吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜上残留的原始沉积行为及其影响因素

杜鹏辉, 饶钦雄, 王献礼, 张其才, 邓忠声, 李华玺, 宋卫国*,

(1.上海海洋大学 食品学院，上海 201306；2.上海市农业科学院 农产品质量标准与检测技术研究所，上海 201403)

叶菜类蔬菜由于生长周期短，农药施用间隔也相应缩短，由于农药没有足够的时间降解和代谢，导致与其他种类蔬菜相比，叶菜类蔬菜中可能存在的农药残留风险更高[1]。叶菜类蔬菜中农药的安全使用，已成为蔬菜产业健康发展的突出问题。

农药在作物上的残留量是由原始沉积量和消解作用共同决定的[2]，而农药在作物上的原始沉积量不仅会影响农药利用率，且对最终残留量、病虫害的控制及后续的施药频率也会产生影响[3]。原始沉积量是农药残留量的决定因素之一，原始沉积量越高，农药在作物中残留的基数越大，如果农药消解速率不够快，就会导致作物中农药残留量较高。研究表明，蔬菜中农药残留的含量会随原始沉积量的增多而增多[4]，在同一种蔬菜上喷施不同浓度的农药，农药的原始沉积量及残留量随施药剂量的变化而变化，高剂量下农药原始沉积量及残留量均高于低剂量[5]；原始沉积量随着施药次数的增加而增加时，最终残留量也会随之增加[6]。农药原始沉积量受到施药方法、兑水量、农药剂型和作物叶面积等多种因素的影响。研究表明，相同农药剂量条件下，兑水量决定了雾滴密度和药液浓度，并决定着药液的表面活性；加大兑水量，会降低药液浓度，导致药液进一步流失，减少药液在叶片的沉积[7]。叶面积指数是农药利用率影响较大的因子[8]，叶面积指数越大，大面积喷洒农药时农药损失越小。通过叶面积指数，还可以估算作物的最大兑水量[9]。在有效成分剂量相同时，农药剂型之间的差异主要取决于药液中含有的助剂种类及含量。研究表明，在药液中添加喷雾助剂可以改善药液的表面张力、接触角、黏度、雾滴粒径等理化性质，进而影响农药在作物表面的沉积[10-11]。此外，作物种类不同，叶片表面结构不同，药液在毛刺、蜡质、粗糙程度不同的叶片表面附着沉积情况也存在明显差异[12]。

目前蔬菜上登记使用的农药共有1073 个，含杀虫剂1044 个，其中新烟碱类农药登记产品859 个[13]，占杀虫剂的82.3%。吡虫啉和啶虫脒是第1 代新烟碱类杀虫剂，因其具有广谱、高效、低毒等特性，已被广泛用于蔬菜虫害防治。但由于吡虫啉和啶虫脒等农药的长期、大量使用，导致蚜虫、飞虱等害虫对其抗性逐渐增强，进而导致农药在蔬菜上的使用量显著增加，农药残留问题也越来越突出[14]。本研究以吡虫啉和啶虫脒为供试农药，以菠菜和生菜2 种叶菜为试验对象，探究农药被施用后在两种叶菜中的沉积规律及兑水量、叶面积指数、农药剂型等因素对叶菜中农药沉积量的影响，旨在为减少叶菜类蔬菜中农药的原始沉积、促进农药安全合理使用和提高蔬菜食品安全提供科技支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试农药：99.5%吡虫啉和99.5%啶虫脒标准品 (99.5% imidacloprid and 99.5% acetamiprid，均来自德国 GmbH 公司)；10%吡虫啉可湿性粉剂(imidacloprid 10% WP，苏州遍净植保科技有限公司产品)；30%吡虫啉微乳剂 (imidacloprid 30%ME，湖南大方农化股份有限公司)；10%啶虫脒微乳剂(acetamiprid 10% ME，天津市华宇农药有限公司)；10%啶虫脒乳油(acetamiprid 10% EC，上海悦联化工有限公司)；40%啶虫脒水分散粒剂(acetamiprid 40% WG，陕西美邦药业集团股份有限公司)；60% 啶虫脒可湿性粉剂(acetamiprid 60% WP，山东省联合农药工业有限公司)；20%啶虫脒可溶液剂( acetamiprid 20% SL，河北八源生物制品有限公司)。

主要试剂：乙腈和甲醇 (HPLC 级，德国Merck 公司)；氯化钠 (分析纯，上海埃彼化学试剂有限公司)；乙酸铵和甲酸 (色谱纯，纯度≥99.0%，上海安谱实验科技股份有限公司)；超纯水，由Ultra 系列超纯水仪制备。

1.2 仪器与设备

ACQUITY UPLC 超高效液相色谱仪 (美国Waters 公司)；AB 5500 型三重四极杆质谱仪 (美国 ABSCIEX 公司)；MX-S 涡旋仪 (美国赛洛捷克公司)；D-37520 冷冻离心机 (美国 Thermo 公司)；CQ-250-DST 型超声波清洗器 (上海跃进医用光学器械厂)；HWS-250 电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)；3WBD-16 型电动喷雾器 (带喷头，0.9 mm，台州市深邦园艺用品有限公司)；Ultra 系列超纯水仪 (上海首立实业有限公司)；JY3002 电子天平 (上海舜宇恒平科学仪器有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 田间试验方法 田间试验在上海市农业科学院庄行试验站叶菜基地大棚内进行，根据NY/T 788-2018《农药残留试验准则》[15]设置试验小区。供试蔬菜为菠菜(Spinacia oleraceaL.，品种：圆叶菠菜) 和生菜 (Lactuca sativaL.，品种：罗马生菜)，种植密度为株距8～10 cm、行距15～20 cm，播种后进行常规管理。于菠菜长至10 叶期、生菜长至8 叶期时进行施药处理。施药方法为在植株上均匀喷洒，先用清水喷施空白处理区，再对施药处理区喷施供试药剂。

1.3.1.1 施药后不同时间农药沉积量的测定 供试药剂为10%吡虫啉可湿性粉剂和60%啶虫脒可湿性粉剂，施药剂量均为有效成分45 g/hm2，兑水量2500 L/hm2。每种农药设 2 个处理小区和1 个空白对照小区。每小区面积约24 m2(12 m ×0.9 m × 2 行)。分别于施药后0.5、2、4 和8 h，采用5 点取样法采集植株 (叶片)、根和土壤样品，每份样品1 kg。根 (清除土壤后) 和土壤 (晾干后)用粉碎机打碎，植株直接打成匀浆，待测。

1.3.1.2 兑水量对农药原始沉积量的影响 供试药剂为10%吡虫啉可湿性粉剂和60%啶虫脒可湿性粉剂。其中，吡虫啉每小区面积约16 m2(9 m × 0.9 m ×2 行)，施药剂量为有效成分45 g/hm2，兑水量分别为2500、3750 和5000 L/hm2；啶虫脒施药区每小区面积约8 m2(9 m × 0.9 m × 1 行)，施药剂量为有效成分15 g/hm2，兑水量分别为2500、5000 和7500 L/hm2，与常规用量 (1000 L/ hm2) 相比，兑水量较高。每种农药设 6 个处理小区和1 个空白对照小区。于施药后2 h 采集植株样品。取样及处理方法同1.3.1.1 节。

1.3.1.3 叶面积指数对农药原始沉积量的影响 供试药剂为10%吡虫啉可湿性粉剂和60%啶虫脒可湿性粉剂。吡虫啉施药剂量为有效成分60 g/hm2，啶虫脒为37.5 g/hm2，二者兑水量均为2500 L/hm2。每种农药设 2 个处理小区和1 个空白对照小区。每小区面积约30 m2(10 m × 1 m × 3 行)。施药后待药液风干后采样，采样时选择生长密度相对均匀的区域，采集每0.5 m2单位土地面积内的植株为一组样品，每组样品均不小于1 kg。采用传统的格点法[16]测量叶面积，计算叶面积指数，叶面积指数 = 每组样品的叶片总面积/单位土地面积，已知单位土地面积为0.5 m2。将采集的每组样品分别用粉碎机打成匀浆，待测。

1.3.1.4 农药剂型对农药原始沉积量的影响 每种农药剂型设 1 个处理小区，每小区面积约30 m2(10 m × 1 m × 3 行)。吡虫啉微乳剂和可湿性粉剂均按有效成分45 g / hm2的剂量施药，啶虫脒可湿性粉剂、微乳剂、可溶液剂、水分散粒剂和乳油均按有效成分 45 g /hm2的剂量施药，兑水量均为2500 L/hm2。于施药后2 h 采用5 点取样法采集植株样品，每份样品1 kg。用粉碎机打碎，待测。

1.3.2 分析方法

1.3.2.1 样品前处理方法 称取10 g (精确至0.01 g)样品于50 mL 塑料离心管中，加入 20 mL 乙腈，涡旋2 min 后再超声10 min；加入5 g NaCl，振荡10 min，于 4500 r/min 下离心5 min；取1 mL上清液，过 0.22 μm 有机滤膜，待测。

1.3.2.2 样品检测方法 液相色谱检测条件：Waters Acquity UPLC BEH C18色谱柱 (2.1 mm ×100 mm，1.7 μm)；流速 0.3 mL/min，流动相 A 相为甲醇，B 相为 5 mmol/L 乙酸铵溶液。梯度洗脱程序：0～1.5 min，5% A；＞1.5～4.5 min，程序上升到95% A；＞4.5～5.5 min，程序下降到5% A，并保持1 min；进样量 2 μL, 柱温 30 ℃。吡虫啉定量离子对为m/z256/175.1，定性离子对为m/z256/209；啶虫脒定量离子对为m/z229.9/98.9，定性离子对为m/z222.9/125.9。

1.3.2.3 标准曲线制作及回收率测定 准确称取吡虫啉、啶虫脒标准品各0.01 g (精确至0.001 g)，分别用甲醇溶解并定容至 100 mL，得到质量浓度均为100 mg/L 的吡虫啉和啶虫脒标准溶液，然后用乙腈稀释成质量浓度分别为 0.005、0.01、0.05、0.1、0.2 和0.5 mg/L 的系列标准溶液，按照 1.3.2.2节条件测定，以质量浓度为横坐标 (x)，峰面积为纵坐标(y)，绘制标准曲线。

在空白样品中添加一定量的吡虫啉和啶虫脒混合标准溶液，添加水平分别为0.01、0.1 和1 mg/kg，每个水平重复5 次，完全混匀后静置2 h，按前述方法进行前处理和测定，计算回收率及相对标准偏差(RSD)。

1.3.3 数据处理 运用Excel、SPSS 进行数据统计分析，用Origin 软件作图。

2 结果与分析

2.1 标准曲线及回收率

在 0.005 ～ 0.5 mg/L 范围内，吡虫啉和啶虫脒的质量浓度与峰面积间呈良好的线性关系，吡虫啉标准曲线方程为y= 14 300x+ 1090，决定系数R2= 0.9981；啶虫脒标准曲线方程为y= 24 800x+974，R2= 0.9976。吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜中的定量限均为0.01 mg/kg。在0.01～1 mg/kg 3 个添加水平下，吡虫啉在菠菜中的回收率及RSD 分别为96%～108% 和11% (n= 5)，在生菜中分别为92%～111%和4.5% (n= 5)；啶虫脒在菠菜中的回收率及RSD 分别为87%～105%和2.1% (n= 5)，在生菜中分别为91%～102% 和8.9% (n= 5)。该方法的正确度和精密度符合农药残留分析要求[15]。

2.2 吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜中的沉积规律

2.2.1 吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜中的沉积动态与分布 吡虫啉和啶虫脒在菠菜、生菜上施用后8 h内的沉积动态结果 (图1) 显示：施药后0.5～8 h内，吡虫啉在菠菜中的沉积量为4.36～7.05 mg/kg，其中2 h 时达到最大且显著高于8 h 时的；在生菜中为2.08～2.76 mg/kg，且差异并不显著。施药后0.5～8 h 内，啶虫脒在菠菜和生菜中的沉积量分别为0.03～0.05 mg/kg 和0.07～0.10 mg/kg，且差异不显著。综合考虑，将施药后2 h 作为测定原始沉积量的最佳时间。

图1 吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜中的沉积动态Fig.1 Deposition of imidacloprid and acetamiprid in two leafy vegetables

施药后2 h 吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜中的沉积分布(图2) 显示：吡虫啉和啶虫脒在菠菜叶、根和土壤中沉积量的占比分别为87.1%～97.1%、2.5%～7.8%和0.4%～5.1%；在生菜中分别为92.8%～94.8%、0.8%～1.3%和4.4%～5.9%。总体来看，两种农药主要沉积在叶菜表面，沉积量占比在87.1%以上，表明农药被施用后大部分通过原始沉积停留在作物表面。

图2 吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜的叶、根和土壤中的沉积分布Fig.2 Deposition distribution of imidacloprid and acetamiprid in leaves, roots and soil of two leafy vegetables

2.2.2 兑水量对吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜中原始沉积量的影响 不同兑水量下吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜中的原始沉积量如表1 所示。从中可知：不同兑水量下，吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜中的原始沉积量不同。吡虫啉在菠菜、生菜中的叶片表面原始沉积量分别为6.04～6.62 和2.77～4.50 mg/kg，啶虫脒在菠菜、生菜中的叶片表面原始沉积量分别为0.26～0.38 和0.22～0.42 mg/kg；不同兑水量下，除吡虫啉在菠菜中的沉积结果外，其余沉积结果间均存在显著差异，表明兑水量会对叶菜上农药沉积量产生影响。增加兑水量，农药沉积量减少，一定程度上表明两种叶菜中农药叶片表面原始沉积量与兑水量呈负相关。

表1 兑水量对两种叶菜中农药原始沉积量的影响Table 1 Effect of the amount of water on the original deposition of pesticides in two leafy vegetables

2.2.3 叶面积指数对吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜中原始沉积量的影响 对同一批作物施药后，采集样品计算叶面积指数，用函数进行拟合，结果如图3 所示。除施用啶虫脒的生菜外，叶面积指数主要集中在0.5～4 之间。利用对数方程模拟发现，菠菜中吡虫啉、啶虫脒的沉积量与叶面积指数拟合结果R2均大于0.80，拟合方程分别为y=-0.53ln(x) + 1.5857、y= -0.303ln(x) + 0.785；线性方程模拟发现，生菜中2 种农药沉积量与叶面积指数拟合结果R2均大于0.53，拟合方程分别为y= -0.1781x+ 1.424、y= -0.0291x+ 0.7796。拟合结果表明，菠菜和生菜中两种农药叶片表面沉积量与叶面积指数均存在负相关，即叶面积指数越小，农药在叶片表面的沉积量越大。

图3 两种叶菜中叶面积指数与农药原始沉积量的对应关系Fig.3 Corresponding relationship between leaf area index and original deposition of two leafy vegetables

2.2.4 剂型对吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜中原始沉积量的影响 不同剂型吡虫啉和啶虫脒在菠菜、生菜中的原始沉积量结果见表2。施药后2 h，不同剂型的吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜叶片表面的原始沉积量有较大差异。吡虫啉可湿性粉剂在菠菜上原始沉积量显著高于微乳剂 (是微乳剂的1.5 倍)；可湿性粉剂在生菜上原始沉积量(0.77 mg/kg) 高于微乳剂 (0.73 mg/kg)，但未达到显著水平。啶虫脒乳油在菠菜上原始沉积量最高，且显著高于微乳剂，是微乳剂的1.4 倍，其他剂型间的差异均未达到显著水平；在生菜上原始沉积量最高的为可湿性粉剂，是乳油的1.2 倍，但未达到显著水平，其他剂型间的差异亦均未达到显著水平。就沉积结果来看，在菠菜和生菜中沉积效果较好的吡虫啉剂型均为可湿性粉剂；菠菜中沉积效果较好的啶虫脒剂型为乳油，其次是可湿性粉剂，生菜中沉积效果较好的啶虫脒剂型为可湿性粉剂。总体来看，两种农药剂型均为可湿性粉剂时，其在菠菜、生菜中的原始沉积效果较好。

3 讨论

菠菜和生菜是叶菜的典型代表，生长周期短，适合于田间试验，且叶面积指数、叶片表面结构均有所差异 (菠菜叶片表面粗糙，略微凸起纹路，生菜叶片表面光滑)。因此，选择菠菜和生菜作为靶标植物。研究结果表明，10%吡虫啉可湿性粉剂和60%啶虫脒可湿性粉剂在菠菜、生菜上施药后8 h 内的沉积量并无显著差异，推测可能是因为施药后短时间内环境因素对叶片表面上药液的持留影响较小，故菠菜和生菜中施药后2 h 可以作为原始沉积量的选择。

兑水量是影响农药在作物叶片表面沉积的重要因素，其决定了雾滴密度和药液浓度，从而影响药液沉积[17]。本研究表明，不同兑水量下，两种叶菜均在兑水量较低时达到农药最大原始沉积量，且随着兑水量的增加，原始沉积量减少。这与施海萍等[18]随着兑水量增加，作物上的农药残留量呈下降趋势的研究结果一致。究其原因：一方面，用水量的增加，降低了药液中表面活性剂的浓度，不利于药液在叶表面沉积[19]；另一方面，大容量喷雾导致农药雾滴重复沉积，药液很容易达到叶片的流失点而发生流失[20]。因此，为避免药液流失，提高农药利用率，田间施药时应注意控制兑水量；在我国农村地区，施药时普遍采用高容量喷雾，本研究结果可为吡虫啉和啶虫脒在菠菜、生菜中的兑水量提供参考。

叶面积指数对农药沉积的影响主要与作物叶面积及叶片表面特性有关，通常叶面积指数越大，大面积喷洒农药时农药损失越小，叶片表面上药液的沉积量越大[8]。本研究结果表明，菠菜和生菜中叶面积指数越小，农药叶片表面沉积量越大，这可能与菠菜和生菜本身特性有关。本研究中，直接对叶片表面喷雾施药，农药直接喷洒较少在空气中损失，推测与作物叶片交错程度有关。随着叶菜的生长，叶片逐渐增多，叶面积也随之增大，虽然也增大了农药的吸附面，但就叶菜本身而言，单位叶面积上的农药沉积量反而减少；此外，不同种类叶菜的叶表结构存在明显差异，如叶表蜡质层厚度和叶片的倾斜角度等，均会对农药沉积产生影响[21-23]。通过本研究结果，还可以根据菠菜和生菜的叶面积指数预估农药沉积量，叶面积指数越大，农药叶片表面沉积量越少。本研究中叶面积指数的大小，一定程度上与单位土地面积上作物的叶片交错程度有关，叶面积指数越大，作物叶片交错程度越大。因此，田间施药过程中在叶面积指数较大即作物叶片交错程度较大时，为达到相同的农药沉积效果，需要适当提高施药量。

不同剂型农药沉积量的差异主要与原药中添加的助剂有关，如表面活性剂可以降低药液表面张力，从而提高农药在叶片表面上的沉积量；此外，叶菜本身特性，如亲、疏水性也会影响农药的沉积[23]。本研究表明，在施药剂量相同时，吡虫啉和啶虫脒微乳剂在菠菜上的原始沉积量均显著低于其他剂型，而在生菜上不同剂型之间均不存在显著差异。推测农药不同剂型在两种叶菜上沉积量的差异与叶菜本身特性、农药自身性质等有关。有研究表明，除亲、疏水性外，作物叶片表面结构、叶面倾角、表面粗糙度等均会影响农药在叶片上的沉积[12,24]，农药不同剂型在不同作物叶片表面的表面张力、接触角和最大稳定持留量均差异显著也表明了这一点[10]。根据本研究结果，田间喷雾施药时，吡虫啉可湿性粉剂在菠菜和生菜中的沉积效果较好，啶虫脒选用可湿性粉剂或乳油效果较好。

本研究可为田间施药时兑水量的选择提供参考，并筛选出沉积效果较好的农药剂型，从而提高农药利用率、更好地管控农药残留风险。