土壤环境条件对灭幼脲微胶囊残留降解的影响1)

严俊鑫 迟德富 张 喆 宇 佳

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

农药的广泛使用对农作物的稳定生产起到了重要作用，但同时也伴随着环境污染和残留等问题［1］，因此，农药性能的改良和新型农药的研发备受关注，农药微胶囊的研发成为农药领域的研究热点［2-3］。农药微胶囊技术是将农药包埋在天然或合成的高分子成膜材料中，使农药与周围环境隔离开来，起到保护和稳定农药成分、控制农药释放等目的，从而减少施药频率，因而，农药微胶囊的研究对于减少农药对环境的污染具有重要的现实意义［4］。灭幼脲作为一种苯甲酰脲类杀虫剂，使害虫变态受阻，最终导致畸形或死亡，对鞘翅目、双翅目、鳞翅目等多种害虫防治效果显著［5-7］。近年来，关于灭幼脲微胶囊的研究主要集中在缓释微胶囊的制备和防效的研究上。田可等利用静电吸附层层自组装技术制备了灭幼脲微胶囊，研究了其模拟体外释放行为，结果表明利用此法制备的灭幼脲微胶囊具备明显的缓释性能［8］。王翠莲等研究结果表明灭幼脲3 号微胶囊与安高杀4 号(杂环类)微胶囊混合剂防治松褐天牛成虫效果最佳，30 d 后的持续药效达100%［9］。目前，有关灭幼脲微胶囊在土壤中降解动态的研究尚未见报道。土壤是农药在环境中最大的“集散地”。大量研究表明，农药微胶囊在土壤中的降解动态主要取决于农药本身的理化性质以及土壤环境因素［10-13］。本试验以灭幼脲微胶囊为对象，研究其在不同土壤环境下的降解动态，以期为灭幼脲微胶囊的性能研究和研发推广提供理论依据，为灭幼脲类农药对土壤环境的影响研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 灭幼脲微胶囊的制备

药品和试剂:灭幼脲(纯度＞95%，天津市光复精细化工研究所);灭幼脲标准品(天津一方科技有限公司);壳聚糖(分析纯，浙江金壳生物化学有限公司);海藻酸钠(化学纯，北京旭东化工厂);氯化钙(分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂);甲醇(色谱纯，天津市富宇精细化工有限公司);丙酮(分析纯，天津市富宇精细化工有限公司);纳米TiO2(纯度＞99%，江苏淮安逸振科技有限公司)。

重结晶和不同包埋层数灭幼脲微胶囊的制备:参照Ibanze J A［14］和张思宇［4］的方法，获得组装层数(1、3、5 个双层)的灭幼脲微胶囊，按m(纳米TiO2)∶m(灭幼脲微胶囊)=1 ∶100 混合，搅拌混合12 h 即得不同包埋层数的灭幼脲微胶囊。

供试土壤:采自哈尔滨松北皮家店大田。采集地块近5 a 未施用过灭幼脲，pH 值=6.42，以土柱法采集表层(0 ～10 cm)土，随机多点采样，除去杂质，过2 mm 筛，放于冰柜中-20 ℃冷藏，备用。

1.2 试验方法

土壤微生物对微胶囊降解的影响:称取土壤样品12 份(每份450 g)于具塞三角瓶中，置于恒温箱中(25±1)℃预培养7 d 后，将样品分成2 组，其中一组采用高压湿热法灭菌30 min［15］(121 ℃，1 MPa)，另一组不灭菌。加无菌水调节土壤含水量为其饱和含水量的(60±1)%。土样中分别加入包埋0、1、3、5个双层的灭幼脲微胶囊溶液，使土样中的灭幼脲质量分数达到0.667 mg/kg，充分混匀，待溶剂挥发后，继续培养，于施药后第1、3、5、7、10、15、21 d 取样，每个处理平行制备和测定3 份。

土壤含水率对微胶囊降解的影响:称取土壤样品12 份(每份225 g)于具塞三角瓶中，分别用蒸馏水调节土样含水量为其饱和含水量的40%、60%、80%。于(25±1)℃下预培养7 d。土样中分别加入包埋0、1、3、5 个双层的灭幼脲微胶囊溶液，使土样中的灭幼脲质量分数达到0.667 mg/kg，充分混匀，待溶剂挥发后，继续培养，于施药后第1、3、5、7、10、15、21 d 取样，每个处理平行制备和测定3 份。

土壤温度对微胶囊降解的影响:称取土壤样品12 份(每份225 g)于具塞三角瓶中，用蒸馏水调节土样含水量为其饱和含水量的(60±1)%。分别于(15±1)、(25±1)、(35±1)℃下预培养7 d。土样中分别加入包埋0、1、3、5 个双层的灭幼脲微胶囊溶液，使土样中的灭幼脲质量分数达到0.667 mg/kg，充分混匀，待溶剂挥发后，继续培养，于施药后的1、3、5、7、10、15、21 d 取样，每个处理平行制备和测定3 份。

1.3 测定方法

土壤样品前处理:称取待测土壤样品10 g，置入100 mL 离心管中，加50 mL 丙酮，超声10 min，4 000 r/min 离心3 min 后将上清液倒入锥形瓶中，再向离心管中加入50 mL 丙酮，重复上述超声离心的过程，将2 次离心后的上清液合并在一起，使上清液自然挥发浓缩至50 mL，经旋转蒸发器减压浓缩至近干，用甲醇定容至2 mL 待测。

仪器及分析条件:HP1000 高效液相色谱仪(美国安捷伦公司)，C18色谱柱(4. 6 mm×300 mm，4 μm)。分析条件:柱温，室温;流动相，V(甲醇)∶V(水)=75 ∶25;流速1 mL/min;波长254 nm;进样量20 μL。在设定的条件下，灭幼脲含量回归方程为y=22 221x+376.16，线性相关系数R2=0.998 5。按照此方法，灭幼脲的回收率为91.35% ～95.24%，相对标准偏差为1.26% ～4.22%，符合农药残留分析要求。本方法最低检出浓度为0.1 mg/kg。

2 结果与分析

2.1 土壤微生物对灭幼脲微胶囊降解的影响

土壤微生物对包埋0、1、3、5 个双层灭幼脲微胶囊降解影响见表1。包埋0、1、3、5 个双层的灭幼脲微胶囊在未灭菌土样中降解速率常数分别是灭菌土样的7.62、7.90、8.15、8.34 倍。第21 天，在未灭菌土壤中不同包埋层数灭幼脲微胶囊的降解率均达到了92%以上，而在灭菌土壤中的降解率仅为28.34% ～31.33%，灭菌土壤中的试验结果反映了非生物降解作用。可见，土壤微生物对灭幼脲微胶囊的降解起主导作用，微生物加速了灭幼脲微胶囊的降解。在灭菌土壤中，不同包埋层数灭幼脲微胶囊的残留量在第1 ～21 天差异均不显著。在未灭菌土壤中，包埋1 个双层的灭幼脲微胶囊在第1 ～21 天的残留量与对照相比差异均不显著，而包埋3、5 个双层的灭幼脲微胶囊在第1 ～15 天的残留量与对照差异显著(p＜0.05)，可能与微胶囊的包埋层数有关，包埋层数越多，药物缓释时间越长，因而检测到残留量略高。同时，包埋3、5 个双层的灭幼脲微胶囊在第21天的残留量与对照相比差异均不显著，可能随着微胶囊的缓释，经过微生物的不断降解，在第21 d 时呈现差异不显著状况。

2.2 土壤含水量对灭幼脲微胶囊降解的影响

从表2可以看出，土壤不同含水量对灭幼脲微胶囊的降解有明显影响。当土壤含水率从40%上升到80%时，包埋0、1、3、5 个双层的灭幼脲微胶囊在土壤中的降解速率常数分别增长了1.81、1.81、1.82 和1.82 倍。包埋0、1、3、5 个双层的灭幼脲微胶囊的降解半衰期随着土壤含水量的增加呈现缩短趋势，可见，土壤含水量的增加有利于灭幼脲微胶囊的降解，且土壤含水量为60%的条件下灭幼脲微胶囊的降解半衰期最短。土壤含水量为40%时，包埋1、3、5 个双层的灭幼脲微胶囊残留量在第1 ～21 天与对照相比差异均不显著，可能是由于土壤含水量偏低，不利于灭幼脲的水解及微生物对灭幼脲的分解代谢。土壤水份含量为60%和80%时，包埋1 个双层的灭幼脲微胶囊的残留量在第1 ～21 天与对照相比差异均不显著，这可能由于包埋1 个双层的微胶囊在合适的水分条件下较易释放，所以各时间点的残留量与对照相比呈现差异不显著的情况，而包埋3、5 个双层的灭幼脲微胶囊在第1 ～15 天的残留量与对照相比均达到差异显著水平(p＜0.05)，第21天的残留量与对照相比差异不显著，可能是由于微胶囊缓释作用，其残留量在第1 ～15 天与对照相比呈现差异显著状况，随着微生物对灭幼脲的不断降解和分解，至第21 天时，其残留量与对照差异不显著。

表1 土壤微生物对灭幼脲微胶囊降解的影响

表2 土壤含水量对灭幼脲微胶囊降解的影响

2.3 土壤温度对灭幼脲微胶囊降解的影响

土壤温度对不同包埋层数的灭幼脲微胶囊降解的影响如表3。随着温度的升高，包埋0、1、3、5 个双层的灭幼脲微胶囊在土壤中的降解速率呈现增加趋势，当温度从15 ℃上升到35 ℃时，不同包埋层数的灭幼脲微胶囊的降解速率常数分别增长了2.07、2.07、2.06、2.07倍，半衰期分别降至5.14、5.25、5.31、5.36 d。当土壤温度从15 ℃升高至25 ℃时，包埋0、1、3、5 个双层的灭幼脲微胶囊的降解速率常数呈较快增长，分别增长了2.01、2.00、2.00、2.00倍，当温度从25 ℃升高至35 ℃时，各包埋层数灭幼脲微胶囊的降解速率常数增长减缓，分别增长了1.03、1.04、1.03、1.03 倍。可见，土壤温度的升高有利于灭幼脲微胶囊的降解。在测定时间内，包埋1、3、5 个双层的灭幼脲微胶囊在土壤温度为(15±1)℃的条件下残留量与对照相比差异均不显著，可能是温度较低，限制了微生物的繁殖和活力，从而呈现差异不显著状况。当土壤温度为(25±1)、(35±1)℃时，包埋1 个双层的灭幼脲微胶囊的残留量在第1 ～21 天与对照相比差异均不显著，而包埋3、5个双层的灭幼脲微胶囊在第1 ～15 天的残留量与对照相比差异显著(p＜0.05)，这可能与微胶囊的包埋层数有关，包埋层数越多，药物缓释时间越长，因而检测到的残留量略高。包埋3、5 个双层的微胶囊第21 天的残留量与对照相比差异不显著，可能是随着微胶囊的缓释，经过微生物的降解，第21 天时微胶囊的残留量均与对照呈现差异不显著的状况。

表3 土壤温度对灭幼脲微胶囊降解的影响

3 结论与讨论

有关研究表明，农药在土壤中的降解受到相关环境因子的影响，微生物降解是农药在土壤中的主要降解途径［11］，李彦文等［16］研究发现，不同农药在未灭菌的土壤中的降解速率明显高于灭菌土壤。本试验结果表明，不同包埋层数的灭幼脲微胶囊在未灭菌土壤中的降解速率常数均为灭菌土壤中的7 倍以上，农药在未灭菌土壤中的残留降解较灭菌土壤快，说明土壤微生物对灭幼脲微胶囊的降解起主导作用，这与施国涵的报道一致，可能是土壤中真菌分泌的水解酶加速了农药代谢［17］。

陈莉等［18］发现土壤湿度的增加能够加速氰戊菊酯的降解。一般认为［19］，水分增加既可促进化学水解，也有利于微生物代谢降解，因而会加快农药的降解速度。本研究表明，土壤含水量对不同包埋层数灭幼脲微胶囊的降解速率有显著影响，当含水率从40%上升到80%时，包埋0、1、3、5 个双层的灭幼脲微胶囊在土壤中的降解速率常数分别增长了1.81、1.81、1.82、1.82 倍，可见，湿润的土壤环境有利于灭幼脲微胶囊的降解，在一定的土壤含水量范围内，随着土壤含水率的增加，农药的降解速率升高较快，一方面可能是水分的增加降低了土壤对农药的吸附作用［20］，提高了农药的化学降解，另一方面可能由于适宜的水分为微生物的生长提供了良好的环境条件，使之大量繁殖，微生物活动及酶活性大大提高，加大了对农药的降解速度［21-22］。本实验还发现当土壤含水量由60%上升至80%时，微胶囊的降解速率略降低，可能由于土壤水分含量过高，不利于微生物的生长和抑制了酶活性或稀释了酶浓度［11］，从而影响农药降解。

有研究表明［23-24］，在一定温度范围内，农药在土壤中的降解速率随温度的增加而加快。徐珍等［24］研究表明，土壤温度在15 ～25 ℃时，苯甲酰脲类农药的降解速率随温度升高而明显加快，而温度在25 ～35 ℃之间，降解速率的增加不明显。本研究结果表明，土壤温度对灭幼脲微胶囊的降解有显著影响，随着温度的升高，灭幼脲微胶囊的降解速率呈现增加趋势，当温度从15 ℃升高至25 ℃时，包埋0、1、3、5 个双层的灭幼脲微胶囊的降解速率常数呈较快增长，分别增长了2.01、2.00、2.00、2.00 倍，可能是升高的温度更接近于微生物生长的最适温度，土壤微生物活动及酶活性大大提高，使农药微胶囊的降解速率加快。本研究中，当土壤温度从25 ℃升高至35 ℃时，各包埋层数灭幼脲微胶囊的降解速率常数增长减缓，可能是温度较高时，超出了微生物适宜的温度范围，从而减缓了灭幼脲微胶囊的降解速率增幅，这与高海英［25］的研究结果一致。

本研究表明，土壤微生物、含水量、温度对灭幼脲微胶囊的降解影响显著，灭幼脲微胶囊的最适降解土壤温度为25 ～35 ℃，最适降解土壤含水量为60%。根据《化学农药环境安全评价试验准则》［26］中对农药的残留性等级的划分标准，推测灭幼脲微胶囊在本试验土壤环境中属易降解农药，有关灭幼脲微胶囊在其他土壤环境和农产品中的残留降解情况还有待于进一步研究。

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