土壤中烟嘧磺隆和莠去津残留对甘薯的药害评价

王容燕, 马 娟, 高 波, 李秀花, 李焦生, 陈书龙

(河北省农林科学院 植物保护研究所，河北省农业有害生物综合防治工程技术研究中心，农业农村部华北北部作物有害生物综合治理重点实验室，河北 保定 071000)

烟嘧磺隆 (图式1) 属磺酰脲类除草剂，通过抑制乙酰乳酸合成酶影响植物的分生组织，造成植物生长停止，组织褪绿坏死，并在3～4 周后死亡[1-2]。莠去津 (图式1) 属三嗪类除草剂，通过抑制光合作用中的希尔反应，降低植物中CO2的固定速率，导致植物失绿，最后干枯死亡[3]。目前，烟嘧磺隆、莠去津及其复配制剂作为玉米田苗期茎叶处理剂在生产上得到广泛应用[4]。但烟嘧磺隆和莠去津难以降解，在土壤中的消解半衰期较长[5-6]，近年，由于玉米田除草剂过量使用，烟嘧磺隆和莠去津的残留药害日趋加重，严重影响后茬作物的安全生产。

2015—2016 年笔者在河北省雄县甘薯生长前期调研中发现，玉米茬甘薯栽植20 d 后相继发生了薯苗生长不良，根系生长受阻，植株黄化或者死亡的现象 (未发表资料)。通过对根部进行病原菌分离，未能分离出相关病原物。2017—2019 年这种情况在河北薯区的雄县、霸州、固安、文安、晋州、保定等地大面积发生，造成黄苗和死苗，农民损失惨重，初步确定此类情况可能与前茬玉米田农药残留相关 (未发表资料)。进一步调研证实，在出现甘薯药害田块中，农民在前茬玉米田均使用烟嘧磺隆和莠去津进行了化学除草。鉴于此，本研究分别在不同药害程度玉米茬口甘薯田采集土样，检测土壤中烟嘧磺隆和莠去津的残留量并通过盆栽试验，分析土壤中烟嘧磺隆和莠去津含量与甘薯药害的关系，旨在为指导甘薯安全生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料、药剂及仪器

97.5%烟嘧磺隆 (nicosulfuron) 原药 (安徽丰乐农化有限责任公司)，97.5%莠去津 (atrazine) 原药(山东德浩化学有限公司)。将上述药剂用色谱纯乙腈配制成10 g/L 母液，于4 ℃保存。残留量测定时用色谱纯乙腈稀释成系列浓度标准工作溶液，盆栽试验时用体积分数0.01%吐温-80 进行梯度稀释。

乙腈为分析纯和色谱纯，甲酸及甲醇为色谱纯，色谱分析用水为超纯水。

超高效液相色谱-TQD 质谱联用仪及Acquity UPLC® BEH C18色谱柱 (2.1 mm × 50 mm，1.7 μm)(美国Waters 公司)；Thermo Sorvall Micro 17 微量台式离心机 (德国Thermo 公司)；Vortex Mixery旋涡混合仪 (美国Labnet 公司)。

盆栽土壤：从河北省保定市清苑区采集未施用过除草剂的沙壤土，过20 目 (830 μm) 孔径筛网，备用。土壤pH 7.5，有机质含量13 g/kg，全氮含量1 g/kg，磷含量40 mg/kg，钾含量150 mg/kg。

甘薯薯苗：供试甘薯Ipomoea batatas品种为龙薯9 号。采集自未喷施过农药的河北省农林科学院植物保护研究所试验地。剪取长势一致的龙薯9 号薯蔓，每个剪蔓5 个节间。

1.2 田间甘薯药害调查和土壤采集

田间调查试验于2017 年5 月底—6 月初分别在河北省文安县、保定市满城区、霸州市、石家庄市藁城区进行。调查甘薯药害发生情况，对药害症状进行描述，并对地上部药害程度进行分级。无药害 (-)：没有药害症状；有药害 (+)：植株有药害症状，矮化不长；严重药害 (++)：植株死亡。分别采集有药害症状与无药害症状的玉米茬甘薯田土壤，有药害田块的土壤采集地点位于文安县 (3 个样品)、保定市满城区 (10 个样品)、霸州市 (3 个样品)，无药害田块的土壤采集地点位于石家庄市藁城区 (4 个样品)。

土壤采集方法：去掉表层1 cm 厚的土壤，围绕甘薯根系四周挖取2～15 cm 深度根系附近的土壤1 kg，混匀，过20 目 (830 μm)筛，采用四分法取200 g 土样，于 -20 ℃保存待测。

1.3 土壤前处理和超高效液相色谱-串联质谱法检测

参照郭立群等的方法[7]略作调整：土壤前处理采用QuEChERS 方法，净化剂为25 mg PSA 和150 mg 无水硫酸镁。烟嘧磺隆和莠去津残留量采用超高效液相色谱-串联质谱方法 (UPLC-MS/MS)检测，柱温40 ℃，流动相梯度洗脱时长为5 min，进样量1 μL。在此条件下，烟嘧磺隆、莠去津的出峰时间分别为2.27 和2.50 min 左右。

1.4 烟嘧磺隆和莠去津混用对盆栽甘薯的影响

盆栽试验于2020 年8 月份在河北省农林科学院植物保护研究所日光温室进行。通过初筛试验确定烟嘧磺隆的试验剂量为1、2、4、6、8、10、20、30 和40 μg/(kg 土)，莠去津的试验剂量为2、5、10、20 和40 μg/(kg 土)，烟嘧磺隆与莠去津混剂分别按质量比10 : 1、5 : 1、5 : 2 和5 : 5 混合，施药剂量为1、2、4、8 和12 μg/(kg 土)。将各处理药剂与沙壤土混匀，放入口径11 cm × 高10.5 cm ×底径9 cm 的花盆中，栽入龙薯9 号剪蔓，土壤中放入3 个节间，地上部留2 个节间，适量浇水，置于日光温室中培养，采用加湿水帘和通风设备进行降温，日最高温度38 ℃，最低温度22 ℃。另设不施药为空白对照。于栽后20 d 观察地上部药害症状后，将植株轻轻从土中取出，抖净土壤，观察根系的药害症状，然后再用清水洗净根系，用吸水纸吸干水分，将根系剪下，称量甘薯根系鲜重，根据公式 (1) 计算根系鲜重抑制率。每个处理重复3 次，每盆种植3 棵植株作为1 个重复。

式中：I指根系鲜重抑制率，%；mck指对照根系鲜重，g；mt指处理根系鲜重，g。

1.5 数据处理

将UPLC-MS/MS 测定的各样品峰面积值代入相关方程中[7]，计算出每克湿土样品的药剂含量。称取10 g 土壤样品，于105 ℃烘干6 h 后称重。每个样品重复3 次，计算土壤含水量。然后计算出每克干土中的药剂含量。

利用DPS7.05 软件，对盆栽试验中甘薯根系鲜重抑制率进行相关性分析，计算抑制浓度 (IC)IC50值和IC10值。根据Sun 的方法[8]计算理论毒力和共毒系数 (CTC) CTC50和CTC10。采用Tukey’s法检验不同处理的差异显著性 (P＜ 0.05)。

2 结果与分析

2.1 土壤中烟嘧磺隆和莠去津残留量测定

在0.000 5～0.5 mg/L 范围内，烟嘧磺隆质量浓度 (x) 与色谱峰面积 (y) 的线性方程为y=100 938x-682.25，相关系数 (r) 为0.997 0，检出限(LOD) 为0.000 9 mg/L，定量限 (LOQ) 为0.003 1 mg/L；莠去津质量浓度 (x) 与色谱峰面积 (y) 的线性方程为y= 467 437x+ 122.08，r为0.999 9，LOD为0.000 1 mg/L，LOQ 为0.000 3 mg/L。在 0.1、0.05、0.01 mg/kg 添加水平下，烟嘧磺隆的平均回收率为104%～110%，相对标准偏差 (RSD) 为2%～6%；莠去津的平均回收率为85%～107%，RSD 为2%～7%。表明该方法适合检测土壤中烟嘧磺隆、莠去津的残留量。

2.2 甘薯药害田土壤中烟嘧磺隆和莠去津残留分析

结果 (图1、表1) 表明，保定市满城区土壤中烟嘧磺隆的含量为11.80～87.97 μg/(kg 土)，莠去津的含量为2.71～8.40 μg/(kg 土)；文安土壤中烟嘧磺隆的含量为15.00～22.05 μg/(kg 土)，莠去津的含量为3.75～4.37 μg/(kg 土)；霸州土壤中烟嘧磺隆的含量为18.89～32.08 μg/(kg 土)，莠去津的含量为3.31～4.39 μg/(kg 土)。在上茬是玉米但甘薯地上部没有可见药害症状的河北石家庄市藁城区土壤中，莠去津的含量为3.43～4.42 μg/(kg 土)，没有检测到烟嘧磺隆。

表1 不同程度药害甘薯田土壤中烟嘧磺隆和莠去津残留量Table 1 The residues of nicosulfuron and atrazine in the soil for growing sweetpotato with different degree of phytotoxicity

2.3 田间甘薯药害症状

结果 (图2) 表明：甘薯种植15～25 d 即显示药害症状，主要表现为整株不长，矮小；整株或心叶黄化；根系发育受阻、短粗；药害严重的植株死亡。

2.4 盆栽甘薯药害症状

在盆栽试验中，随着土壤施用烟嘧磺隆剂量的增大，对甘薯的药害程度呈加重趋势 (图3)。龙薯9 号甘薯经4μg/(kg 土) 烟嘧磺隆处理后10 d，即长出新叶后，叶片即表现出发黄的药害症状，且随着时间延长，发黄症状明显。20 d 时药害植株地上部不发育，整株矮小，叶片小、薄，心叶黄化严重；地下部根系发育受阻，侧根短 (图3 g～n)。

而经2～40 μg/(kg 土) 莠去津处理后20 d，甘薯地上和地下部均没有产生可见药害症状，与对照处理的植株长势一致。烟嘧磺隆和莠去津混用后的甘薯症状与烟嘧磺隆单独施用时的症状相同。通过田间症状与盆栽症状对比可以确定，田间甘薯苗期药害症状与烟嘧磺隆产生的药害症状相似。

2.5 烟嘧磺隆和莠去津对甘薯根系的抑制作用

在烟嘧磺隆不同剂量处理中，于甘薯栽植20 d后调查 (表2) 发现，随着处理药剂浓度的增加，对甘薯根部的抑制作用逐渐增加。在1 μg/(kg 土)处理中甘薯根系鲜重与对照相比有所减轻，但二者之间差异不显著。2 μg/(kg 土) 处理的根系即呈现明显的药害症状。4 μg/(kg 土) 处理的根系鲜重与对照相比下降了49.57%，两者之间差异显著。8 μg/(kg 土) 以上处理的根系鲜重减退率达到80%以上，甘薯地上部长势弱。

表2 不同浓度烟嘧磺隆、莠去津对盆栽龙薯9 号甘薯根系鲜重的影响Table 2 The effects of nicosulfuron and atrazine on the fresh weight of potted sweetpotato cv. Longshu9 roots

在莠去津不同剂量处理中，随着处理药剂浓度的增加，甘薯根系鲜重呈下降趋势，说明莠去津对甘薯根系生长有一定抑制作用 (表2)，但各处理与对照之间差异不显著。

由表3 可知：将烟嘧磺隆与莠去津混合使用，在根系鲜重抑制50% (IC50) 和10% (IC10) 的药剂浓度时，其共毒系数均在35～80 之间，说明莠去津对烟嘧磺隆的药害没有增效作用，而是有一定的拮抗作用。

表3 盆栽龙薯9 号甘薯根系对烟嘧磺隆、莠去津的敏感性Table 3 Sensitivity of potted sweetpotato cv. Longshu9 root to nicosulfuron, atrazine

3 结论与讨论

烟嘧磺隆、莠去津是玉米苗后常用除草剂[1,9-10]，对后茬作物的药害已有很多报道。如Greenland[11]研究表明，上茬土壤中残存的烟嘧磺隆可影响后茬的甘蓝和洋葱，并导致洋葱减产。郝文波等[12]发现，烟嘧磺隆可致使烟草植株矮小、叶片小、须根少、新叶浓绿畸形，药害表现缓慢，持续时间长，而莠去津的药害症状主要是叶片黄化，植株矮小，严重时导致整株萎蔫死亡，且表现迅速，轻者可恢复。王锦等[13]研究表明，前茬超量施用莠去津可导致后茬大豆的出苗率显著降低。本项研究证实，甘薯生产上药害诱因主要是由于前茬施用的烟嘧磺隆残留造成的，烟嘧磺隆在第二年土壤中的残留量在10 μg/(kg 土) 以上，最高可达87.97 μg/(kg 土)，给甘薯生产造成严重损失。本研究通过盆栽试验确定了烟嘧磺隆对甘薯的药害阈值为1 μg/(kg 土)，即土壤中烟嘧磺隆含量高于此值时即可造成甘薯药害，影响甘薯正常生长。

在玉米除草剂对甘薯药害的调查中发现，河北省石家庄市藁城区甘薯田的前茬也是玉米，采集该田土样进行除草剂残留测定，发现莠去津含量为3.43～4.42 μg/(kg 土)，没有检测到烟嘧磺隆，通过对苗情的调查，没有发现明显的地上部和地下根部的药害症状。室内盆栽试验结果表明，莠去津对甘薯地上部没有可见的药害症状，但是对根系的生长有微弱的抑制作用，说明莠去津残留对甘薯生长影响不大。对药害甘薯田的后续观察发现，较轻药害甘薯植株形成的薯块多表现为畸形膨大、开裂，基本上没有商品价值。这种情况是否是由烟嘧磺隆、莠去津或者二者共同作用造成的尚需进一步试验验证。

烟嘧磺隆等磺酰脲类除草剂是一类弱酸性化合物，其pKa值在3～5 之间，在农田土壤中以阴离子形式存在，其水解速度受pH 值影响较大，在酸性环境中，其水解能力强，在中性和碱性环境中，其水解能力则大大降低[5]。我国北方土壤多为中性或偏碱性，因此不利于烟嘧磺隆的降解[14]。此外，烟嘧磺隆和其他磺酰脲类除草剂不同，其在土壤中的吸附受土壤中有机碳含量以及黏土矿物含量的影响较大，土壤中有机碳含量越高，其吸附能力越强，通过与黏土矿物质的结合使其淋溶性降低。因此在一般土壤中，残留的烟嘧磺隆因迁移能力较差，淋溶至地下水中的风险较低[15-16]。在实际生产中，烟嘧磺隆的施用剂量远超推荐剂量，导致其在土壤中的残留量高。因此，烟嘧磺隆残留对后茬甘薯造成的药害十分严重。

鉴于生产中对甘薯等下茬作物产生严重药害的问题，需要加强烟嘧磺隆规范使用技术的推广，严格控制施用剂量，建议在甘薯种植区严格监管限制烟嘧磺隆的使用，开发推广应用新型的易降解、无残留的玉米田除草剂，开发可降解磺酰脲类除草剂的微生物制剂[17]，建立土壤中残留除草剂的快速检测技术，避免药害的发生。