吡氟酰草胺水解及土壤降解研究

陈 风，王平平，刘新刚，董丰收，徐 军，吴小虎，郑永权

（中国农业科学院植物保护研究所，植物病虫害生物学国家重点实验室，北京 100193）

吡氟酰草胺（Diflufenican），化学名称为N-(2,4-二氟苯基)-2-[(3-三氟甲基)苯氧基]-3-吡啶甲酰胺，属于取代吡啶基酰苯胺类除草剂，主要应用于玉米、大豆及麦田防除一年生禾本科杂草和某些阔叶杂草[1]。该品种为选择性接触和残留除草剂，作用方式为通过对八氢番茄红素脱氢酶的抑制，阻碍植物体内类胡萝卜素的生物合成[1]。吡氟酰草胺作为一种在麦田作物中广泛应用的农用化学品，其对麦田杂草的田间防效及在农作物中的残留情况一直备受关注，且已有大量的相关研究[2-4]。董宜浩等[5]研究了吡氟酰草胺对麦田杂草的防效，并观察报道了其对小麦生长的安全性；吴文铸等[6]采用气相色谱微电子捕获器对环境介质中的吡氟酰草胺进行了残留分析；Svendsen等[7]研究报道了吡氟酰草胺在农用土壤和城镇土壤中的归趋差异。目前，关于吡氟酰草胺在不同环境介质中具体降解行为的研究报道较少。本文根据GB/T31270.1—2014《化学农药环境安全评价试验准测》[8]和NY/T3150—2017《农药登记环境降解动力学评估及计算指南》[9]的要求，开展了吡氟酰草胺在水体和土壤中的降解特性研究，以期为评价其对水环境和土壤介质的安全性提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试仪器。Waters-UPLC型液相色谱仪，美国沃特世公司；高速离心机，德国西格玛公司；人工气候箱，宁波江南仪器厂；CK-200振荡器，中国托摩根有限公司；PL203/01电子天平，瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司；Milli-Q Reference超纯水系统，德国默克公司。

供试试剂。吡氟酰草胺原药（纯度98%），江苏中旗化工有限公司；氯化钠，北京化工厂；乙腈、甲醇、甲酸（均为色谱纯），德国默克公司。

供试土壤。选取湖南红土、河北潮土与吉林黑土3种有代表性的土壤作为试验土壤。土壤经风干、研碎后过0.84 mm（20目）孔径筛备用，供试土壤基本理化性质见表1。

表1 供试土壤的理化性质

1.2 试验方法

1.2.1 缓冲溶液的配制

Clark-Lubs缓冲溶液（20℃）配制方法分别如下：将50 mL 0.1 mol/L邻苯二甲酸氢钾溶液加入至0.40 mL 0.1 mol/L氢氧化钠溶液，再用超纯水稀释至100 mL（pH=4）；将50 mL 0.1 mol/L磷酸二氢钾溶液加入至29.63 mL 0.1mol/L氢氧化钠溶液，再用超纯水稀释至100 mL（pH=7）；将21.30 mL 0.1 mol/L氢氧化钠溶液加入至50 mL 0.1 mol/L硼酸-50 mL 0.1 mol/L氯化钾混合溶液中，再用超纯水稀释至100 mL（pH=9）。

1.2.2 标准溶液的配制

用电子天平准确称取吡氟酰草胺原药，用丙酮作为溶剂，配制1 000 mg/L的吡氟酰草胺储备液100 mL。水解试验采用pH值为4、7、9的空白缓冲溶液；土壤降解试验采用乙腈，将上述吡氟酰草胺储备液分别稀释成10.0、5.0、1.0、0.5、0.1 mg/L的系列标准基质溶液[6,8]。

1.2.3 试验设计

水解试验。分别用pH值为4、7、9的缓冲溶液配制10 mg/L的吡氟酰草胺溶液，置于50 mL棕色广口瓶中，于25±1℃、50±1℃恒温条件下培养。pH 4缓冲溶液分别于0、0.17、0.33、1、1.25、2、3、4、5、6 d取样；pH 7缓冲溶液分别于0、0.33、1、1.25、2、3、4、5、8、9 d取样；pH 9缓冲溶液分别于0、0.33、1、1.25、2、3、4、7 d取样，测定缓冲溶液中吡氟酰草胺的含量。

土壤降解试验。好氧条件：分别称取20.0 g供试土壤于50 mL棕色广口瓶中，加入1 000 mg/L的吡氟酰草胺标准溶液0.2 mL，拌匀后，加入适量超纯水，将土壤含水量调节至饱和持水量的60%，塞上棉塞，置于25±1℃黑暗条件下的恒温、恒湿箱中培养（培养过程中及时调节土壤水分含量，以保持原有持水状态）；积水厌气条件：分别称取20.0 g供试土壤于50 mL棕色广口瓶中，加入1 000 mg/L的吡氟草酰胺标准溶液0.2 mL，拌匀后，加水至土壤表面有1 cm水层，塞上棉塞，置于25±1℃黑暗条件下的恒温、恒湿培养箱中培养（培养过程中始终保持土壤表面具有1 cm水层）。在2种培养条件下，分别于0、3、7、14、21、35、50、70、90、99、133 d取样，测定土壤中吡氟酰草胺的含量。

1.2.4 样品前处理

水样提取。准确量取2.0 mL缓冲液于10 mL离心管中，加入2 mL 0.2%甲酸-乙腈（1∶500，V/V）和0.5 g氯化钠，塞紧管盖，涡旋2 min。将上述装有缓冲溶液的离心管在4 000 r/min离心5min后静置，取上清液，用0.22μm滤膜过滤，待测。

土壤样品提取。准确量取2.0 g供试土壤于10 mL离心管中，加入0.5 mL超纯水和2 mL 0.2%甲酸-乙腈（1∶500，V/V），塞紧管盖，涡旋5 min，再加入1 g氯化钠，涡旋1 min。将上述装有土壤样品的离心管在4 000 r/min离心5 min后静置，取上清液，用0.22μm滤膜过滤，待测。

1.2.5 色谱测定条件

Acquity UPLC BEH C18色谱柱（2.1 mm×50 mm，1.7μm）；柱温：30℃；进样体积：5μL；流速：0.3 mL/min。采用梯度洗脱，流动相为A（0.2%甲酸水）和B（乙腈）：0 min，90%A；0.2 min，90%A；1.5 min，35%A；2.5 min，10%A；3 min，10%A；3.1 min，90%A；5 min，90%A。检测器：PDA；检测波长：285 nm。

1.2.6 标准曲线制作

在上述色谱测定条件下，以峰面积为纵坐标，以进样的质量浓度为横坐标绘制吡氟酰草胺标准工作曲线。

2 结果与分析

2.1 方法的线性范围及灵敏度

经色谱测定，吡氟酰草胺的保留时间为2.08 min。采用外标法定量，在0.1～10.0 mg/L范围内，吡氟酰草胺质量浓度与峰面积呈良好的线性关系（R2≥0.999）。水解试验：在pH 4缓冲溶液中的线性回归方程为y=58 532x＋1 692.3，R2=0.999 1；在pH 7缓冲溶液中的线性回归方程为y=58 605x＋2 753.7，R2=0.999 4；在pH 9缓冲溶液中的线性回归方程为y=61 370x＋1 249.3，R2=0.999 5。土壤降解试验：线性回归方程为y=51 705x＋464.74，R2=1.000 0。吡氟酰草胺在水样和土壤样品中的最低检测浓度均为0.1 mg/L。

2.2 方法的准确度与精密度

分别在pH 4、7、9的缓冲溶液和红土、潮土、黑土3种土壤空白样品中添加吡氟酰草胺，设置2个浓度水平0.5和10.0 mg/kg，每个添加水平各设5个重复，同时设不加药的空白对照，按样品前处理方法和分析方法进行测定。吡氟酰草胺的添加回收试验结果见表2。

表2 吡氟酰草胺添加回收试验结果（n=5）

结果表明，吡氟酰草胺在pH 4、7、9的缓冲溶液中平均回收率为94.0%～100.0%，相对标准偏差（RSD）为1.2%～6.6%；吡氟酰草胺在土壤中的平均回收率为88.5%～99.2%，RSD值为1.4%～4.9%。该方法的准确度及精密度均符合农药残留试验准则要求。

2.3 吡氟酰草胺的水解特性

将25℃和50℃条件下测得的吡氟酰草胺含量与相应的取样时间用一级动力学的降解模式分别进行统计处理。吡氟酰草胺在3种不同pH值缓冲溶液中的降解动态和水解特性参数，详见图1、2和表3。由图表可知，吡氟酰草胺在25℃和50℃条件下均表现为易水解。同时发现，在pH 4和pH 9缓冲溶液中，吡氟酰草胺在50℃时的水解速率明显快于在25℃条件下，说明在酸性和碱性水环境中，温度对吡氟酰草胺的水解速率影响较大，随着温度的升高，水解速率明显加快。

表3 吡氟酰草胺在不同pH值缓冲液中的水解特性参数

图1 25℃条件下吡氟酰草胺在3种不同pH值缓冲液中的降解动态

图2 50℃条件下吡氟酰草胺在3种不同pH值缓冲溶液中的降解动态

2.4 吡氟酰草胺的土壤降解特性

根据NY/T3150—2017《农药登记环境降解动力学评估及计算指南》的要求，将好氧条件与积水厌气条件下测得的吡氟酰草胺含量与相应的取样时间进行数据拟合与统计处理。试验发现，吡氟酰草胺在好氧条件下的红土、积水厌气条件下的黑土中的降解动力学符合平行双一级动力学模型，其余则符合常规一级动力学模型。吡氟酰草胺在不同条件下3种供试土壤中的降解动态和动力学参数，详见图3、4和表4。由图表可知，吡氟酰草胺在3种供试土壤中均具有强稳定性，无论是在好氧条件下还是在积水厌气条件下均表现为难降解。其中，吡氟酰草胺在红土中最难降解，潮土和黑土次之。具体来说，吡氟酰草胺在红土中的降解速率显著慢于在潮土和黑土中，且其在积水厌气条件下比在好氧条件下更难降解，而潮土和黑土中的吡氟酰草胺分别在好氧和积水厌气条件下相对易发生降解。

图3 吡氟酰草胺在好氧-潮土、好氧-黑土、积水厌气-红土、积水厌气-潮土中的降解动态

图4 吡氟酰草胺在好氧-红土与积水厌气-黑土中的降解动态

表4 吡氟酰草胺在不同类型土壤中的降解特性参数

3 结论与讨论

本试验建立了吡氟酰草胺在3种不同pH值缓冲溶液和3种类型土壤中的超高效液相色谱分析方法，所建方法的灵敏度、准确度和精密度均符合农药残留分析要求。从水解试验结果可以看出，吡氟酰草胺在酸性、中性和碱性水环境中均易水解。与此同时，吡氟酰草胺在酸性和碱性水环境中的水解速率在一定程度上受温度影响，即随着温度的升高，水解速率明显加快，而在中性水环境中无显著差异。从土壤降解试验结果可以看出，在好氧和积水厌气条件下，红土、潮土和黑土中的吡氟酰草胺均表现为难降解。此外，吡氟酰草胺在不同类型土壤和不同条件下（好氧与积水厌气条件）的降解速率也有着明显差异。吡氟酰草胺在碱性土壤（潮土pH 8.10和黑土pH 7.61）中比在酸性土壤（红土pH 5.49）中较易降解，推测可能受土壤pH影响，而其在好氧与积水厌气条件下的降解差异性也有待进一步研究。以上试验结果有助于为吡氟酰草胺在水环境和土壤介质的安全评估提供科学依据。