毒死蜱和吡虫啉在小麦和土壤中的消解动态

秦信先 黄敏 张侃侃

摘 要：为了研究毒死蜱、吡虫啉及吡虫啉代谢产物在小麦和土壤中的残留消解动态，建立7种分析物在小麦植株和土壤中的液相色谱串联质谱的检测方法，并于2017、2018年在河南、北京和山东进行了残留田间试验。结果表明：毒死蜱和吡虫啉在小麦植株和土壤中消解较快，半衰期为2.2～4.6d，而吡虫啉的5个代谢产物在小麦植株和土壤中均未检出。末次施药14d后两种杀虫剂均降解了90%以上，推测小麦收获时毒死蜱和吡虫啉对作物和环境不存在安全风险。

关键词：杀虫剂;小麦植株;土壤;液相色谱串联质谱;消解动态

中图分类号：X592文献标识码：A

文章编号：1008-0457（2020）04-0046-06 国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2020.04.006

Abstract：In order to demonstrate the dissipation dynamics of chlorpyrifos， imidacloprid and five imidacloprid metabolites in wheat and soil， a liquid chromatography with tandem mass spectrometry （LC-MS/MS） detectionmethod was established for the simultaneous determination of seven analytes， and in 2017 and 2018， residual field trials were conducted in Henan， Beijing and Shandong. The results showed that chlorpyrifos and imidacloprid were degraded fast in wheat and soil with half-lives of 2.2～4.6 d，while the five metabolites of imidacloprid were not detected in wheat plants and soil.These two insecticides were degraded by more than 90% 14 days after the last application， therefore it could be speculated that chlorpyrifos and imidacloprid did not pose a safety risk to the crops and the environment during wheat harvest.

Keywords：insecticide;wheat plant; soil; LC-MS/MS; dissipation dynamics

小麥是世界上第三重要的粮食作物，95个发展中国家的45亿人口粮食[1]。然而，许多害虫严重影响小麦产量及质量[2]。毒死蜱又称乐斯本，是非内吸性广谱有机磷类杀虫剂，具有胃毒、触杀、熏蒸三重作用杀死各种害虫，广泛用于小麦、棉花、蔬菜等作物上，对鳞翅目、同翅目、双翅目害虫及线虫、螨类等均具有较好的防治效果[3-4]，目前已广泛用于农业，并可以通过采用不同的施用方法来防治作物上的多种害虫[5]。吡虫啉属新烟碱类超高效杀虫剂，具有广谱、高效、低毒、低残留，害虫不易产生抗性，对人、畜、植物安全等特点，并有触杀、胃毒和内吸多重药效[6-7]。在田间使用时主要降解产物为：吡虫啉硝基胍、6-氯烟酸、吡虫啉烯烃、5-羟基吡虫啉、吡虫啉尿素[8]。常用于防治水稻、小麦、棉田中的蚜虫、叶蝉、飞虱等30多种刺吸式口器害虫、地下害虫[9]。毒死蜱和吡虫啉的混合使用能更为有效地防治小麦等作物上的虫害，但在施药过程中，两种杀虫剂均有可能在作物和环境介质上残留，对作物和环境产生危害风险，因此研究毒死蜱和吡虫啉在作物和环境介质上的消解残留情况极其重要。

目前毒死蜱和吡虫啉在作物和环境介质中的残留检测方法报道较少，主要集中单一的毒死蜱或单一的吡虫啉在蔬菜[10-11]、米[12]、土[13-14]、食用菌[15]、果汁[16]等基质中残留消解研究，其中检测方法主要有气相色谱（GC）、液相色谱（LC）、气相色谱（GC）、气相色谱-质谱（GC-MS）和高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）等[9-12]，而有关同时测定毒死蜱、吡虫啉及吡虫啉代谢产物在小麦植株和土壤中的消解动态研究未见报道。本研究基于改进的QuEChERS前处理方法，采用液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）同时测定毒死蜱、吡虫啉及吡虫啉的5种代谢物在小麦植株和土壤中的残留量，并于2017和2018年在河南、北京、山东进行了毒死蜱和吡虫啉在小麦上的残留田间试验，研究了毒死蜱、吡虫啉及吡虫啉代谢产物在小麦植株和土壤中的消解动态趋势，评价了两种杀虫剂在作物和环境中的安全性。

1 材料与方法

1.1 试剂与材料

1.1.1 试剂

毒死蜱标准品（纯度98.5%），吡虫啉标准品（纯度99.0%），吡虫啉-烯烃标准品（纯度990%），5-羟基吡虫啉标准品（纯度99.0%），吡虫啉-尿素标准品（纯度99.0%），吡虫啉-硝基胍标准品（纯度99.0%）和吡虫啉-5-氯烟酸标准品（纯度99.0%），均购买于德国Dr. Ehrenstorfer GmbH 公司;乙腈、甲酸、乙酸均为质谱纯，购买于美国赛默飞世尔科技公司;蒸馏水购买于屈臣氏集团（香港）有限公司;无水硫酸钠、无水硫酸镁和氯化钠均为分析纯，购买于天津优普试剂公司;33%毒死蜱·吡虫啉可湿性粉剂，购买于上海惠光环境科技有限公司。

1.1.2 设备及仪器

LC-20AD液相色谱（日本岛津公司）和4000Q Trap质谱联用仪（美国AB Sciex公司）;Agilent Eclipse XDB-C18色谱柱（150×4.6mm，5μm，美国安捷伦公司）;BSA2201电子天平（德国Sartorius公司）;QL-901涡旋混合仪（其林贝尔仪器制造公司）;RE-2000A旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）;SHZ-D（III）循环水真空泵（巩义英峪予华仪器厂）;TGL-20B台式高速离心机（上海安亭科学仪器厂）。

1.2 检测条件[16]

1.2.1 色谱条件

柱温：20℃;进样体积：5 μL;流速：0.8mL/min;流动相A为0.1%甲酸水溶液，流动相B为乙腈。流动相梯度洗脱程序：0～5.0min，流动相B保持90%;5.0～5.1min，流动相B减少至40%;5.1～6.0min，流动相B保持40%;6.0～6.1min，流动相B增加至90%;6.1～7.0min，流动相B保持90%。

1.2.2 质谱条件

离子源：电喷雾离子源（ESI+）;离子喷雾电压：5500V;离子源温度：550℃;离子源气体1（GS1）：50psi;离子源气体（GS2）：50psi;气帘气：25psi。扫描模式：（正离子）采用多反应离子监测模式（MRM），其他参数见表1。

1.3 样品前处理

小麦植株：称取5.0g小麦植株样品置于50mL聚四氟乙烯塑料离心管中，加入20mL0.5%的甲酸乙腈，3min，加入2g氯化钠和3g无水硫酸钠，涡旋1min， 6000r/min离心3min，取1mL上层溶液于2mL含50mg无水硫酸镁的离心管中，涡旋30s经0.22μm滤膜过滤，待LC-MS/MS检测。

土壤：称取10.0g土壤样品置于50mL聚四氟乙烯塑料离心管中，加入20mL0.5%的甲酸乙腈，涡旋3min，加入2g氯化钠和3g无水硫酸钠，涡旋1min 6000r/min离心3min取1mL上层溶液于2mL含50mg无水硫酸镁的离心管中，涡旋30s经0.22μm滤膜过滤，待LC-MS/MS检测[17]。

1.4 田间试验设计

2017和2018年分别在河南省水城市陈官庄乡、北京市通州区漷县镇侯黄庄村和山东省烟台市福山区农科院基地进行了33%毒死蜱·吡虫啉可湿性粉剂在小麦和土壤上的消解残留田间试验。

1.4.1 小麦植株消解动态试验

在麦苗返青至拔节期间，以334.125g a.i/ha为植株消解动态的施药剂量，在30m2的植株试验小区内进行1次均匀喷雾。按照距施药间隔为2h、1、3、5、7、10、14、21、28、42d分别对小麦植株样本进行采集。共设置个3小区，处理间设保护隔离区，空白对照另设。在植株试验小区内采用随机方式取地表以上的全株1kg以上，装入贴有标签的样品袋，于-20℃冰柜保存。

1.4.2 土壤消解动态试验

以334.125ga.i/ha为的施药剂量，在30m2的试验小区内进行1次均匀喷雾。按照距施药间隔为2h、1、3、5、7、10、14、21、28、42d分别对土壤样本进行采集。共1个小区，处理间设保护隔离区，空白对照另设。按照随机方式或棋盘式在小区内选择8個以上的采样点，并以往复旋转的方式将每个采样点的土钻压入0～10cm深度后，取其地表部分的土壤样品。除去杂物后取约0.2kg，混匀后装入贴有标签的样品袋，于-20℃冰柜保存。

2 结果与分析

2.1 分析方法的线性范围、定量限、检出限、准确度和精密度

用甲醇配制质量浓度为200 μg/mL的毒死蜱、吡虫啉、吡虫啉-烯烃、吡虫啉-尿素、吡虫啉-硝基胍、吡虫啉-5-氯烟酸和50μg/mL的5-羟基吡虫啉标准母液，再用甲醇分别稀释毒死蜱、吡虫啉-尿素、吡虫啉-硝基胍成质量浓度分别为0.025、0.25、0.5、1和2.5μg/mL的系列标准溶液，稀释吡虫啉至0.0025、0.025、0.25、0.5和1μg/mL的系列标准溶液，稀释5-羟基吡虫啉和吡虫啉-5-氯烟酸为0.25、0.5、1、2.5和5μg/mL的系列标准溶液，稀释吡虫啉烯烃为0.5、1、2、2.5和5μg/mL的系列标准溶液。以峰面积为纵坐标（y），浓度为横坐标（x）绘制标准曲线，线性系数在0.9963～0.9999之间（表2），结果表明在相应质量浓度范围内，毒死蜱、吡虫啉及吡虫啉代谢物均呈现较好的线性关系。毒死蜱、吡虫啉及吡虫啉5个代谢物在6min之内出峰，在土壤样品中的定量限和检出量分别为1～200μg/kg和0.33～66.7μg/kg;在植株样品中的定量限和检出量05～100μg/kg和0.17～33.3μg/kg。

七个化合物在标准溶液、空白和添加植株和土壤样品中的典型LC-MS/MS谱图见图1。在准确称取的空白小麦植株（5.0g）和土壤（10.0g）对照样本中，分别添加3个不同浓度的毒死蜱、吡虫啉和吡虫啉5个代谢产物混合标准品，每个添加浓度5次重复，得到毒死蜱、吡虫啉及吡虫啉5种代谢产物的添加回收数据（表2）。结果表明：在设定的三组添加水平下，毒死蜱、吡虫啉、吡虫啉-烯烃、吡虫啉-尿素、吡虫啉-硝基胍、吡虫啉-5-氯烟酸和5-羟基吡虫啉在小麦植株中的平均回收率为71.7%～81.6%，相对标准偏（RSD）为0.5%～3.7%;7个分析物在土壤中的平均回收率为730%～84.0%，RSD为1.0%～4.2%;该方法的精密度和准确度均满足农药残留分析标准要求。

2017年和2018年毒死蜱和吡虫啉在河南、北京和山东三地小麦植株上的消解数据符合一级反应动力学方程（Ct=C0e-kt），而吡虫啉的5个代谢产物在所有小麦植株样品中均未检出（低于各自的定量限），可能是由于在短时间内吡虫啉没有降解代谢或者某些外部因素抑制母体降解从而降低了代谢物的富集程度等因素所引起的结果。结合毒死蜱和吡虫啉在小麦植株上的消解数据，绘制了个杀虫剂的消解曲线（图2），同时计算了毒死蜱和吡虫啉在小麦植株上的半衰期（表3）。毒死蜱和吡虫啉在两年三地的小麦植株中降解速度较快，半衰期分别为2.6～3.8和2.2～4.6，表明在推荐的使用剂量和方法时毒死蜱和吡虫啉在小麦植株中

2.3 毒死蜱和吡虫啉在土壤上的消解动态

通过毒死蜱、吡虫啉及吡虫啉代谢产物在不同地域土壤中的消解试验，发现与分析物在小麦植株上的消解情况相似，吡虫啉代谢产物在所有土壤样品中的残留量也低于定量限，而毒死蜱和吡虫啉在2017年和2018年河南、北京和山东三地土壤的消解动态结果符合一级动力学方程，图3为结合消解数据绘制的毒死蜱和吡虫啉在两年三地土壤中的消解曲线。毒死蜱的初始残留量远大于吡虫啉的初始残留量，原因是制剂中毒死蜱的含量是吡虫啉含量的10倍。另外，在土壤中，毒死蜱和吡虫啉的降解也比较快，半衰期分别为2.9～4.5d和2.8～4.0d，与已报道的在土壤中的半衰期相比较短 [21-23]，原因可能是土壤类型和地域天气的差异。在施药14d后，毒死蜱和吡虫啉的降解率也均大于90%，推测两种杀虫剂对环境的危害也可忽略。

3 结论与讨论

建立了同时检测毒死蜱、吡虫啉及吡虫啉代谢产物在小麦植株和土壤中残留的前处理和检测方法，方法的精密度和准确度均符合农药残留检测分析要求，且方法的检出限、定量及灵敏度限均优于其他研究[24-27]。消解动态试验结果表明，毒死蜱和吡虫啉在小麦植株和土壤中的消解符合一级动力学方程，而吡虫啉的5个代谢产物在所有小麦植株和土壤样品中均未检出，原因可能是短时间内没有吡虫啉代谢产物生成或某些外部因素抑制了代谢产物的富集。毒死蜱和吡虫啉在两年三地的小麦植株和土壤中消解速率较快，半衰期分别为2.6～4.5d和2.2～4.6d，与之前的报道相比[24]，毒死蜱在小麦植株和土壤中的半衰期较短，可能与种植环境 （大田和室内）、施药剂量和施药次数有关;吡虫啉在小麦植株上的降解速度基本与其他课题组报道的结果相近，而吡虫啉在土壤中的降解速率由于土壤理化性质及天气的影响存在着差异[25-27];另外农药制剂剂型的差异也会在一定程度上影响活性物质在作物和环境载体上的降解[27]。距末次施药14d，毒死蜱和吡虫啉在两种基质中的残留量均未检出，推测小麦收获时毒死蜱和吡虫啉对作物和环境的安全风险可以忽略。

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