戊唑醇在不同類型香蕉種植土壤中的環(huán)境行為研究

崔媛媛，周 佳，梁水連，王明月，戎 瑜，宋 佳，呂岱竹

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430072；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院分析測試中心，海南 海口 571101；3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430072）

【研究意義】戊唑醇（Tebuconazole）是德國拜爾公司開發(fā)的一種內(nèi)吸性三唑類農(nóng)藥，具有保護(hù)和治療作用，主要通過抑制病原真菌體內(nèi)麥角甾醇的生物生成，使病原菌無法正常形成生物膜而死亡［1］。它是世界上應(yīng)用最廣泛、銷量最大的殺菌劑之一，能有效防治水果、蔬菜、水稻以及小麥等作物上的真菌病害。戊唑醇廣泛應(yīng)用于熱帶農(nóng)業(yè)中，尤其是防治香蕉病害，目前在香蕉上登記的劑型已經(jīng)有乳油、粉劑、懸浮劑等［2-3］。【前人研究進(jìn)展】戊唑醇在環(huán)境中的殘留動(dòng)態(tài)在國內(nèi)外已有相關(guān)報(bào)道，Nikola 等［4］研究了20 種不同農(nóng)田土壤中戊唑醇的吸附情況，結(jié)果表明，土壤總有機(jī)碳和土壤酸堿度對(duì)戊唑醇的吸附起重要作用；Njoi 等［5］在實(shí)驗(yàn)室模擬冬季土壤條件下戊唑醇及其代謝產(chǎn)物在環(huán)境中的消散情況，發(fā)現(xiàn)戊唑醇在土壤中吸附時(shí)間隨劑量增加而增加，戊唑醇容易在土壤中發(fā)生轉(zhuǎn)化，而且其苯基部的轉(zhuǎn)化更為明顯；郭明程等［6］利用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（UPLC-MS/MS）研究了戊唑醇在稻田中的農(nóng)藥殘留，建立了糙米、谷殼、土壤等樣品的檢測方法；羅雪婷等［7］采用在線凝膠色譜-氣相色譜-質(zhì)譜法（GPC-GC/MS）檢測蘋果和土壤中戊唑醇?xì)埩簦?duì)戊唑醇在蘋果和土壤上的殘留消解動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析；Sahoo 等［8］研究了戊唑醇在辣椒和土壤中的降解動(dòng)力學(xué)，表明單次施藥與兩次施藥半衰期有所不同。農(nóng)藥在進(jìn)入大田后，不管以哪種方式施用都會(huì)直接或間接對(duì)大田土壤產(chǎn)生影響。【本研究切入點(diǎn)】香蕉是我國重要的熱帶經(jīng)濟(jì)作物，戊唑醇是香蕉上常用的殺菌劑之一，目前關(guān)于戊唑醇在香蕉上的殘留動(dòng)態(tài)和安全評(píng)價(jià)相關(guān)報(bào)道已有很多，但針對(duì)戊唑醇在香蕉種植土壤中歸趨和遷移規(guī)律的報(bào)道較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】本試驗(yàn)采用氣相色譜-質(zhì)譜檢測方法（GC-MS），研究了戊唑醇在海南磚紅壤、云南沙土、福建平原沖擊土3 個(gè)典型種植區(qū)土壤類型的降解、遷移規(guī)律，并探討其相關(guān)影響因素，從而為戊唑醇在香蕉田間施用和對(duì)香蕉田間環(huán)境影響評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤：海南磚紅壤（壤土，采自海南省澄邁白蓮香蕉實(shí)驗(yàn)基地），云南沙土（砂土，采自云南昆明龍頭街桃園村香蕉實(shí)驗(yàn)基地），福建平原沖積土（沖積性砂壤土，采自福建漳州香蕉實(shí)驗(yàn)基地），基本理化性質(zhì)見表1。土壤樣品均干燥、過0.85 mm 篩后貯存。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physicochemical properties of tested soils

供試藥劑：戊唑醇標(biāo)準(zhǔn)品（純度96.6%）；乙腈、丙酮、正己烷等溶劑均為色譜純或分析純；Strata Florisil（FL-PR）500 mg/6mL 萃取小柱。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 戊唑醇標(biāo)準(zhǔn)溶液制備 準(zhǔn)確稱量0.0104 g戊唑醇標(biāo)準(zhǔn)品，用丙酮定容至10 mL 容量瓶中，得到濃度為1 000 μg/mL 戊唑醇標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照土壤樣品的提取方法得到空白樣品基質(zhì)提取液，逐級(jí)稀釋得到0.0125、0.025、0.05、0.125、0.25 μg/mL 系列基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.2 樣品中戊唑醇的提取（1）土壤樣品提取：取20.00（±0.5）g 土壤加入50 mL 乙腈，震蕩2 h，過濾轉(zhuǎn)移至裝有6 g NaCl 的具塞量筒中，收集40 mL 濾液，加塞劇烈震蕩2 min，靜置0.5 h 以上使乙腈與水分層，準(zhǔn)確移取2 mL 于100 mL 圓底燒瓶中，降壓旋轉(zhuǎn)濃縮至干燥，使用5 mL 正己烷-丙酮（9∶1，V/V）溶液復(fù)溶解，渦旋混勻待凈化。

（2）水樣提取：將20 mL 水樣轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，加入40 mL 二氯甲烷，劇烈震蕩2 min后靜置0.5 h，收集下層溶液，降壓旋轉(zhuǎn)濃縮至干燥，用5 mL 正己烷-丙酮（9∶1，V/V）溶液復(fù)溶解，渦旋混勻待凈化。

（3）樣品凈化：用5 mL 正己烷-丙酮（9∶1，V/V）溶液預(yù)淋洗Strata Florisil（FL-PR）500 mg/6mL 萃取小柱，然后加入待凈化溶液，再用5 mL 正己烷-丙酮（9∶1，V/V）溶液洗脫2 次，降壓旋轉(zhuǎn)濃縮至約0.5 mL，加入5 mL 正己烷進(jìn)行溶劑交換2 次。最后用正己烷準(zhǔn)確定容樣品濃縮液至2.5 mL，待上機(jī)分析。

1.2.3 GC-MS 色譜和質(zhì)譜條件 色譜條件：Thermo 氣相色譜-質(zhì)譜儀（GC-MS）及SLB-5MS色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣為氦氣（He，純度99.999%），流速1.0 mL/min；進(jìn)樣器保護(hù)氣為氮?dú)猓∟2，純度99.999%）；進(jìn)樣口溫度250 ℃；柱溫升溫程序?yàn)椋?0 ℃保持1 min，而后以20 ℃/min 的速度升至 240 ℃保持3 min，再以50 ℃/min 的速度升至280 ℃保持7 min；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量為1 μL。

質(zhì)譜條件：EI 離子源溫度為250 ℃；色譜質(zhì)譜傳輸線溫度為280℃；采用SIM 方式進(jìn)行定性定量分析，保留時(shí)間為13.14 min；定量離子m/z250，m/z125，m/z169；碰撞能量為15 v。

1.2.4 土壤降解試驗(yàn) 取潔凈滅菌的100 mL 具塞錐形瓶若干個(gè)，每個(gè)錐形瓶準(zhǔn)確加入經(jīng)測定含水量折算后土壤凈含量20 g，準(zhǔn)確移取1 000 μg/mL戊唑醇標(biāo)準(zhǔn)母液0.1 mL 于錐形瓶中。加入超純水，控制水量在60%左右，置于恒溫振蕩器上震蕩2 min，使戊唑醇混合均勻，置于25（±2）℃的人工氣候恒溫箱中，日光燈每天連續(xù)光照12 h。根據(jù)土壤樣品來源設(shè)海南、云南、福建3 個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)，并設(shè)空白對(duì)照。檢測間隔期為2 h、1 d、3 d、7 d、14 d、21 d、28 d、42 d、60 d，按照1.2.2 和1.2.3 方法進(jìn)行處理檢測。

1.2.5 土壤吸附性試驗(yàn) 采用振蕩平衡法［9］，稱取5 g 供試土壤樣品于250 mL 具塞錐形瓶中，分別加入25 mL 質(zhì)量濃度為0.05、0.5、5 mg/L 戊唑醇水溶液（含CaCl2介質(zhì)濃度為0.01 mol/L）。根據(jù)土壤樣品來源設(shè)海南、云南、福建3 個(gè)處理，另設(shè)戊唑醇水溶液和空白土壤水溶液（均含0.01 mol/L CaCl2）為對(duì)照，每個(gè)處理3 次重復(fù)。錐形瓶加塞后置于25（±2）℃的恒溫振蕩器下振蕩24 h，得懸浮液，移至離心管中高速離心，取上清液總體積的80%進(jìn)行測定，按1.2.2 和1.2.3 方法提取檢測上清液中戊唑醇濃度。采用線性模型和Freundlich 模型描述戊唑醇在土壤中的吸附規(guī)律［10］。

式中，Cs為土壤對(duì)農(nóng)藥的吸附含量（mg/kg）；Ce為農(nóng)藥在水溶液中的濃度（mg/L）；C0為平衡濃度為零時(shí)土壤農(nóng)藥的吸附量（mg/kg）；Kd,H、Kd,F分別為線性模型和Freundlich 模型土壤吸附系數(shù)（L/kg），表示土壤對(duì)農(nóng)藥吸附能力的大小；1/n 表示Cs與Ce關(guān)系曲線斜率，反映吸附劑表面的非均勻性。

土壤對(duì)農(nóng)藥的吸附自由能（△G，kJ/mol）與土壤吸附系數(shù)Koc的關(guān)系式為：

式中，Koc=K/OC×100，Koc為以有機(jī)碳含量表示的土壤吸附系數(shù)（L/kg）；OC 為土壤有機(jī)碳含量（%）；R 為摩爾氣體常數(shù)（J/K·mol）；T 為絕對(duì)溫度（K）。

1.2.6 土壤淋溶試驗(yàn) 選取內(nèi)徑5 cm、長40 cm的有機(jī)玻璃管作為填充柱，在柱底加入一層棉花、一層1 cm 厚的石英砂和一層濾紙，稱取700～800 g過0.85 mm 篩的海南磚紅壤、云南沙土和福建平原沖積土分別進(jìn)行填充，制備成30（±0.2）cm高的淋溶土柱，均勻滴加1 000 μg/mL 戊唑醇標(biāo)準(zhǔn)母液0.1 mL 于5 g 左右供試土壤中，待溶劑完全揮發(fā)后，均勻鋪在土柱頂部，并在土壤上層加一層濾紙和一層1 cm 厚的石英砂。試驗(yàn)時(shí)，用超純水以30 mL/h 的速度淋洗10 h，收集淋出溶液300 mL。淋洗結(jié)束后將土柱取出，按1～5、5～10、10～20、20～30 cm 切成4 段，分別測定4段土壤樣品和淋出溶液中的戊唑醇?xì)埩袅俊Ｃ總€(gè)處理設(shè)1 個(gè)平行。

2 結(jié)果與分析

2.1 戊唑醇GC-MS 方法的優(yōu)化

本試驗(yàn)中，樣品前處理采用固相萃取法，使用乙腈提取土壤中的戊唑醇，提取效率高，除雜效果好［11］，并使用15 mL 正己烷-丙酮（9∶1，V/V）溶液進(jìn)行凈化，10 mL 正己烷定容。GC-MS法結(jié)合了氣相色譜與質(zhì)譜的優(yōu)點(diǎn)，靈敏度高、分析速度快，分離度更好。由于基質(zhì)會(huì)顯著干擾戊唑醇的分析過程，影響結(jié)果的準(zhǔn)確性［12］，因此，為了消除基質(zhì)效應(yīng)，采用空白樣本基質(zhì)加標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。GC-MS/SIM 檢測方式對(duì)戊唑醇進(jìn)行全掃描試驗(yàn)，得到戊唑醇質(zhì)譜圖以及其保留時(shí)間13.14 min，根據(jù)質(zhì)譜圖選擇相對(duì)豐度較高的m/z250、m/z163、m/z125 離子作為定量離子。

2.2 戊唑醇GC-MS 線性關(guān)系的確立

戊唑醇在土壤中的線性回歸方程為y=4.62795e6x、R2=0.9999，該方法檢出限為0.01 mg/kg。由圖1 可知，0.0125～0.25 μg/mL 范圍內(nèi)，戊唑醇的質(zhì)量濃度與色譜峰面積有著良好的線性關(guān)系。

圖1 戊唑醇在土壤中的工作曲線Fig.1 Working curve of tebuconazole in soil

如表2 所示，0.010、0.025、0.050 mg/L 3 個(gè)添加濃度水平戊唑醇在土壤中的平均回收率為81.20%～100.80%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.81%～4.35%。該方法的精密度和準(zhǔn)確性符合農(nóng)藥殘留分析要求［13-14］，適合戊唑醇在香蕉種植土壤中農(nóng)藥殘留的分析，為食品安全生產(chǎn)提供了參考。

表2 土壤中戊唑醇添加回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 2 Added recovery and RSD of tebuconazole in soil

2.3 戊唑醇在不同類型土壤中的化學(xué)降解動(dòng)態(tài)

對(duì)戊唑醇在3 種香蕉種植土壤中的化學(xué)降解行為進(jìn)行分析，其消解動(dòng)態(tài)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程Ct=C0e-kt。在相同條件下，戊唑醇在不同香蕉種植土壤中的化學(xué)降解速率不同，表現(xiàn)為云南沙土＞海南磚紅壤＞福建平原沖積土，海南磚紅壤、云南沙土、福建平原沖積土的消解半衰期分別為21.07、19.92、24.76 d（表3），3 種不同類型土壤的降解半衰期均小于1 個(gè)月，根據(jù)《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評(píng)價(jià)試驗(yàn)準(zhǔn)則》［9］（下稱《準(zhǔn)則》），戊唑醇在香蕉種植土壤中屬于易降解。

表3 戊唑醇在不同類型土壤中化學(xué)降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 3 Chemical degradation kinetic parameters of tebuconazole in different types of soil

檢測的60 d 內(nèi)，3 種香蕉種植土壤中戊唑醇含量表現(xiàn)出相似的降解趨勢(shì)（圖2），隨著時(shí)間的延長，戊唑醇含量逐漸減少，前40 d 戊唑醇降解速率較快，后20 d 降解速率逐漸變慢。

圖2 戊唑醇在不同香蕉種植土壤下的降解曲線Fig.2 Degradation curve of tebuconazole in different banana planting soils

2.4 戊唑醇在3 種土壤中的吸附特性

戊唑醇在不同香蕉種植土壤中的線性吸附模型和Freundlich 吸附模型參數(shù)見表4，結(jié)果表明吸附數(shù)據(jù)用線性方程Cs=KCe+C0擬合時(shí)具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)（R）均大于0.97，因此采用線性方程擬合描述更加合理［15］。通常用有機(jī)碳吸附系數(shù)Koc來反映農(nóng)藥在土壤中的移動(dòng)性，用自由能△G 來判斷農(nóng)藥吸附性的機(jī)理和程度。由表5 和圖3 可知，戊唑醇在不同香蕉種植土壤的吸附性有所不同，根據(jù)《準(zhǔn)則》［9］劃分標(biāo)準(zhǔn)，戊唑醇在3 種香蕉種植土壤中的Koc值均大于2×104，因此土壤中戊唑醇易被吸附，其中海南磚紅壤對(duì)戊唑醇的吸附能力最強(qiáng)，福建平原沖積土次之，云南沙土的吸附性較差。戊唑醇在3種土壤中的吸附自由能（△G）均為負(fù)值、小于40 kJ/mol，說明戊唑醇在土壤中的吸附過程是自發(fā)的，且表現(xiàn)為物理吸附。

表4 戊唑醇在土壤中的線性吸附等溫方程與Freundlich 方程擬合比較Table 4 Fitting comparison on the linear equation and the Freundlich equation for adsorption isotherm of tebuconazole in soils

表5 戊唑醇在不同種植土壤中的吸附參數(shù)Table 5 Adsorption parameters of tebuconazole in different planting soils

圖3 戊唑醇在土壤中的吸附曲線Fig.3 Adsorption curve of tebuconazole in soil

從戊唑醇在不同土壤淋溶柱中的含量分布（表6）可知，在相同條件下，3 種類型土柱的淋出水中均未檢測出戊唑醇，且隨著土柱的延伸，戊唑醇在柱中土壤的含量逐漸減少，大部分存在于土柱中1～5 cm 處，少量存在于5～10 cm 處，僅有極少量或不存在于10～20、20～30 cm 兩段土柱中。由于淋溶柱0～10 cm 段戊唑醇含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50%，根據(jù)《準(zhǔn)則》［9］表明戊唑醇在3 種香蕉種植土壤的淋溶遷移性很差，均表現(xiàn)為難淋溶，其中戊唑醇在云南沙土中淋溶性最強(qiáng)、其次為福建平原沖積土，而在海南磚紅壤中淋溶性最弱。

表6 戊唑醇在不同土壤淋溶柱中的含量分布Table 6 Content distribution of tebuconazole in different soil leaching columns

3 討論

3.1 戊唑醇在土壤中的降解規(guī)律

戊唑醇在3 種不同類型土壤中的降解半衰期為19.92～24.76 d，屬于易降解農(nóng)藥，這與陳莉等［16］的研究結(jié)果相似，戊唑醇在北京市和濟(jì)南市種植蘋果的土壤中半衰期分別為9.2、16.4 d。本試驗(yàn)中，戊唑醇在3 種土壤中的降解速率差異明顯，在云南沙土降解最快，其次為海南磚紅壤，在福建平原沖積土中降解最慢。農(nóng)藥在土壤中的降解速率與土壤類型、pH、有機(jī)質(zhì)等因素有關(guān)［17-20］。戊唑醇在云南沙土中的降解速率最快，可能是由于云南沙土中pH值、有機(jī)質(zhì)含量均比海南磚紅壤、福建平原沖積土高，有機(jī)質(zhì)能為土壤中的微生物提供能量，加快戊唑醇在土壤中的降解速率。有研究表明，隨著pH 的升高，環(huán)境中的親核基團(tuán)（水或者OH—）會(huì)進(jìn)攻三唑類農(nóng)藥三唑基上的N 原子等親電基團(tuán)，從而加快環(huán)境中三唑類農(nóng)藥的降解速率［21-22］。

3.2 戊唑醇在土壤中的吸附與遷移

農(nóng)藥在土壤中的遷移能力與其在土壤中的吸附和淋溶有關(guān)［23］，而農(nóng)藥吸附和淋溶強(qiáng)弱主要取決于農(nóng)藥性質(zhì)和土壤性質(zhì)［24-25］。農(nóng)藥的水溶性越弱，其在土壤中的吸附性越強(qiáng)［26］，戊唑醇在純水中的溶解度為0.032 g/L（20 ℃），難溶于水，因此戊唑醇在土壤中的易吸附可能與其水溶性弱有關(guān)。同時(shí)，土壤對(duì)農(nóng)藥的吸附能力與吸附常數(shù)K 值相關(guān)，K 值越大，其吸附性越強(qiáng)，而K 值的大小與土壤理化性質(zhì)有關(guān)。本試驗(yàn)中，戊唑醇在3 種香蕉種植土壤中的吸附能力表現(xiàn)為海南磚紅壤＞福建平原沖積土＞云南沙土。磚紅壤風(fēng)化作用和富鋁化作用強(qiáng)烈，含有豐富的鐵鋁化合物，而Mader 等［27］試驗(yàn)表明，土壤中粘土礦物具有大量的結(jié)合位點(diǎn)，對(duì)農(nóng)藥化合物具有一定的吸附作用，因此戊唑醇在海南磚紅壤中吸附性最強(qiáng)。

農(nóng)藥淋溶是地下水污染的重要因素之一［28］，農(nóng)藥淋溶性越強(qiáng)，進(jìn)入地下水的可能性越大。本試驗(yàn)中，戊唑醇絕大部分殘留在土柱0～5、5～10 cm 處，海南磚紅壤、云南沙土和福建平原沖積土在此兩段土層中的農(nóng)藥殘留量分別占施加農(nóng)藥量的92.8%、84.9%和84.3%，而在10～20 cm處3 種土壤均有少量殘留檢出，在土柱20～30 cm處僅云南沙土中有戊唑醇?xì)埩魴z出，淋出水中基本上沒有檢出農(nóng)藥殘留，表明戊唑醇在不同香蕉種植土壤的淋溶性很差，這是由于戊唑醇的水溶性差，同時(shí)土壤對(duì)戊唑醇有較強(qiáng)的吸附性所造成的。這表明戊唑醇在不同香蕉種植土壤中其淋溶性存在一定的差異，其中云南沙土淋溶性最強(qiáng)，海南磚紅壤淋溶性最弱。由于戊唑醇是分子型有機(jī)農(nóng)藥，偏弱酸性，土壤pH 值的高低會(huì)影響它在土壤中的離子化程度和水解程度，土壤偏堿性有利于戊唑醇電離和水解反應(yīng)的發(fā)生［20］，而農(nóng)藥在土壤中吸附的主要形態(tài)為分子態(tài)，其陰離子很難在土壤中被吸附［29］，因此戊唑醇在偏弱堿性的云南沙土中其淋溶能力會(huì)比偏酸性的海南磚紅壤和福建平原沖積土更強(qiáng)。

Kreuzig 等［23］研究表明，污染物在土壤中的K 值小于2，則污染物易在土壤中遷移，對(duì)環(huán)境造成危害。本試驗(yàn)中3 種香蕉種植土壤的K 值均大于2，表明戊唑醇在香蕉土壤中殘留量較低，遷移風(fēng)險(xiǎn)也較低，不易滲透至深層土壤污染地下水，不過戊唑醇屬于內(nèi)吸性農(nóng)藥，在表層土壤的殘留量高，半衰期又相對(duì)較長，會(huì)增加戊唑醇在表層土壤的累積，對(duì)后茬作物存在一定的影響。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，戊唑醇在3 種不同類型香蕉種植土壤中的降解半衰期為19.92～24.76 d，屬于易降解農(nóng)藥；海南磚紅壤對(duì)戊唑醇的吸附能力最強(qiáng)，福建平原沖擊土次之，云南沙土最弱；農(nóng)藥淋溶性與其水溶性和土壤吸附能力有直接的相關(guān)性，戊唑醇在云南沙土中的淋溶作用最強(qiáng)，海南磚紅壤中最弱；在土壤0～10 cm 深度，戊唑醇的殘留量最多，占施藥量80%以上，淋出水中基本無農(nóng)藥殘留檢出。綜上，戊唑醇在不同香蕉種植土壤中的歸趨行為表現(xiàn)為易吸附、難淋溶、易降解，對(duì)香蕉大田種植環(huán)境比較安全。