螺虫乙酯在柑橘中的残留消减动态

吴文铸，李菊颖，何 健，陈全博，单正军

(环境保护部南京环境科学研究所/ 国家环境保护农药环境评价与污染控制重点实验室，江苏 南京 210042)



螺虫乙酯在柑橘中的残留消减动态

吴文铸，李菊颖，何 健，陈全博，单正军①

(环境保护部南京环境科学研究所/ 国家环境保护农药环境评价与污染控制重点实验室，江苏 南京 210042)

采用乙腈提取、N-丙基乙二胺(PSA)和无水硫酸镁净化、液质联用测定的方法，研究了江苏省苏州市、福建省福州市和重庆市柑橘施用螺虫乙酯农药后的螺虫乙酯母体及代谢产物在柑橘和土壤中的残留消减动力学规律以及最终残留情况。结果表明，螺虫乙酯母体在苏州、福州和重庆柑橘中的消减半衰期分别为6.7～9.6、4.7～9.5和7.8～9.5 d，在土壤中的消减半衰期分别为1.4～2.3、1.3～4.9和2.3～3.6 d。在柑橘中按照最高推荐剂量(有效成分60 mg·kg-1)和最高推荐剂量的1.5倍(90 mg·kg-1)施用螺虫乙酯，施药2～3次时，收获的柑橘中螺虫乙酯含量均低于最大残留限量MRL值(1.0 mg·kg-1)。

螺虫乙酯；代谢产物；柑橘；消减动态；残留

螺虫乙酯是季酮酸类化合物,化学名称为4-(乙氧基羰基氧基)-8-甲氧基-3-(2,5-二甲苯基)-1-氮杂螺[4,5]-癸-3-烯-2-酮(图1)[1]。螺虫乙酯在环境中的代谢产物主要为BYI08330-烯醇糖苷(S1)、BYI08330-醇酮(S2)、BYI08330-烯醇 (S3)和BYI08330-一羟基 (S4)。该农药作用机理与现有的杀虫剂不同,是通过干扰昆虫的脂肪生物合成导致幼虫死亡,降低成虫的繁殖能力。螺虫乙酯具有很好的内吸性,可通过植物的木质部和韧皮部向顶(上)传导,也可在植株内由上向下传导,杀虫谱广,持效期较长[2]。可防治多种作物的蚜虫、介壳虫等刺吸式口器害虫[3-6]。

目前,国内关于螺虫乙酯的研究主要集中在田间病虫害防治效果和合成工艺方面[7-11],以及在蔬菜中的检测[12-14],对于螺虫乙酯在柑橘中的消解规律和最终残留情况尚鲜见报道。笔者采用乙腈提取,N-丙基乙二胺(PSA)和无水硫酸镁净化前处理、液质联用分离测定的方法,根据GB 2763—2014《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》[15]的要求,研究了w为22.4%的螺虫乙酯悬浮剂在苏州、福州和重庆3地的柑橘中施用后的残留动态及最终残留情况,同时综合评价其生态影响,为制定该农药在柑橘上合理施用技术及风险评估提供科学依据。

(a)螺虫乙酯; (b)BYI08330-烯醇糖苷(S1); (c)BYI08330-醇酮(S2); (d)BYI08330-烯醇(S3); (e)BYI08330-一羟基(S4)。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器:AB SCIEX Triple Quad 4500超高效液相色谱串联质谱仪(UPLC-Agilent Technologies 1290 Infinity,MS-AB SCIEX QTRAP 4500,AB公司,美国),均质仪(Ultra-Turrax®IKA®T18 basic,IKA,德国),高速离心机(Centrifuge 5804,Eppendorf,德国)。

试剂:乙腈和甲酸(TEDIA,美国)均为色谱纯,氯化钠(140 ℃烘烤4 h)、无水硫酸钠(130 ℃烘烤4 h)、N-丙基乙二胺固相吸附剂〔primary secondary amine(PSA)sorbent,Agilent Technologies,美国〕,Milli-Q超纯水(Millipore公司,美国)。

供试农药:w为22.4%的螺虫乙酯悬浮剂(德国拜耳作物科学公司)。

农药标准品(德国拜耳作物科学公司):螺虫乙酯,w为99.2%;代谢产物S1,w为98.6%;代谢产物S2;w为92.8%;代谢产物S3,w为99.6%;代谢产物S4,w为98.2%。

1.2 试验场地

按照NY/T 788—2004《农药残留试验准则》[16]和《农药登记残留田间试验标准操作规程》[17],于苏州、福州和重庆市进行消解动态和最终残留试验。苏州市地处我国大陆东部沿海,位于北亚热带湿润季风气候区,夏季气温较高,冬季干燥寒冷,季风明显,四季分明,年降水量1 000 mm以上;福州市属中、南亚热带海洋性季风气候区,气温年较差不大,湿度较大,降水丰富,年降水量1 200～1 300 mm;重庆市属亚热带湿润季风气候区,气候温和,冬暖夏热,无霜期长,雨量充沛,年降水量1 000～1 450 mm。所选柑橘历年未施用过螺虫乙酯农药。江苏苏州土壤理化性质:pH值 6.8,w(有机质)为22.2 g·kg-1,土壤质地为壤土;福建福州土壤理化性质:pH值 6.5,w(有机质)为22.6 g·kg-1,土壤质地为黏壤土;重庆土壤理化性质:pH值 6.3,w(有机质)为18.0 g·kg-1,土壤质地为壤土。

1.3 田间试验[16-17]

1.3.1 柑橘消解动态试验

施药时期为柑橘果实长至一半大小,施药时保证小区内所有柑橘果实均匀着药,施药浓度w为90 mg·kg-1,用w为22.4%螺虫乙酯兑水稀释248.9倍,喷雾量为3 000 L·hm-2。设3个重复小区,每个小区2颗柑橘树。喷雾后分别于第0(2 h)、1、3、5、7、10、15、30、45、60天,随机在试验小区及柑橘树不同部位采集生长正常、无病害的果实,采集量不少于2 kg,粉碎后放入样本容器中,贮存于-20 ℃冰柜中待测。

1.3.2 土壤消解动态试验

选一块30 m2样地,单独施药,施药浓度为有效成分90 mg·kg-1,w为22.4%螺虫乙酯兑水稀释248.9倍,喷雾量为3 000 L·hm-2。设置3个重复小区。喷雾后分别于0(2 h)、1、3、5、7、10、15、30、45、60天随机取点5～10个,采用土钻采集0～15 cm深度土壤1～2 kg,除去土壤中的碎石、杂草和植物根茎等杂物,待测。

1.3.3 最终残留试验

最终残留试验施药浓度为最高推荐使用量的常量组(60 mg·kg-1)和高量组(90 mg·kg-1),常量组用w为22.4%螺虫乙酯兑水稀释373.3倍,高量组稀释248.9倍,喷雾量为3 000 L·hm-2。于柑橘红蜘蛛发生时期开始第1次施药,各施药2～3次,每个处理设3个重复小区,每个小区2株柑橘树,施药间隔为30 d,每种剂量各施药2和3次,处理间设保护带。柑橘果实和土壤样本的采样时间为距离最后1次施药后的20、30和40 d。

1.4 样品前处理及检测方法

1.4.1 样品制备

土壤样品:土壤经阴干处理,将所采土壤尽可能压细,混匀后采用四分法缩分成1 kg,去掉植物残枝后于-20 ℃条件保存待测。

柑橘全果:将其切成小块,粉碎后放入样本容器中,用四分法将田间样品缩分成实验室样品,贮存于-20 ℃冰柜中。

柑橘果皮与果肉:柑橘去皮,将果肉、果皮分别粉碎,装入样本容器中,经四分法取舍后,贮存于-20 ℃冰柜中。

1.4.2 样品前处理

称取20 g全果样品或5 g土壤样品于80 mL离心管中,全果样品中依次加入40.0 mL乙腈、4 g无水硫酸镁和2 g氯化钠混匀,土壤样品中依次加入20.0 mL乙腈、2 g无水硫酸镁和1 g氯化钠混匀,用均质器在15 000 r·min-1下提取2 min,高速离心机中以8 000 r·min-1离心5 min(离心半径为15 cm),取上清液2 mL于10 mL离心管中,加入0.05 g N-丙基乙二胺(PSA)和0.15 g无水硫酸镁净化,涡旋3 min,以8 000 r·min-1离心5 min(离心半径为15 cm),取上清液用V(乙腈)∶V(φ=0.01%甲酸水溶液)=1∶1的混合溶液定容至1 mL,过0.22 μm孔径滤膜,LC-MS/MS测定。

1.4.3 仪器条件

液相色谱测定:色谱柱:Agilent C18 2.7 μm,2.7 mm×75 mm;柱温:40 ℃;流速:0.4 mL·min-1;流动相:乙腈或φ=0.01%甲酸水溶液。梯度洗脱程序见表1,螺虫乙酯、代谢产物S1、S2、S3和S4的相对保留时间分别为9.7、2.3、6.4、5.2 和3.7 min。梯度洗脱程序:0～3 min,φ(乙腈)为10%～50%;3～7 min,φ(乙腈)为50%;7～11 min,φ(乙腈)为60%～80%;11～12 min,φ(乙腈)下降至10%。质谱条件:正离子扫描方式,多反应检测,离子源喷雾器电压(ESI)为4 800 V;离子源温度(TEM)为540 ℃;窗帘气(CUR)为206.85 kPa,雾化气(Gas 1)为344.75 kPa,辅助加热气(Gas 1)为379.23 kPa,碰撞气(CAD)为34.48 kPa;定性离子对、定量离子对、去簇电压和碰撞能量见表1。

表1 螺虫乙酯及代谢产物质谱条件

Table 1 Mass spectra of spirotetramat and its metabolites

农药及代谢产物定性离子对z定量离子对z碰撞能量/V去簇电压/V螺虫乙酯374.0/302.0374.0/302.022.8100.0374.0/330.023.1100.0S1464.3/302.1464.3/302.125.9100.0464.3/270.145.3100.0S2318.3/268.1318.3/268.125.5100.0318.3/300.119.0100.0S3302.0/270.2302.0/270.230.580.0302.0/216.222.680.0S4304.2/211.2304.2/211.228.9100.0304.2/268.222.6100.0

S1为BYI08330-烯醇糖苷; S2为BYI08330-醇酮; S3为BYI08330-烯醇; S4为BYI08330-羟基。

1.4.4 回收率及检测限

配制0.002～0.50 mg·L-1系列土壤和柑橘基质标准工作液,以峰面积对质量浓度做线性回归,绘制标准曲线。土壤和柑橘基质中螺虫乙酯及4种代谢产物在各自的线性范围内具有良好的线性关系(R2≥0.994);采用空白基质提取液逐级稀释标准溶液的方法,确定检出限和定量限。螺虫乙酯及其4种代谢产物的检出限(LOD,以信噪比大于3计)为0.12～1.4 μg·kg-1;定量限(LOQ,以信噪比大于10计)为0.4～4.9 μg·kg-1。分别在空白土壤和柑橘样品中添加一定量的农药标准溶液,混匀,设置0.01、0.20和1.00 mg·kg-13个添加质量浓度，各设5组平行处理,进行添加回收率试验。柑橘和土壤基质中螺虫乙酯及4种代谢产物的平均回收率为70.7%～96.0%,相对标准偏差(RSD)为1.2%～6.4%。该方法的准确性和重复性良好[18]。

2 结果与讨论

2.1 螺虫乙酯在柑橘果实中的消解动态

螺虫乙酯及其代谢产物在柑橘果实中的动态消减曲线和消减方程如图2所示。福州、苏州和重庆的螺虫乙酯在柑橘全果上的初始沉积量分别为1.00～1.70、1.07～1.78和0.93～1.28 mg·kg-1,21 d之后其消解半衰期分别为4.7～9.5、6.7～9.6和7.8～9.5 d,残留量消解率均达85%以上,降解速度较快。2013—2014年3地全果消解试验中,螺虫乙酯的4种代谢产物均有不同程度检出,其中代谢产物S1检出量分别为

图2 螺虫乙酯在柑橘全果上的消解动态曲线

2.2 螺虫乙酯在土壤中的消解动态结果

螺虫乙酯在土壤中的动态消减曲线见图3。福州、苏州和重庆的螺虫乙酯在土壤中的初始沉积量分别为0.91～1.42、1.01～1.13和0.61～1.17 mg·kg-1,消解半衰期分别为1.3～4.9、1.4～2.3和2.3～3.6 d,可见螺虫乙酯在土壤中的降解速度较快。施药后14 d土壤中螺虫乙酯的消减率达84.6%～96.8%,代谢产物S1降解较快,无检出。螺虫乙酯属于易消减农药,不易形成持久性残留,且在土壤中的降解速率快于柑橘中的消减速率。研究表明新型季酮酸类化合物在环境或农作物上可快速降解[19]。吴育佳等[20]研究发现螺虫乙酯在黄瓜上的半衰期为2.67～8.82 d,在土壤中的半衰期为1.95～6.19 d,笔者研究结果与之基本相同。

图3 螺虫乙酯在土壤中的消解动态曲线

2.3 螺虫乙酯及其代谢物在柑橘和土壤中的最终残留量

最终残留采样时间分别为距最后1次施药后20、30、40 d时的柑橘收获期。常量和高量喷施2～3次时,采收的柑橘全果中螺虫乙酯，代谢物S1、S2、S3、S4最终残留量分别为<0.01～0.13、<0.01～0.03、<0.01～0.03、<0.01～0.16和<0.01～0.02 mg·kg-1;果肉中最终残留量分别为<0.01～0.07、<0.01～0.01、<0.01～0.01、<0.01～0.07和<0.01～0.01 mg·kg-1;果皮中最终残留量分别为<0.01～0.52、<0.01～0.03、<0.01～0.12、<0.01～0.23和<0.01～0.02 mg·kg-1。土壤中螺虫乙酯和代谢产物S1最终残留量均<0.02 mg·kg-1。随着施药剂量增高和施药次数增多,柑橘全果、果肉和果皮螺虫乙酯及其4种代谢产物浓度也增高,其残留浓度从大到小依次为果皮、全果和果肉。同时，柑橘果肉中螺虫乙酯及其4种代谢产物浓度与采收间隔期密切相关,随着采收间隔期的延长,螺虫乙酯及其4种代谢产物浓度也降低。土壤中螺虫乙酯和代谢产物S1均低于检出限。在不同采收期,3地螺虫乙酯在柑橘和土壤中的残留量均低于螺虫乙酯在柑橘类中的最大残留限量MRL值(1.0 mg·kg-1)[15]。

3 结论

(1)螺虫乙酯在柑橘和土壤中消减较快。螺虫乙酯母体在柑橘中的消减半衰期为4.7～9.6 d,在土壤中的消减半衰期为1.3～4.9 d。

(2)在柑橘果肉中检测出代谢产物,检出浓度为0.01～0.07 mg·kg-1;土壤中螺虫乙酯母体和代谢产物均未检出。

(3)按w为22.4%螺虫乙酯悬浮剂推荐使用剂量为60 mg·kg-1兑水喷雾施药2次,距末次施药后20 d螺虫乙酯在柑橘和土壤中的残留量均低于螺虫乙酯在柑橘上的MRL值(1.0 mg·kg-1)。

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(责任编辑： 陈 昕)

Degradation Dynamics of Spirotetramat Residue in Citrus.

WU Wen-zhu, LI Ju-ying, HE Jian, CHEN Quan-bo, SHAN Zheng-jun

(Nanjing Institute of Environmental Sciences/ Key Laboratory of Pesticide Environmental Assessment and Pollution Control,Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China)

Spirotetramat is commonly used in citrus orchards for pest control. A study was performed on residues of the pesticide and its metabolites in citrus and soil, their degradation dynamics and their fates in citrus orchards located at Suzhou, Fuzhou and Chongqing, using acetonitrile in extraction, N-propyl ethylenediamine (PSA) and anhydrous magnesium sulfate in purification, and the LC-MS/MS in determination. Results show that half-life of spirotetramat was in the range of 6.7-9.6, 4.7-9.5 and 7.8-9.5 d in the fruits from Suzhou, Fuzhou, and Chongqing, respectively, and in the range of 1.4-2.3,1.3-4.9 and 2.3-3.6 d in the soils from the orchards at Suzhou, Fuzhou, and Chongqing, respectively. On such a basis, it is suggested that spirotetramat be applied at a rate of the highest recommended dosage (60 mg·kg-1in active ingredient) and a rate, 1.5 times the highest recommended dosage (90 mg·kg-1, in active ingredient) twice and three times a season to keep residue of the substance in citrus below the upper limit of MRL (1.0 mg·kg-1).

spirotetramat; metabolite; citrus; degradation dynamics; residue

2016-02-29

农业部农药残留试验项目(2013P091);国家自然科学基金(41101307)

X592

A

1673-4831(2016)06-1003-05

10.11934/j.issn.1673-4831.2016.06.021

吴文铸(1983—),男,浙江乐清人,副研究员,博士,主要从事农药环境行为与安全评价方面的研究。E-mail: wwz@nies.org

① 通信作者E-mail: sszjnies@163.com