四种除草剂在水稻上的消解及残留规律研究

孙 攀，陈 非，刘丰茂*，张宏军

(1.中国农业大学理学院应用化学系，北京100193；2.农业农村部农药检定所，北京100125)

1 前言

水稻在我国粮食作物中占有较大比例，在我国南北方广泛种植，除草剂因方便、省力、有效等优势在水稻种植区被广泛使用[1-2]。除草剂的使用在水稻种植过程中起着积极的作用，但近年来随着农药的使用，残留、药害、抗性等问题逐渐暴露，水体、土壤环境中农药残留检出的情况屡见报道[3]，为达到理想的杂草防除效果，除草剂使用频率和施药量不断加大，易造成除草剂高残留情况；我国半数以上的人口以稻米为食，稻米食用的安全问题受到广大消费者的密切关注，因而水稻上农药的安全使用以及残留监测十分必要[4]。

苄嘧磺隆和吡嘧磺隆是两种广泛应用于水稻的磺酰脲类除草剂，此类除草剂难挥发、难降解，土壤中残留期较长，极易对后茬的敏感作物造成影响[5-6]，Azcarate M指出磺酰脲类除草剂易在有机质、有机碳含量高的土壤中被吸附发生降解[7]。此外，孙惠青等研究还发现磺酰脲类除草剂的使用剂量与残留量存在一定关联[8]，且磺酰脲类除草剂具有较强的水溶性，在水稻田使用后极易进入土壤、水体，可能会对水稻田间其他水生生物造成影响[9-12]。目前磺酰脲类除草剂的检测方法一般有液相串联质谱，液相等方法，但是针对现有方法其前处理通常使用弗罗里硅土、HLB等固相萃取柱进行净化，前处理方法比较繁琐。

丙草胺、丁草胺属于酰胺类除草剂，是水稻田中常用的除草剂，该类除草剂具有较好的除草活性，但具有较强的残留毒性[13-14]，因而监测土壤、水体、水稻中其残留量十分重要。目前关于酰胺类除草剂的检测方法主要有气相、液相色谱，对于酰胺类除草剂的检测方法一般以气相方法为主，样品前处理方法一般有多壁碳纳米管修饰玻碳电极法、顶空法、分子印迹等复杂方法。

本研究建立了一种土壤、糙米和稻壳中苄嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺这四种除草剂的快速、准确的检测方法：丙草胺、丁草胺采用气相色谱(土壤、糙米)、气相串联质谱联用仪(稻壳)进行检测，苄嘧磺隆、吡嘧磺隆采用液相串联质谱(土壤、糙米、稻壳)进行检测。四种除草剂的回收率范围在72.4%～108.0%，添加回收率范围在70%～110%，变异系数范围为1.5%～14.9%；基质标准曲线在0.01～1mg/kg浓度范围内，可决系数均在0.98以上，线性相关良好，可满足本试验残留检测的要求。

2 材料与方法

2.1 田间试验设计 试验于2017年6月在山东省鱼台县进行，田间试验参照农药登记残留试验准则(NY/T788-2004)进行，供试药剂以及施药剂量(表1)。

选择3个不同地点进行四种除草剂的消解试验，三地分别命名为张黄镇三里屯村直播稻(地块代号A)，张黄镇三里屯村直播稻(地块代号B)和王庙镇旧城村机插秧(地块代号C)，消解试验的施药量分别选择2倍推荐剂量和推荐剂量，施药1次，每地设3个小区，小区面积80m2，另设空白对照区。于施药后0、5、10、20、40、80d分别采集土壤样品，混匀后取50g土壤样品；于水稻收获期采集≥2kg稻穗，经脱粒、脱壳后晾干，混匀后取500g糙米及适量稻壳；放入样品袋中，贴好标签，于-20℃条件下储藏。

表1 四种除草剂施药剂量信息

2.2 仪器与材料 安捷伦液相质谱联用仪,安捷伦气相色谱质谱联用仪，岛津气相-电子捕获检测器，电子天平，旋涡混合器，低速台式离心机，高速离心机，旋转蒸发仪。

乙腈；甲酸(纯度99 %)；娃哈哈纯净水；苄嘧磺隆(纯度98.3%)，丁草胺(纯度95%)，吡嘧磺隆(纯度98%)，丁草胺(纯度96 %)；NaCl；MgSO4；分散固相净化剂(C18，PSA，GCB)。

2.3 样品前处理方法

2.3.1 丙草胺、丁草胺前处理方法 提取：称取稻壳2g(糙米5g，土壤5g)于50mL 离心管中，稻壳样品加5mL 0.1 %甲酸水和20mL乙腈(糙米加5mL水和10mL乙腈；土壤加10mL乙腈)，涡旋震荡10min，稻壳加入4g NaCl(糙米和土壤加1g NaCl和4g MgSO4)，涡旋3min，将离心管于3 800r/min 离心5min，稻壳和糙米取上清液10mL于50mL鸡心瓶中，在35℃水浴下旋转蒸发至近干，N2吹干后，稻壳用1mL乙腈定容(糙米用1mL丙酮定容；土壤取1mL上清液备用)。

净化：取稻壳1mL提取液至装有50mg C18和100mg MgSO4(糙米和土壤均用50mg PSA、10mg GCB和150mg MgSO4)的2mL塑料离心管中，涡旋2min，将离心管10 000r/min离心1min，过0.22μm滤膜至小瓶，供气相串联质谱检测(糙米、土壤供气相-电子捕获检测器检测)。

2.3.2 苄嘧磺隆、吡嘧磺隆前处理方法 提取：称取稻壳2g(糙米10g，土壤5g)于50mL离心管中，稻壳加5mL0.1%甲酸水和10mL乙腈(糙米加5mL水和10mL乙腈；土壤加10mL乙腈)，涡旋提取10min，稻壳、土壤加入3g NaCl(糙米加3g NaCl和2g MgSO4)，涡旋3min，将离心管于3 800r/min离心5min。

净化：取稻壳样品1mL上清液转移至装有50mg C18和100mg MgSO4(糙米使用50mg C18净化，土壤使用20mg PSA和100mgMgSO4净化)的2mL塑料离心管中，涡旋净化2min，将离心管置于10 000r/min的转速下离心1min，过0.22μm滤膜，进小瓶，供液相串联质谱检测。

2.4 仪器条件

2.4.1 气相串联质谱仪器条件 色谱柱为HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)毛细管柱，升温程序为100℃保持1min，以20℃/min升至220℃，再以1℃/min升至230℃，再以20℃/min升至260℃，保持3min，总运行时间21.5min。进样口温度为260℃，检测器温度为280℃，进样量为2.0μL，流速为1.2mL/min，离子源为EI源，离子源温度为230℃，检测模式为选择离子监测模式。丙草胺保留时间8.90min，定量离子(m/z)241；丁草胺保留时间11.22min，定量离子(m/z)176。

2.4.2 气相-电子捕获检测器仪器条件 色谱柱为HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)，升温程序为120℃，以15℃/min升至170℃，再以5℃/min升至230℃，保持5min，总运行时间20.33min。进样口温度为270℃，检测器温度为280℃，进样量为2.0μL，流速为1.0mL/min，保留时间丁草胺为15.95min，丙草胺为16.81min。

2.4.3 液相串联质谱仪器条件 色谱柱为ZORBAX SB-C18(2.1mm×50mm×3μm)，流动相为乙腈∶0.1%甲酸水=90∶10(v/v)，流速为0.2mL/min，柱温为25℃，进样量为5μL，电离源为ESI，电离模式为正离子模式，监测模式为多反应监测。苄嘧磺隆保留时间1.00min，定量离子(m/z)149；吡嘧磺隆保留时间1.06min，定量离子(m/z)178。

3 结果与分析

3.1 前处理方法

3.1.1 苄嘧磺隆、吡嘧磺隆前处理方法 QuEChERS方法具有回收率高、省时省力、清洁环保等优点，在农药残留检测领域被广泛采用，因而本方法在QuEChERS方法的基础上对除草剂的提取、净化步骤进行优化。土壤的前处理过程中发现苄嘧磺隆和吡嘧磺隆使用20mg PSA和100mg MgSO4的组合时可达到理想的回收率；稻壳在提取过程中加入5mL0.1%甲酸水，使用50mg C18和100mg MgSO4时苄嘧磺隆和吡嘧磺隆可达到理想回收率；糙米中加入5mL 0.1%甲酸水，使用50mg C18时苄嘧磺隆和吡嘧磺隆均可满足回收率要求；

3.1.2 丁草胺、丙草胺前处理方法 通过试验发现丁草胺、丙草胺在糙米和稻壳中的回收率较差，通过旋蒸浓缩后进行净化，回收率结果较好；糙米和土壤样品使用50mg PSA、10mg GCB和150mg MgSO4的组合时回收率可满足要求，稻壳使用50mg C18和150mg MgSO4时回收率可满足要求。

3.2 回收率结果

3.2.1 基质效应考察 对四种除草剂标准溶液进行测定，以标准溶液浓度与峰面积做标准曲线，其中y为标准品峰面积，x为标准品x为标准品浓度(mg/L)，考察实际样品基质中响应情况。

基质效应计算公式为：

基质效应(%)=(目标物质基质标准曲线斜率/目标物质溶剂标准曲线斜率-1)×100%

当基质效应>20%或者<-20%，则应考虑基质效应影响，需采用基质标进行定量。

各基质中四种除草剂标准曲线方程、可决系数R2、基质效应信息(表2)。

表2 基质效应考察

续表

四种除草剂在各基质中浓0.01～0.1mg/L的范围内线性相关性良好，可决系数均>0.98，由于存在基质效应，故在试验中均选择用基质标进行定量。

3.2.2 回收率 苄嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺在各基质中平均回收率范围分别为78.9%～102.7%，81.0%～106.4%，78.7%～103.5%，72.4%～108.0%，变异系数在1.5%～14.9%之间，可满足本试验残留检测的要求，试验残留检测方法对四种除草剂的量限为最小添加水平，均低于各除草剂的残留限量标准，回收率结果(表3)。

表3 四种除草剂方法验证结果

续表

3.3 四种除草剂检测结果

3.3.1 消解动态 山东省鱼台县水稻田田间试验中四种除草剂消解动态试验结果为：四种除草剂按照推荐剂量和2倍推荐剂量施用以后，苄嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺在土壤中消解较快，施药10d后残留量已<本方法定量限，未拟合出消解曲线，不同剂量除草剂施用后均较快消解。

表4 土壤中除草剂残留量(mg/kg)

续表

注：“/”表示未有样品检测

3.3.2 最终残留量结果 本试验发现按照推荐剂量和二倍推荐剂量施药后糙米中苄嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺的最终残留量均<本文的定量限，且远<四种除草剂的最低残留限量，因此其在水稻上的使用是安全的。

4 结果

苄嘧磺隆、吡嘧磺隆、丙草胺、丁草胺为水稻田的主要除草剂品种，因此关于它们的分析检测方法的研究比较多。本试验尝试建立四种除草剂的液相串联质谱检测方法，实现对四种除草剂同时检测分析，但在试验过程中发现，同一种检测方法不能满足灵敏度、峰形、杂质分离等要求，故对于四种除草剂采用不同的仪器分别进行检测，并建立了不同的前处理方法。本研究建立了液相串联质谱检测土壤、糙米、稻壳中苄嘧磺隆和吡嘧磺隆残留量的分析方法；建立了气相-电子捕获检测器检测土壤、糙米中丙草胺和丁草胺残留量的分析方法以及气相串联质谱检测稻壳中丙草胺和丁草胺残留量的分析方法。本分析方法在前处理过程中无需经过繁琐的净化过程，前处理方法操作较为简单，且此方法的精密度、准确度均符合本试验的检测要求。

田间试验结果表明，按照推荐剂量和2倍推荐剂量施药后，四种除草剂在水稻田土壤中消解较快，最终残留量均<糙米中最大残留限量。