3种拟除虫菊酯农药在海南土壤中的降解特性

郑 钊，许佳彬，王 威，邹丽君，梁晓宇,2，王 萌,2，张 宇,2

(1. 海南大学 植物保护学院，海口 570228；2. 农业农村部农产品质量安全风险评估实验室， 海口 570228)

拟除虫菊酯农药(pyrethroid)是一类应用广泛的合成杀虫剂，其品种和用量仅次于有机磷农药，在杀虫剂类别中排名第2[1]。目前，多项研究表明拟除虫菊酯农药在日常生活[2-4]、海产品[5]、果蔬[6, 7]中检出率较高，并且对人体具有生殖、免疫等方面毒性[8-12]。土壤是农药施用后的重要归宿之一，是农药在环境中存在的重要介质，其中，降解是农药在环境存在的最后一道关卡。拟除虫菊酯农药在土壤中的降解是生物降解和非生物降解综合作用的结果，生物降解主要包括土壤酶、土壤微生物以及蚯蚓等的作用，非生物降解主要指水解、光解和氧化还原反应等[13]。研究发现，水稻土、沙土和壤土对氯氟氰菊酯、联苯菊酯和高效氯氰菊酯具有较强的吸附性[14]，且难淋溶[15]，施用后主要分布在表层土壤中。因此，针对3种拟除虫菊酯农药在海南沙土和壤土中的降解进行研究十分必要。为了评估其对海南土壤环境的危害，笔者选择在海南具有代表性的沙土和壤土作为供试土壤，实验室条件下研究3种拟除虫菊酯农药在沙土和壤土中的降解特性，旨在为拟除虫菊酯农药在海南的环境风险评估提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器及药剂Agilent 6890N气相色谱仪[配电子捕获检测器(63Ni-ECD)]和安捷伦BD-1色谱柱(30 m×250 μm，0.25 μm)，安捷伦科技有限公司；H1850A高速冷冻离心机，湘仪离心机有限公司；HY-6A双层摇床，常州中捷实验仪器制造有限公司；HVE-50高压灭菌锅，日本HIRAYAMA公司；PYX-250S-B恒温培养箱，韶关市科力实验仪器公司。纯度均为99%的功夫菊酯(Cyhalothrin)、高效氯氰菊酯(Beta-cypermethrin)和联苯菊酯(Bifenthrin)标准品均购自Dr.Ehrenstorfer Gmbh。正己烷(色谱纯)购自赛默飞世尔科技有限公司，正己烷(分析纯)购自广东光华科技股份有限公司，其余试剂如丙酮、无水硫酸钠和二水合氯化钙均为分析纯，购自广州化学试剂厂。无水硫酸钠经马弗炉650 ℃煅烧4 h，存于干燥皿中备用。

1.2 供试土壤供试土壤采集于海南儋州(0～15 cm表层土壤)，去除植物根系及石块等杂质后的土壤经研磨、风干后过900 μm标准筛，4 ℃保存备用。土壤理化性质见表1。

表1 供试土壤的理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of soil tested

1.3 土壤处理好氧土壤：分别称取20 g土壤(准确到0.01 g)于250 mL棕色锥形瓶中，加水至土壤最大持水量的60%，用透气的硅胶塞封口后，放入温度为25 ℃的黑暗培养箱中避光培养，每个处理重复10次。定期取样，培养过程中保持水分不变。

积水厌氧土壤：在好氧土壤的基础上，于土壤表面形成1 cm水层并通入N2造成厌氧环境，试验过程中保持土壤表面1 cm水层。

1.4 样品制备称取10.00 g处理后的土壤于三角瓶中，加入农药混匀，待丙酮挥发完毕后加入190.00 g土壤再次混匀。在三角瓶外部包裹一层锡箔纸防止农药光降解[16]，置于恒温培养箱中黑暗避光25 ℃恒温培养，加入适量水保持土壤含水量。定期称取土壤样品进行检测。

将土壤样品置于具塞三角瓶中，加入50 mL丙酮振荡提取2h后过滤。滤液过2 cm无水Na2SO4柱后，旋转蒸发至近干。加入分析纯正己烷分液，正己烷分20 mL和10 mL 2次加入，每次振荡萃取3 min，将两次萃取有机相合并旋转蒸发至近干，用2.00 mL色谱纯正己烷定容，再用正己烷稀释100倍后待测。

1.5 色谱条件采用BD-1色谱柱(30 m×250 μm，0.25 μm)；检测器选用ECD检测器；色谱柱升温程序为150 °C保持1 min，然后以6 ° C·min-1升至270 °C保持6 min；进样口温度260 °C；检测器温度320 °C；分流进样10∶1；进样量1.0 μL；载气氮气(纯度≥99.999%)，流速为1.0 mL·min-1。

1.6 添加回收试验将浓度为0.1，1.0，10.0 mg·L-1的标准溶液加入空白土壤，振荡混匀后在通风柜中静置30 min，每个处理5次重复，按上述方法进行前处理及测定，计算添加回收率和相对标准偏差。

1.7 降解半衰期计算方法及分级标准拟除虫菊酯农药在土壤中的降解按照一级动力学方程ct=c0e-kt，降解半衰期按照t0.5=ln2/k计算。农药在土壤中的降解等级按照《化学农药环境安全评价试验准则》进行划分[17]，详情见表2。

表2 农药在土壤中的降解等级划分Tab.2 Grading of degradation characteristic in soil

2 结果与分析

2.1 3种拟除虫菊酯农药在土壤中的添加回收率及相对标准偏差从表3可知，在0.1～10 mg·kg-1添加水平下，3种农药在沙土中的平均回收率在72.17%～98.16%之间，相对标准偏差在2.43%～9.23%之间；3种农药在壤土中的平均回收率在72.41%～92.99%之间，相对标准偏差在1.67%～9.80%之间。3种拟除虫菊酯农药的回收率及相对标准偏差均符合农药残留试验准则要求[17]。

表3 3种拟除虫菊酯农药在沙土和壤土中的添加回收率Tab.3 Recovery of cyhalothrin, beta-rypermethrin and bifenthrin in sandy soil and loam(n=5)

2.2 好氧条件下3种拟除虫菊酯农药在土壤中的降解特性表4为好氧条件下3种拟除虫菊酯农药在沙土和壤土中的降解参数，回归曲线符合一级动力学方程。沙土基质线下功夫菊酯、高效氯氰菊酯和联苯菊酯的降解半衰期分别为115.52，115.52，99.02 d，降解速率为联苯菊酯>高效氯氰菊酯和功夫菊酯。壤土基质中功夫菊酯、高效氯氰菊酯和联苯菊酯的降解半衰期分别为99.02，49.51，99.02 d，降解速率为高效氯氰菊酯>功夫菊酯和联苯菊酯。3种拟除虫菊酯农药在壤土基质下的降解速率均快于或等于沙土基质。根据《化学农药环境安全评价试验准则》可知，只有在壤土基质中的高效氯氰菊酯属于中等降解农药，其余均为较难降解农药。

巴特等的研究表明，拟除虫菊酯农药在壤土中的降解速率一般快于沙土和黏土[1]，与本研究结果相一致。有机质的含量会影响高效氯氰菊酯，有机质含量高会加速高效氯氰菊酯的降解速率[18]。本研究中高效氯氰菊酯在壤土基质中的降解半衰期显著快于沙土基质，原因可能是壤土基质中有机质的含量高于沙土。其他研究中拟除虫菊酯类农药在土壤中的降解半衰期皆短于30 d[19-20]，与本研究差异较大，原因可能是海南土壤中有机质含量较其他土壤少，影响了拟除虫菊酯农药的降解。三唑酰草胺在吉林黑土、江西红土和安徽水稻土中的降解速率不同，吉林黑土中降解最快，江西红土最慢，这个趋势与土壤中有机质含量的差异相同，有机质含量高的土壤中降解速率快[21]。

表4 好氧条件下3种拟除虫菊酯农药在沙土和壤土中的降解参数Tab.4 Degradation parameters of cyhalothrin, beta-rypermethrin and bifenthrin in sandy soil and loam under aerobic conditions

2.2 厌氧条件下3种拟除虫菊酯农药在土壤中的降解特性厌氧条件下，3种拟除虫菊酯农药在沙土和壤土中的降解皆符合一级动力学方程(表5)。从表5可知，功夫菊酯、高效氯氰菊酯和联苯菊酯在沙土基质中的降解半衰期分别为49.51，49.51，57.76 d，功夫菊酯和高效氯氰菊酯的降解速率相同且略快于联苯菊酯。3种农药在壤土基质中的降解半衰期分别为30.13，34.66，57.76 d。降解速率为功夫菊酯>高效氯氰菊酯>联苯菊酯。与好氧条件类似，3种拟除虫菊酯农药在沙土基质中的降解速率较慢或等于壤土基质。厌氧条件下，6个处理的降解半衰期在30.13～57.76 d之间，均为中等降解农药。

厌氧条件下，3种拟除虫菊酯农药在土壤中的降解速率较好氧条件下加快，并且壤土基质下的降解速率快于沙土基质，趋势与好氧条件一致。厌氧条件下，通过在土层表面施加1 cm的水层及惰性气体的通入，使得好氧微生物的活性减弱，厌氧微生物活性增强[21]。而微生物对拟除虫菊酯农药在土壤中的降解起着非常重要的作用[22]，可见，拟除虫菊酯农药在海南土壤中的降解主要是厌氧微生物作用的结果。

表5 厌氧条件下3种拟除虫菊酯农药在沙土和壤土中的降解参数Tab.5 Degradation parameters of cyhalothrin, beta-rypermethrin and bifenthrin in sandy soil and loam under anaerobic conditions

3 讨 论

实验室条件下，3种拟除虫菊酯农药在海南标志性土壤沙土和壤土中的残留随着时间的延长而减少，降解动态均符合一级动力学方程。降解半衰期在30.13～138.63 d之间，属于中等降解农药或较难降解农药。本研究的降解半衰期显著高于其他研究[23-24]，其原因为土壤中有机质的含量过低。土壤中有机质的含量会影响农药的降解速率，有机质含量越高农药降解相对较快[25]。壤土基质下拟除虫菊酯农药的降解快于沙土基质，其原因可能是壤土中有机质的含量略高，并且土壤黏粒含量高于沙土。

微生物作用是拟除虫菊酯农药在土壤中降解的主要方式，张春荣等的研究发现，好氧条件下农药的降解快于厌氧条件[26]，与本实验结果相反。其原因为海南土壤由于土壤中有机质含量过低，土壤中好氧微生物含量及活性不高[27]。

综上所述，海南土壤基质有机质含量过低，导致农药降解缓慢，3种拟除虫菊酯农药在海南沙土和壤土介质下属于中等降解农药或较难降解农药，壤土基质下降解速率较沙土基质快，且厌氧条件可以加快农药的降解。实际使用后会残留在土壤中并造成一定的危害，实际条件下应注意用药。