全 文 ：文章编号 :100028551 (2002) 032185206
应用14 C 核素研究草甘膦在水域生态系中的
迁移、生物富集与消失动态
朱国念　郭江峰　孙锦荷
(浙江大学农业与生物技术学院 ,浙江 杭州　310029)
摘 　要 :采用室内模拟与室外试验相结合的方法 ,研究了除草剂草甘膦在水域生态系
统中的环境行为、生物富集作用和消失动态。表明该药进入水系后迅速向水生植物
(金鱼藻 Ceratopyllum demersum L. )和底泥中发生迁移 ;5～10d 后以更快的速率向水
生动物 (麦穗鱼 Psudorasobora parva) 体内迁移并积累。20d 时的分配系数和生物富集
系数分别达 8159、27196 和 45179 ,系统中草甘膦的浓度分布为麦穗鱼 > 金鱼藻 > 沉
积物 > 水体。鱼塘和河道用药后 ,草甘膦在水和沉积物之间的迁移及消失则更为迅
速。
关键词 :草甘膦 ;水生生态系统 ;生物富集作用 ;环境行为
收稿日期 :2002201222
基金项目 :浙江省科技厅项目 (971103206)资助
作者简介 :朱国念 (1957～) ,男 ,浙江诸暨人 ,浙江大学农业与生物技术学院植保系副教授 (系副主任) ,生物物理学博
士 ,从事农药及生态毒理学教学和科研
近年来 ,草甘膦在我国南方地区大量用于河道、湖泊及池塘等水网地带防治空心莲子草、
水葫芦等水域杂草 ,在沿海水产养殖地区大量用于控制鱼塘中藻类和苔藓植物过度生长 ,繁殖
对鱼、虾、蟹或贝类生长的影响。对于除草剂直接应于水域这一特殊系统中环境行为及其生态
影响的研究 ,已有一些报道[1～3 ] ,本研究试图通过建立模拟水生态系统 (鱼2金鱼藻2底泥) ,采用
14 C2放射性示踪及相关研究手段 ,结合鱼塘和河道中实际应用草甘膦防除空心莲子草和水葫
芦的试验方法 ,认识和掌握该药剂在水环境中的迁移、分布和生物浓缩作用等规律特征 ,为预
测该药剂使用后在水域系统中的行为和归宿提供科学依据。
1 　材料和方法
111 　试验器材
11111 　药品 　14 C2草甘膦 :放射化学纯度为 9818 % ,放射性比活度 210GBqΠmmol ,由美国孟山都
公司 (Monsato Co. )提供。草甘膦标准品纯度为 9915 % (浙江新安化工集团股份有限公司提
供) 。3014 %草·甲 ME(含 30 %草甘膦和 014 %甲黄隆微乳剂 ,自制) 。
11112 　供试材料 　麦穗鱼 ( Psudorasobora parva) 、金鱼藻 ( Ceratopyllum demersum L. ) (购自杭州
花鸟市场) ;底泥 (华家池鱼塘) ;自来水 (经曝气 24h 处理) 。
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112 　试验方法
11211 　14 C2草甘膦在模拟水生生态系统中的迁移、生物富集作用与消失 　模拟水生态系统由
水2金鱼藻2麦穗鱼2底泥组成。在水族箱 (45 ×25 ×35cm)中 ,装 215kg 风干并过 30 目筛的底泥 ,
事先预埋若干试剂瓶盖 ,用于采取底泥样品。引入自来水 20L 后 ,曝气脱氯 ,放养麦穗鱼 30
尾 ,金鱼藻 100g ,光暗周期为 14∶10h ,碘钨灯照明 ,水面光强为 1600～2000Lx ,温度为 18～20 ℃,
平衡稳定 1 周后供试。试验期间定期补充因蒸发失去的水分。将比活度为 210GBqΠmmol 的
14 C2草甘膦和 1 %草甘膦 (载体) ,用去离子水配制成 50mL 比活性为 4414kBqΠmL 草甘膦溶液 ,
各取 25mL 该溶液分别加入两只玻璃水缸中 (模拟水生生态系统) 。用玻棒轻轻搅动、混匀 (试
验期间定期通气 ,水中 DO 为 7168～8144 ,pH711～7167) 。分别于施药后 1h、1、3、5、10、15、20d
后取样测定。
水样 :每次取样前轻轻搅动池水 ,然后从水体的上、中、下 3 个部位各取 015mL 水样 ,加到
盛有 10mL 闪烁液 (PPO∶POPOP∶甲苯∶乙二醇乙醚 = 5g∶014g∶700mL∶550mL) 的测量瓶中 ,直接
在液闪仪 (WALLAC21414)上测定14 C2的活度。
底泥 :每次从池中取 2 个样 ,在 60～70 ℃下烘干。称取土样 015g ,用生物氧化燃烧仪 (OX2
600)燃烧转化为14 CO2 。用 10mL 吸收液 (甲醇∶乙醇胺 = 875mL∶125mL) 吸收14 CO2 ,然后加 5mL
闪烁液 (PPO∶POPOP∶甲苯 = 5g∶50mg∶1000mL)供测定。
金鱼藻 :每次取 10～15g ,用自来水将表面吸附的14 C2草甘膦冲洗掉后 ,用吸水纸吸干表面
水分 ,称鲜重 ,在 60～70 ℃下烘干磨碎 ,称取 100mg ,用生物氧化燃烧仪燃烧 ,其余操作同上。
麦穗鱼 :每鱼缸取 3 尾 ,用自来水冲洗后 ,用吸水纸吸干表面水分 ,称鲜重 ,在 60～70 ℃下
烘干磨碎、称重 ,测定方法同上。
11212 　草甘膦在池塘和河道中的迁移与消失动态
1121211 　在鱼塘中的迁移与消失动态 :鱼塘 (2314 ×2416m ,水深 40cm)内养有鲢鱼、草鱼、鲤鱼
和鲫鱼 ,水面有少量浮萍 ,用 MATABI喷雾器将 3014 %草·甲 ME 按施药剂量 8LΠhm2 兑水 750L
的比例 ,均匀喷至鱼塘中 ,施药后 4h、1、2、3、4、5、6、7d 取样。
底泥和水样 :将取土器绑于 215m 长的不锈钢管上 ,伸至距路边 210m 左右池塘内 ,插入塘
泥下 10cm 后取泥样 ;将取水器绑于 215m 长的不锈钢管上 ,伸至距路边 210m 左右处 ,下插到水
面以下 10cm 处取水样。
1121212 　在河道中的消失动态 :将 3014 %草·甲 ME 按剂量 415L/ hm2 兑水 750L 的比例 ,喷雾
于河道内 ,施药面积约为 2000m2 ,施药后 12h 内无雨。在施药后 1h、1、3、5、7d 取水样 (水面以
下 20cm 处) ,共 10 点 ,每点取 200mL 水样供测。
11213 　草甘膦的 GC分析方法
1121311 　提取与净化 :水样 :取 100mL 池塘和河道水样经过滤后供试 ,在旋转蒸发器上于 50 ℃
水浴减压浓缩至 10～20mL ,过 732 型阳离子柱 ,然后用 2 ×50mL 的去离子水淋洗 ,收集全部的
淋洗液 ,减压浓缩至干 ,加 2mL 三氟乙酸酐和 1mL 三氟乙醇于 100 ℃的油浴锅上反应 1h ,取出 ,
K. D 浓缩至干 ,定容待测。
底泥 :将供试底泥放入 250mL 的锥形瓶中 ,加入 011MKOH 50mL ,在国际型振荡器上振荡
6h ,以 3500rpm 速度离心 15min ,上清液转移到分液漏斗中 ,底泥再重复提取一次 ,振荡时间为
3h。将合并后的上清液调节到酸性 ,用 50mL 二氯甲烷萃取一次 ,弃去二氯甲烷层 ,收集水层 ,
浓缩至 20mL 左右 ,调节 pH值至中性 ,将样品全部转移到阳离子柱内 (50g/ 柱) ,用 2 ×50mL 的
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去离子水淋洗 ,收集全部的淋洗液 ,于 50 ℃水浴减压浓缩至干 ,衍生化反应后定容待测。
1121312 　气相色谱 ( GC29A ,ECD263 Ni 检测器) 分析操作条件 :色谱柱 : SE230 ,0153mm (i . d. ) ×
30m 熔融石英毛细管柱 ;柱温 :起始温度 60 ℃,1min ;升温速率 10 ℃/ min ;最终温度 120 ℃,8min ;
气化室、检测器温度 :250 ℃;载气 :N2 (991999 %) ;柱前压 :011kgΠcm2 ,线速 :10mLΠmin ;草甘膦保
留时间 :1215min。草甘膦的最小检知量为 512 ×10 - 11 g ,实际样品检测时 ,水样 100mL、底泥
20g ,定容 5mL ,进样量为 1μL ,实测草甘膦的最低检知浓度分别为 216μgΠL 和 15μgΠkg。
2 　结果与分析
211 　14 C2草甘膦在模拟水生态系统中的迁移与分布
由表 1 和图 1 可知 ,14 C2草甘膦进入水系后即迅速向生态系各组分中转移 ,为金鱼藻和麦
穗鱼吸收 ,并在底泥上沉积、吸附。处理 1h 后 ,14 C2草甘膦在水相、底泥、金鱼藻和麦穗鱼中的
活度分别为 39173kBqΠkg、11104kBqΠkg、82153kBqΠkg 和 3175kBqΠkg ,其中以金鱼藻中的活度最
高。随着时间的推移 ,水相中14 C2草甘膦继续向金鱼藻、麦穗鱼和底泥中迁移 ,其在水相中的
活度呈不断下降之势。同时 ,14 C2草甘膦在底泥、金鱼藻和麦穗鱼中的活度则增加较多。在第
20d 时 ,其在水中的活度只有 8165kBqΠkg ,而在底泥、金鱼藻和麦穗鱼中的活度则分别达到
74134kBqΠkg、241191kBqΠkg 和 396116kBqΠkg。表明金鱼藻和麦穗鱼对14 C2草甘膦有较强的生物
富集作用 ,14 C2草甘膦在水相中活度的降低与金鱼藻和麦穗鱼的生物富集作用显著相关。
表 1 　14 C2草甘膦在模拟水生态系中的迁移与分布
Table 1 　Transfer and distribution of 14 C2glyphosate in the model aquatic ecosystem(kBqΠkg)
样品
sample
取样间隔时间 sampling time
1h 1d 3d 5d 10d 15d 20d
水
water
39. 73 20. 83 14. 91 10. 59 9. 56 8. 77 8. 65
底泥
sediment 11. 04 46. 90 82. 88 125. 68 88. 91 84. 13 74. 34
金鱼藻
hormwort
82. 53 92. 21 105. 30 115. 55 145. 15 175. 88 241. 91
麦穗鱼
topmouth gudgeon
3. 75 13. 09 31. 53 57. 72 85. 61 294. 16 396. 16
由于草甘膦以胺盐的形式在水中完全溶解呈分子态 ,易被植物体吸收并有良好的传导性
能[4～6 ] ,因此 ,可以认为金鱼藻细胞的主动吸收作用是草甘膦发生迁移的主要机制 ;虽然水中
草甘膦难以通过鱼体表屏障 ,但鱼鳃及消化道中生物膜的吸收与渗透作用是草甘膦发生迁移
的主要途径和机制 ;同时 ,吸附作用则是水中草甘膦向沉积物迁移的主要机制[7 ] 。
草甘膦在水中的消失动态符合一级反应动力学方程 C = 21183e - 010025t ,半衰期 ( T1/ 2 ) 为
1116d ;底泥上的沉积量在 5d 左右时达到最大值 ,随后缓慢下降 ;在金鱼藻和麦穗鱼中的吸收
和富集作用明显 ,后者体内的浓度比初始高达 100 倍。
212 　草甘膦在水 - 底泥之间的吸附与解吸附作用及在金鱼藻和麦穗鱼中的生物富集作用
由表 2 和图 2 可知 ,分配系数/ 生物富集系数 (BCF) 的大小随时间而发生不同的变化 ,水2
底泥在 10d 后达到平衡 ,随后趋势平缓 ,其变化可用对数函数拟合 ( y = 514085LnX + 011916) ;
781　3 期 应用14C核素研究草甘膦在水域生态系中的迁移、生物富集与消失动态
金鱼藻的富集系数随时间呈幂函数变化 ( y = 118702X113175 ) ;麦穗鱼的富集作用在 5～10d 后迅
速提高 ,表现为指数式增长 ( y = 010705e01992X) 。从趋势线可知 ,三者的变化与时间分别呈不同
的函数关系式 ,在该水生生态系中草甘膦的迁移、分布和消失的影响因子以麦穗鱼 > 金鱼藻 >
沉积物 (底泥) ,生物因子最为重要。可以推测 ,草甘膦在模拟池塘水生态系中的归趋 ,以生物
积累的形式发生迁移 ,以生物降解作用消除。
图 1 　草甘膦在模拟水生生态系统中
的残留及消长动态
Fig. 1 　Distribution dynamics of 14 C2glyph2
osate in the model aquatic ecosystem
图 2 　草甘膦在模拟水生生态系中分配/
富集系数的变化趋势
Fig. 2 　Trends of partition/ bioaccumulation
factor of 14 C2glyphosate in the model
aquatic ecosystem
表 2 　14 C2草甘膦在模拟水生生态系统中的分配/ 富集系数
Table 2 　Partition/ bioaccumulation coefficients of 14 C2glyphosate in the model aquatic ecosystem
体系
system
取样间隔时间 sampling time
1h 1d 3d 5d 10d 15d 20d
水2底泥
water2sediment 0. 28 2. 25 5. 56 11. 87 9. 30 9. 60 8. 59
水—金鱼藻
water2hormwort 2. 08 4. 43 7. 06 10. 91 15. 18 20. 06 27. 96
水—麦穗鱼
water2topmouth gudgeon 0. 10 0. 63 2. 11 5. 45 8. 95 33. 56 45. 79
据报道 ,草甘膦在旱地土壤中具有强烈的吸附作用[8 ] ,但由于沉积物 (底泥)与土壤的理化
性质有着较大的差异 ,它以水中动、植物碎屑等有机质为主 ,且颗粒质地疏松 ,因此 ,草甘膦在
底泥上的吸附作用相对较弱。
213 　草甘膦在池塘、河道中的迁移与消失动态
表 3 显示 ,在鱼塘和河道分别施药后 ,在鱼塘水样中检出的草甘膦残留量在 1d 后迅速下
降 ,第 6d 时已低于 0101mgΠL。草甘膦在鱼塘水中的消失符合一级动力学反应方程 ( C =
21980e - 11133t , r = - 019752) ,半衰期为 0161d。草甘膦在底泥中的吸附量在施药后 1d 达最高 ,
即水中草甘膦迅速向底泥迁移 ,随后缓慢降解。与模拟水生态系相比 ,鱼塘水及底泥中草甘膦
的迁移和消失更快 ,其速率相差悬殊 ,且 7d 后均未能检出残留 ,但草甘膦在水系中的分布、迁
移和消失动态等行为特征却基本一致。表明人工模拟系统与田间实际环境之间 ,草甘膦的环
881 核　农　学　报 16 卷
境行为在性质上一致 ,在量值上相差较大 ,后者所受环境影响因子更复杂 ,消失更快。
表 3 　草甘膦在鱼塘和河道中的消失动态
Table 3 　Disappearance of glyphosate in the pond and the river (mgΠkg)
水域类型
system
取样间隔时间 sampling time
1h 1d 2d 3d 4d 5d 6d 7d
鱼
fish
水
water
6. 282 0. 756 0. 122 0. 078 0. 048 0. 015 0. 003 ND
塘
pool
土壤
soil
0. 537 2. 835 2. 306 1. 004 0. 367 0. 166 0. 116 ND
河道
river
水
water
0. 261 0. 301 ND 0. 065 ND 0. 005 ND 0. 002
　　aND 表示低于最低检知浓度 (未检出) 。
由于河道水系属开放式生态系统 ,稀释度高、流动性大 ,河道水中草甘膦的残留量在施药
后第 3d 检测已低于 011mgΠL ,5d 后低于 0101mgΠL。与鱼塘这一稳态系统相比 ,消失更快。
试验结果表明 ,草甘膦一旦进入水系即迅速在生物相和非生物相之间发生分配和迁移 ,植
物细胞 (如金鱼藻)通过细胞壁主动吸收作用使水中草甘膦逆浓度梯度向胞内运转并积累 ,1～
3d 内生物富集作用十分显著 ,随后在细胞内的不断累积 ;20d 时金鱼藻的生物富集系数比药后
1h 时高达 13 倍以上。说明水中草甘膦首先向水生植物迅速迁移并在胞内不断积累。草甘膦
在水生动物 (鱼)体内通过生物膜吸收和生物富集 ,在 3～5 天内其作用不明显 ,随后迅速提高 ,
20d 时的生物富集系数比初始高出 450 倍以上 ,鱼体中积累的浓度高于金鱼藻 116 倍以上 (部
分藻类被鱼吞食可导致草甘膦积累增加) 。动物体的吸收和富集作用在 5～10d 后显著大于植
物体。草甘膦在底泥界面的吸附和解吸附作用在 10d 时达到动态平衡 ,分配系数约 910 左右。
草甘膦在水环境中的迁移行为受到生物和非生物因子的制约 ,其迁移能力在 10d 左右时受沉
积物上吸附 (分配)系数和植物体浓缩 (富集) 系数大小的支配 ,即决定着迁移的主要途径 ;在
10～20d 内 ,动植物体对草甘膦的生物富集作用主导着迁移的方向。由于草甘膦在水中性质
稳定 ,可以认为 ,草甘膦在水生态系统中的消失主要通过进一步的生物转化和分解作用实现。
参考文献 :
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981　3 期 应用14C核素研究草甘膦在水域生态系中的迁移、生物富集与消失动态
STUDIES ON TRANSFER , BIOACCUMULATION AND DISAPPEARANCE
OF GLYPHOSATE IN THE AQUATIC ECOSYSTEM BY UTILIZING
14 C TRACER TECHNIQUE
ZHU Guo2nian ; GUO Jiang2feng ; SUN Jin2he
( College of Agriculture and Biotechnology , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang Prov. 　310029)
ABSTRACT :Studies on transfer , bioaccumulation and disappearance of glyphosate in the aquatic
environment were conducted with methods of model tests and outdoor trials in the aquatic ecosys2
tem. The result showed that glyphosate transferred rapidly into sediment and hormwort ( Cerato2
pyllum demersum L. ) after applied; and then , it was taken up faster and accumulated more by
topmouth gudgeon ( Psudorasobora parva) 5～10 days after application. The partitioning coeff i2
cient ( sediment2water) and bioconcentration factors of glyphosate were 8159 , 27196 and 45179 ,
respectively , in day 20. The concentration of glyphosate residue in the aquatic ecosystem followed
the order of topmouth gudgeon > hormwort > sediment > water. And it was also indicated that
glyphosate transferred and disappeared extremely fast in both pond and river after application.
Key words :glyphosate ;aquatic ecosystem ;bioaccumulation ;environmental behavior
·会　　讯·
2002 年 4 月 15～16 日在北京召开了《核农学报》编委工作会议。参加会议的有中国核农学会理事长温贤
芳、学会秘书长王志东、编辑工作委员会主任徐步进教授及部分编委共 17 人。
会议由编辑工作委员会主任徐步进教授主持。编辑部的代表向与会代表汇报了《核农学报》近两年的工
作情况 ;温贤芳理事长作了总结讲话。
会议对 2000～2001 年在《核农学报》上发表的论文进行了评选和表彰 ;浙江大学原子核所获一等奖 (发表
论文 21 篇) ;中国农业科学院原子能利用研究所获二等奖 (发表论文 20 篇) ;浙江省农业科学院原子能利用研
究所获三等奖 (发表论文 8 篇) 。获奖的个人是 :一等奖的获得者是江苏里下河地区农科所陈秀兰、中国农业
科学院原子能利用研究所曹雪芸 (均发表论文 3 篇) ;二等奖的获得者是 :中国农业科学院原子能利用研究所
林音 ,山东农业大学杨景成 (均发表论文 2 篇 ,简报 1 篇) 。大会为获奖的单位和个人颁发了证书和奖品。
与会代表一致认为 :
11 办好学报是为会员办的一件最有意义的大事实事 ,是事业的需要。《核农学报》是我国唯一的核农学
专业期刊 ,办刊二十几年来 ,在推动我国核农学领域的学科建设 ,促进核农学在国内外学术交流、培养学科人
才方面 ,发挥了重要的、无可替代的作用 ,在国内外享有一定的地位和声誉。鉴于此 ,要有战略的目光 ,树立发
展的观念 ,克服困难 ,不但要把《核农学报》坚持办下去 ,而且要越办越好 ,这是事业的需要 ,也是我们这一代核
农学工作者的责任和心愿。要加大宣传力度 ,引起各级领导的重视 ,得到个方面的大力支持。
21 我们的刊物能否持续发展争得力足之地 ,关键在于自身的创新 ,不断提高刊物的学术质量。要更新观
念 ,广辟稿源。除了要大力报道核农学的新进展、新突破外 ,还要加强生态农业、农业生物技术、农业信息技
术、节水农业、精品农业、农产品储藏、保鲜加工等领域研究的新进展、新突破、新理论与新方法。
31提高编辑水平 ,提高科技信息的传播速度 ,缩短论文的发表周期 ,增加页码 ,由原来的 64 页增加到 80
页 (现以报批) 。改进稿件受理程序 ,收到稿件 3 个月内要给予答复。
41 继续加大宣传力度 ,扩大国内外的发行量。由于办刊经费困难 ,既影响了刊物质量的提高 ,也有碍于
刊物的稳定发展 ,要改变这种状况 ,使刊物走出困境并得以持续发展 ,要广开经费来源 ,除了还要适当增加一
些协办单位、继续努力争取赞助费外 ,编委们一致认为 :还要适当增加版面费 ,增加初审费。另编委们还建议 :
理事成员单位每年应拿出一定经费协助办刊。
代表们对编辑部的工作给予充分肯定。编辑部的代表也表示今后要继续勤奋学习和工作 ,通过学习和工
作实践 ,不断提高编辑部的整体素质 ,把《核农学报》越办越好。
本刊编辑部
091 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (3) :～