-
开放科学(资源服务)标识码(OSID):

-
城市绿地是现代城市生态系统的重要组成部分,在提升居民生活质量、促进心理健康及营造宜居环境等方面发挥了不可替代的作用[1-2]。植物群落作为城市绿地的核心元素,不仅通过花草树木构建出丰富的植物景观,还在碳氧平衡、吸污滞尘、涵养水源、维持生物多样性等方面具有重要生态功能[3]。然而,城市园林病虫害种类繁多,病虫害防治逐渐成为园林养护的关键环节[4]。阿维菌素是十六元大环内酯类的抗生素,可用于杀虫、杀螨、杀线虫,具有高效、广谱、对环境友好等特点,常作为城市园林病虫害防治的推荐用药 [5-6]。但阿维菌素急性经口毒性较高,对哺乳动物具有潜在生殖毒性,对蚯蚓、蜜蜂等非靶标生物具有高毒性,因此各国对阿维菌素的残留限量均做出了严格规定[7-9]。国内外对阿维菌素的残留研究报道多集中于各类经济作物,如阿维菌素在柑橘和芹菜中的残留降解,以及阿维菌素在苹果、罗汉果及对应土壤中的残留及消解动态[10-12],少有对阿维菌素在城市绿地环境中使用后的残留研究报道。城市绿地环境是城市居民游玩、休憩的主要场所,农药对城市环境的污染可通过呼吸、皮肤等方式进入人体,给人体健康带来危害[13-14]。本文以城市绿地环境中常见的家庭园艺和公园环境为试验地点,分析比较了阿维菌素使用后,其在空气、水体、土壤、植物叶片中的残留及降解情况,可为阿维菌素在城市绿地植物养护中的合理应用提供参考和指导。
全文HTML
-
97%阿维菌素原药(上海麦克林生物科技有限公司)、1.8%阿维菌素乳油(华植河北生物科技有限公司)、甲醇(色谱纯,购自赛默飞世尔科技有限公司)、乙腈(色谱纯,购自赛默飞世尔科技有限公司)。
液相色谱质谱联用仪(安捷伦1290II-6470B)、恒流个体采样器(北劳科安AIR型)、氮吹仪(莱伯泰科ET)、固相萃取装置(莱伯泰科W-SPE12)、超声波清洗器(上海力辰邦西仪器科技有限公司LC-UC-100)、高速冷冻离心机、气浴恒温振荡器、电子天平、移液器、采样管。实验用水为一级去离子水。
-
试验开始时间为2025年3月20日,试验地点为重庆市九龙坡区白市驿基地;家庭园艺为露台花园(有遮阴),公园为小游园。将1.8%阿维菌素乳油稀释1 000倍后,采用背负式自动喷雾器进行施药1次,施药时间为10 min。
-
空气样品采用硅胶采样管串联多孔玻板吸收管进行采集,多孔玻板吸收管中加入5 mL乙腈,采样流量500 mL/min,采集30 min。水体样品采用5点取样法,各取100 mL,混合后备用。土壤样品采用5点取样法,取0~10 cm处土层样品,混合后放入烘箱45 ℃烘干,过2 mm孔径筛网;叶片样品包括桂花、海桐、山茶不同方位叶片各10片。空气样品采集时间分别为施药前和施药后10 min和1、3、5、7 h;水体、土壤、叶片样品采集时间分别为施药前和施药后1 h和1、2、4、10、15、21、31 d。
-
空气样品处理:将硅胶倒入5 mL离心管,加丙酮4 mL,超声洗脱30 min,10 000 r/min离心5 min,取上清液2 mL,氮吹仪40 ℃吹至近干,用1 mL 90%乙腈水溶液溶解,过0.22 μm滤膜,待测;多孔玻板吸收管中的样品,氮吹仪40 ℃吹至近干,用1 mL 90%乙腈水溶液溶解,过0.22 μm滤膜,待测。
水体样品处理:采集的水样经滤纸过滤后,取20 mL试样于50 mL离心管中,加甲酸1 mL,混合均匀。取HLB固相萃取柱依次用5 mL甲醇、5 mL水活化,加水样,用5 mL水淋洗,减压抽干,用6 mL甲醇洗脱。收集洗脱液,40 ℃下氮气吹至近干。用1 mL 90%乙腈水溶液溶解残渣,涡旋1 min,过0.22 μm滤膜,待测。
土壤样品处理:称取样品5.0 g置于50 mL离心管中,加入10 mL乙腈,300 r/min摇床振荡提取30 min,超声5 min,加入无水硫酸镁1.2 g和氯化钠0.4 g,300 r/min剧烈振摇1 min,10 000 r/min离心5 min。取上清液2 mL于装有50 mg固相萃取吸附剂(PSA)和150 mg无水硫酸镁的5 mL离心管中,涡旋1 min,10 000 r/min离心5 min,上清液过0.22 μm滤膜,待测。
叶片样品处理,参照张娇娇等[15]的方法。叶片充分碾碎后,准确称取2g试样,加入10 mL乙酸乙酯,300 r/min摇床提取30 min,超声5 min,加入无水硫酸镁1.2g和氯化钠0.4g,300 r/min剧烈振摇3 min,10 000 r/min离心5 min。取上清液5 mL于15 mL离心管,氮吹仪40 ℃吹至近干,用90%乙腈水溶液2 mL溶解,涡旋3 min,倒入装有50 mg固相萃取吸附剂(PSA)和150 mg无水硫酸镁的5 mL离心管中,涡旋1 min,10 000 r/min离心5 min,取上清液过0.22 μm滤膜,待测。
-
色谱柱:C18(2.1 mm×50 mm,粒径1.8 μm);流动相:A为5 mmol/L乙酸铵溶液,B为乙腈;梯度洗脱条件:0~3 min,10%B;3~6 min,95%B,之后进行系统平衡;进样量:5 μL:流速:0.35 mL/min;柱温:40 ℃。
质谱条件:电喷雾离子源;正离子扫描;多反应监测(MRM);喷雾电压:5.5 kV;脱溶剂气温度:400 ℃;母离子(m/z)为895.5,子离子(m/z)为751.3、449.2,碰撞能:45、50eV;碎裂电压190V。
-
精密称定阿维菌素标准品,用乙腈溶解并稀释定容至50 mL,配制成标准储备液。然后用90%乙腈水溶液配制成阿维菌素浓度为2、10、25、50、100 μg/L的系列标准工作液,并根据不同基质配置匹配标准溶液,供液相色谱串联质谱仪测定。以测得特征离子色谱峰峰面积和标准溶液浓度绘制标准曲线,求得回归方程和相关系数。
-
根据1.3中的样品前处理方法,取水体、土壤、叶片空白样品,分别添加3个水平(10、50、100 μg/L)的阿维菌素,对加标样品进行测定,每个水平重复6次,计算回收率和相对标准偏差。
-
根据空白基质标准曲线斜率和90%乙腈水溶液配制的标准曲线斜率,判断阿维菌素在不同环境样品中的基质效应。基质效应大于50%为强基质效应,20%~50%为中等基质效应,小于20%为弱基质效应。
-
基质效益,空气中阿维菌素浓度,降解半衰期计算公式分别如下:
式中,ME为基质效应(%);A为空白基质标准曲线斜率;B为90%乙腈水溶液配制的标准曲线斜率。
式中,V0为标准采样体积(L);V为采样体积(L);P为采样点的大气压(kPa);t为采样点的温度(℃);C为空气中阿维菌素浓度(μg/m3);n为洗脱液的体积(mL);c为测得阿维菌素浓度(μg/L);D为洗脱效率(%)。
式中,Ct为t时阿维菌素的残留浓度(μg/L),C0为阿维菌素的初始浓度(μg/L),k为降解系数,t为施药后时间(d),T1/2为降解半衰期(d)。
1.1. 试验材料及仪器
1.2. 试验设计
1.2.1. 施药时间与方法
1.2.2. 试验样品采集
1.2.3. 样品前处理
1.3. 分析方法
1.3.1. 色谱和质谱条件
1.3.2. 标准曲线绘制
1.3.3. 回收率试验
1.3.4. 基质效应
1.4. 计算公式
-
在不同基质中添加阿维菌素,建立标准曲线,结果如表 1所示。不同基质中阿维菌素浓度在2~100 μg/L时具有良好的线性关系,相关系数(R2)为0.989 6~0.999 2。不同基质中的检出限为0.16~0.68 μg/L,定量限为0.54~2.28 μg/L。阿维菌素在水体中的基质效应为39.58%,为中等基质效应;其在土壤和叶片中的基质效应均大于50%,为强基质效应,说明净化后基质对阿维菌素的影响依然较大,因此本研究采用基质匹配标准曲线法定量,以消除基质效应带来的影响。
-
分别在水体、土壤和叶片基质中添加10、50、100 μg/L系列标准溶液,然后进行加标回收试验,结果如表 2所示。阿维菌素在不同基质中的回收率为76.47%~105.41%,相对标准偏差为5.20~10.40。
-
本试验分别检测了家庭园艺和公园使用阿维菌素后,其在空气、水体、土壤及叶片环境中的残留情况。表 3列出了阿维菌素使用后在空气中的残留量,家庭园艺喷施阿维菌素10 min后,空气中的残留量约为1.941 8 μg/m3,1 h后迅速下降至0.169 9 μg/m3,降解率达90%以上,5 h后不再检出阿维菌素。公园环境中,施药后10 min,空气中的残留量仅为0.171 5 μg/m3,1 h后未检出。说明阿维菌素施药后在空气中残留时间较短。
阿维菌素在水体、土壤及叶片环境中的残留情况如图 1和表 4所示,阿维菌素在叶片中的降解速率明显高于水体和土壤环境,家庭园艺及公园植物叶片均在4 d后未检出阿维菌素;家庭园艺水体中阿维菌素的半衰期为9.50 d,显著高于公园水体的1.18 d,主要与公园中水体面积大、受阳光直射、植物及微生物较多等因素有关;家庭园艺土壤中阿维菌素的降解速率最低,半衰期可达12.38 d,公园土壤中阿维菌素降解半衰期为6.13 d,可能与阳光直射、土壤含水量不同等因素有关。
2.1. 标准曲线、检出限、定量限和基质效应
2.2. 方法的回收率及精密度
2.3. 阿维菌素在空气、水体、土壤、叶片中的残留及降解动态
-
农药残留检测是评估农药安全的重要措施。目前,主流检测仪器如液相色谱质谱联用仪(LC-MS)和气相色谱质谱联用仪(GC-MS)具有较高的检测准确度和精密度,但基质效应普遍存在且难以避免[16]。本研究结果显示,土壤和植物叶片中阿维菌素的检测均具有强基质效应,可能与两种基质的净化处理方式相似有关。空气中农药残留多采用气相色谱质谱联用仪进行检测,如拟除虫菊酯、毒死蜱等[17-18]。本研究采用液相色谱质谱联用仪检测了空气、水体、土壤及植物叶片中阿维菌素的含量,结果表明,空气中的阿维菌素以极快的速度减少,原因可能是阿维菌素挥发性低,空气中阿维菌素多以气溶胶形式存在[19],容易受重力、光照等因素影响而快速沉降、分解;土壤中阿维菌素降解速率较慢,这与相关报道的检测结果相似[15, 20];室外公园水体中的阿维菌素降解较快,半衰期仅为1.18 d,远低于家庭园艺的9.50 d,可能与公园水体面积较大,农药容易扩散,且含有底泥和多种藻类等因素有关。张卫[21]的研究发现,水体中的阿维菌素会不断向底泥和藻类中转移,而家庭园艺水体中则无底泥、藻类,且不容易受到阳光直射。阿维菌素在植物叶片中的降解速率较快,与其在枸杞、甘蓝和西蓝花中的研究报道相似[22-24]。根据检测结果,城市园林中喷施阿维菌素后,其在空气、水体、土壤及植物叶片中的半衰期整体较短,降解速率较快,初步判断其生态风险较低,对环境相对安全。但试验过程发现,阿维菌素有轻微刺激性气味,且考虑其对人体的潜在毒性,建议在城市绿地施药时,作业人员应做好个人防护,施药后需及时采取相关措施,保障公共健康。本研究系统评估了阿维菌素在城市多介质环境中的残留与降解行为,可为园林环境中阿维菌素合理施用及生态风险评估提供参考。
下载: