴重地影響了我國水稻的產量和品質，嚴重威脅了中國的糧食安全[1-3]。多年來，用于防治稻飛虱的農藥主要有噻蟲嗪、烯啶蟲胺等新煙堿類殺蟲劑，以及吡蚜酮、噻嗪酮等殺蟲劑。然而，由于長期單一使用此類藥劑，導致稻飛虱對大部分新煙堿類殺蟲劑、吡蚜酮、噻嗪酮等產生了較高的抗藥性[4-6]。因此，田間防控稻飛虱時農藥施藥量大大增加，進而導致環境問題日益嚴重[7-8]，也導致對非靶標生物的毒性效應也逐漸暴露出來。前人研究表明蜜蜂種群的減少與新煙堿類農藥的大量使用具有一定的關系[9-10]。

三氟苯嘧啶（Triflumezopyrim，CAS：1263133-33-0）是一種新型介離子類殺蟲劑[11-12]。目前，在我國取得登記的三氟苯嘧啶制劑產品主要有10%三氟苯嘧啶懸浮劑和23%溴酰·三氟苯懸浮劑、11%阿維·三氟苯懸浮劑和19%氯蟲·三氟苯懸浮劑[13]。三氟苯嘧啶可以通過抑制昆蟲乙酰膽堿受體上正構位點的結合來有效防治棉花、水稻等作物上的稻飛虱、葉蟬等農業害蟲[14-15]。此外，越來越多的研究表明三氟苯嘧啶防治稻飛虱表現出極好的效果。Zhu等研究發現三氟苯嘧啶對褐飛虱的殺蟲活性遠高于吡蟲啉[16]。張國等研究發現三氟苯嘧啶對田間褐飛虱和白背飛虱14 d后的防治效果可達到90%以上[17]。雖然三氟苯嘧啶同樣作用于昆蟲的煙堿乙酰膽堿受體，但作用機理不同于現有的新煙堿類殺蟲劑[18-19]。除此之外，目前的研究表明三氟苯嘧啶對天敵生物具有較高的選擇性和安全性，如三氟苯嘧啶對傳粉媒介昆蟲等非靶標生物體影響較小[19]。目前，三氟苯嘧啶施用后在稻田中的降解動態和安全性評價研究未見報道。因此，探討三氟苯嘧啶在水稻種植環境中殘留降解動態和稻米中的最終殘留量，可為稻米生產中三氟苯嘧啶殘留的控制和環境風險評估提供科學依據，具有較大的生產指導意義。

1材料與方法

1.1試劑與儀器設備

97%三氟苯嘧啶原粉：由揚州大學農藥研究所制備和提純;10%三氟苯嘧啶懸浮劑：美國杜邦公司生產;PSA（N-丙基乙二胺）和C18：國藥集團化學試劑有限公司。BSA224S-CW型電子天平（精確至0.000 1 g）;Agilent 1200-6460型三重串聯四極桿液相色譜-質譜聯用儀：美國Agilent公司;Lyoquest-55型冷凍干燥機：Telstar公司;渦旋攪拌器MX-F：北京科博賽爾上海萌睿生物科技;臺式高速離心機：湖南赫西儀器裝備有限公司。

1.2試驗設計

1.2.1降解動態試驗三氟苯嘧啶在稻田中的降解動態試驗按照農業農村部的農藥殘留試驗方法進行[20]。選擇江蘇省揚州市江都區小紀鎮水稻田、安徽省試驗地塊為安徽省宣城市郎溪縣水稻田為供試試驗田。供試水稻品種為“南粳9108”。試驗區面積180 m2，平均分為2個區，分別用于10%三氟苯嘧啶懸浮劑處理和空白對照，每個處理面積各90 m2。施藥處理時間是水稻的分蘗高峰期。施藥前田間先灌入5～7 cm水層，隨后堵塞所有的排灌口。將10%三氟苯嘧啶懸浮劑噴霧施用，試驗用量是制劑量225 mL/hm2，藥后田水不排不灌。另設空白對照（CK），空白對照僅施氮肥，每處理重復3次。分別于藥后2 h及1、3、5、7、14、21 d，定時采集分析樣本。

水稻植株樣品的采集：隨機抽取試驗小區地表以上的植株1.0 kg，用粉粹機粉粹，均勻混合后，用四分法取樣，每份250 g分別裝于封口袋編號，貯存于-20 ℃冰柜中。

土壤樣品的采集：將泥土轉入瓷盆中，放入恒溫箱60 ℃烘干后，經粉碎機粉碎后，過40目篩，混勻后稱量進行縮分留取500 g，裝入保鮮袋，放入 -20 ℃ 低溫貯存，待處理分析。

田水樣品的采集：混合均勻，沉淀過濾后量取 2 000 mL，裝入膠罐中，在-20 ℃保存，待處理分析。

1.2.2最終殘留試驗按照農業農村部的農藥殘留試驗方法進行[20]。將最終殘留試驗區分成3個區，每個區組劃分成3個小區。稻株在分蘗的高峰期施藥，10%三氟苯嘧啶懸浮劑試驗劑量分別是225.0 mL/hm2（常規劑量）和337.5 mL/hm2（高劑量），另設空白對照，共3個處理，每處理3次重復，各個處理隨機排列。將10%三氟苯嘧啶懸浮劑稀釋后噴霧施用，施藥后保留水層約7 d，以后按照水稻高產栽培技術進行正常的田間管理。于水稻完全成熟時，采集分析樣本。

土壤樣品的取樣：將泥土轉入瓷盆中，放入恒溫箱60 ℃烘干后，經粉碎機粉碎后，過40目篩，混勻后稱量進行縮分留取500 g，裝入保鮮袋，放入 -20 ℃ 低溫貯存，待處理分析。

稻米樣品的取樣：每小區收割水稻全株約3 kg，分別用密封袋包裝好后運回實驗室，脫粒，將稻谷和植株分開。稻谷在玻璃網室中自然曬干，然后進行篩選，剔除空粒和不飽滿的籽粒，余下飽滿的谷粒進行縮分，保留約500 g，裝保鮮袋放入-20 ℃低溫保存，待處理分析。

1.3殘留樣品的前處理方法

1.3.1植株和稻米樣品采用QuEChERS法制備、凈化樣品。具體方法參照文獻[21]，樣品經前處理后，待LC-MS/MS分析。

1.3.2土壤樣品采用QuEChERS法制備、凈化樣品。分別稱取不同地區水稻田土壤樣品5 g于 50 mL 離心管，每處理重復3次。加入1 g氯化鈉、2 g 無水硫酸鎂和5 mL乙腈勻漿后，6 000 r/min離心5 min;取上清液2 mL，加入50 mg無水硫酸鎂和100 mg PSA-C18（質量比1 ∶1），于6 000 r/min下離心5 min;取1 mL上清液氮吹至干，用1 mL色譜純乙腈溶解，過0.45 μm有機濾膜，待LC-MS/MS分析。

1.3.3田水樣品采用液液萃取法制備樣品。分別取經過濾后的水體樣10 mL于50 mL離心管中，添加水平分別為1、0.5和0.05 mg/kg，每處理重復3次。加入4 mL 乙酸乙酯-二氯甲烷（體積比 1 ∶1）混合溶液和2 g氯化鈉，振蕩3 min，靜置 2 min;取上清液2 mL，加入適量的無水硫酸鈉，搖勻振蕩后取1 mL上清液氮吹至干，用1 mL色譜純乙腈溶解，過0.45 μm有機濾膜過濾后，待LC-MS/MS分析。

1.4三氟苯嘧啶在水稻植株、稻米、土壤及田水中的添加回收率

分別稱取5.0 g空白植株、稻米或土壤樣品于50 mL 離心管中，各加入一定量的三氟苯嘧啶標準溶液，水稻植株、稻米、土壤中所添加的濃度水平分別為0.02、0.05、0.10 mg/kg，田水中所添加的濃度水平分別為0.02、0.05、0.10 mg/L，同時設置空白對照，每處理重復3次。計算添加回收率及標準偏差。

1.5三氟苯嘧啶的LC-MS/MS檢測條件

色譜檢測條件：Agilent Eclipse Plus C18色譜柱（150 mm ×4.6 mm，5 μm）;柱溫：35 ℃;進樣量：5 μL;流動相為乙腈（A）和0.5%甲酸水溶液（B），梯度洗脫比例為0 min，A ∶B=40 ∶60（體積比）;0～3 min，A ∶B=90 ∶10（體積比）;3～10 min，A ∶B=40 ∶60（體積比）;流速：0.3 mL/min。

質譜檢測條件：離子源：ESI，負離子掃描;檢測模式：多反應檢測模式;去簇電壓：-120 V;干燥氣體溫度：300 ℃，干燥氣體流速：10 L/min，霧化氣壓力：15 psi，鞘氣溫度：250 ℃，鞘氣流速：7 L/min，毛細管電壓：4 kV，噴嘴電壓：500 V。三氟苯嘧啶的定性離子對399/306、定量離子對為399/279[21]。

1.6數據分析

農藥降解動力學方程按一級動力學方程計算：

Ct=C0e-kt，t1/2=ln2k。

式中：t1/2為降解半衰期，k為降解速率常數，C0為三氟苯嘧啶的初始濃度，Ct為t時刻三氟苯嘧啶的殘存濃度。

2結果與分析

2.1三氟苯嘧啶在植株、稻米、土壤和田水中的添加回收率

對水稻植株、稻米、土壤和田水等各基質中殘留的三氟苯嘧啶進行定性和定量分析時，其定性離子對為399/306、定量離子對為399/279。在檢測分析時，水稻植株、稻米、土壤和田水中三氟苯嘧啶的最低檢出濃度分別是0.003 mg/kg、0.003 mg/kg、0003 mg/kg、0.003 mg/L。各基質中三氟苯嘧啶的添加回收率是82.75%～92.50%，結果（表1）表明，各樣本的添加回收率和變異系數在允許范圍內，符合農藥殘留分析的要求[20]。

2.2三氟苯嘧啶在水稻種植環境中的降解動態

2.2.1水稻植株中三氟苯嘧啶的降解動態三氟苯嘧啶在江蘇省揚州市水稻植株中降解動力學方程為Ct=5.490 1e-0.074 2t，降解半衰期為9.34 d;三氟苯嘧啶在安徽省宣城市水稻植株上的三氟苯嘧啶的降解動力學方程為Ct=5.794 7e-0.061 5t，降解半衰期為11.26 d（表2）。三氟苯嘧啶在2地水稻植株上的降解動態見圖1。

2.2.2土壤中三氟苯嘧啶的降解動態三氟苯嘧啶在江蘇省揚州市水稻田土壤中降解動力學方程為Ct=1.917 6e-0.125 3t，降解半衰期為5.53 d;三氟苯嘧啶在安徽省宣城市水稻田土壤中的三氟苯嘧啶的降解動力學方程為Ct=2.104 4e-0.117 7t，降解半衰期為5.89 d（表2）。三氟苯嘧啶在2地水稻田土壤中的降解動態見圖2。

2.2.3田水中三氟苯嘧啶的降解動態三氟苯嘧啶在江蘇省揚州市稻田田水中降解動力學方程為Ct=0.495 0e-0.086 8t，降解半衰期為7.99 d;三氟苯嘧啶在安徽省宣城市稻田田水中的三氟苯嘧啶的降解動力學方程為Ct=0.513 2e-0.084 0t，降解半衰期為8.25 d（表2）。三氟苯嘧啶在2地稻田田水中的降解動態見圖3。

2.3三氟苯嘧啶在稻米和土壤中的最終殘留量

2.3.1土壤中三氟苯嘧啶的最終殘留量10%三氟苯嘧啶懸浮劑以225.0 mL/hm2和337.5 mL/hm2劑量噴霧施用后，三氟苯嘧啶在江蘇省揚州市土壤中最終殘留量為0.010～0.028 mg/kg，在安徽省宣城市土壤中最終殘留量為0.014～0037 mg/kg（表3）。

2.3.2稻米中三氟苯嘧啶的最終殘留量10%三氟苯嘧啶懸浮劑以225.0 mL/hm2劑量在水稻上噴霧施用后， 在江蘇省揚州市和安徽省宣城市2地稻米中殘留的三氟苯嘧啶濃度分別為0.003、 0.006 mg/kg;以337.5 mL/hm2劑量在水稻上噴霧施用后，在江蘇省揚州市和安徽省宣城市稻米中的三氟苯嘧啶的殘留量分別為0.008、0.009 mg/kg（表4）。

3討論及結論

三氟苯嘧啶在水稻種植環境中的降解動態符合一級動力學方程，但在水稻植株、土壤、田水中降解速率是有差別的。三氟苯嘧啶在江蘇省揚州市和安徽省宣城市水稻植株中的降解半衰期分別為9.73、10.70 d，在稻田土壤中的降解半衰期分別為5.53、5.89 d，在稻田田水中的降解半衰期分別為799、8.25 d。在2地的降解半衰期不同主要由2地的土壤類型、性質、環境溫度等因素引起。根據三氟苯嘧啶的化學結構及相關研究[22]，它在水稻種植環境中發生降解，其降解產物可能為IN-R3Z91、IN-RPA16、IN-RPA19、IN-RPA47、IN-RUB93、IN-R6U70、IN-R6U71、IN-R6U72、IN-R6U73、IN-SBV06和IN-Y2186，其降解可能路徑見圖4，在不同環境介質中的降解路徑可以根據具體的降解產物進行分析和確定。

由于三氟苯嘧啶是防治水稻飛虱的有效殺蟲劑，10%三氟苯嘧啶懸浮劑在實際應用時，建議使用劑量是225.0～337.5 mL/hm2，在此使用劑量下三氟苯嘧啶對水稻苗及環境是安全的。美國于2017年對三氟苯嘧啶的最大殘留限量進行了規定，在去殼大米和含殼大米中的最大殘留限量分別為0.4、

1.0 mg/kg;日本于2018年發布的大米中三氟苯嘧啶的最大殘留限量為0.01 mg/kg;加拿大衛生部發布大米中的三氟苯嘧啶最大限量為0.2 mg/kg[23]。農藥殘留聯席會議和歐洲食品安全管理局建議的三氟苯嘧啶的最大殘留限量，除農藥殘留聯席會議對大米中三氟苯嘧啶的殘留限量為0.2 mg/kg外，其余國家和地區中規定大米中三氟苯嘧啶的殘留限量為0.01 mg/kg[23-24]。

本研究中采用LC-MS/MS法研究了三氟苯嘧啶在江蘇省、安徽省2地水稻植株、土壤和田水中的殘留降解動態和在稻米和土壤中的最終殘留量。研究結果表明，三氟苯嘧啶在水稻植株、土壤和田水中降解動態符合一級動力學方程，在水稻植株、土壤和田水中的降解半衰期分別為9.4～11.26、553～589、7.99～8.25 d;10%三氟苯嘧啶懸浮劑以225.0、337.5 mL/hm2這2個劑量施藥后，在土壤中最終殘留量分別為0.01～0.014、0.028～0037 mg/kg，在稻米中最終殘留量分別為 0.003～0.006、0.008～0.009 mg/kg，殘留量低于農藥殘留聯席會議規定的大米中三氟苯嘧啶的殘留限量標準，在此使用劑量下使用三氟苯嘧啶對水稻及環境是安全的。

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