全 文 ：文章编号 :100028551 (2009) 0120134205
好氧土壤中[ C 环2U214 C]丙酯草醚的结合残留
及其在腐殖质中的分布动态
岳 玲1 余志扬1 汪海燕1 叶庆富1 吕 龙2
(11 浙江大学原子核农业科学研究所 ,农业部核农学重点实验室 ,浙江 杭州 310029 ;
21 中国科学院上海有机化学研究所 ,上海 200032)
摘 要 :农药的环境行为与归趋 ,尤其是结合残留研究 ,是新农药安全性评价的重要内容之一 ,这关系到
新农药的科学使用。利用14 C同位素示踪技术研究了 [ C 环2U214 C]丙酯草醚 ( ZJ0273) 在 3 种不同类型好
氧土壤中的结合残留及其在富啡酸、胡敏酸和胡敏素中的动态分布。结果表明 : (1)在整个培养过程中 ,
土壤中的丙酯草醚结合残留量均随时间而递增。培养至 75d ,红砂土 (S1 ) 、黄松土 (S2 ) 与淡涂泥田 (S3 )
中的14 C2BR 最大值分别为引入量的 12155 %、20135 %和 20149 % ,且富含有机质和 pH较高的土壤更易与
丙酯草醚形成结合残留 ; (2)丙酯草醚与富啡酸、胡敏酸和胡敏素形成的结合残留 ,含量大小依次为富啡
酸 > 胡敏素 > 胡敏酸。因此 ,丙酯草醚与土壤基质形成结合残留的过程中 ,富啡酸起主要作用 ,而胡敏
酸的作用最小。
关键词 : [ C环2U214 C]丙酯草醚 ;除草剂 ;结合残留
BOUND RESIDUES OF [ C ring2U214 C] ZJ0273 IN SOILS
AND DYNAMICS DISTRIBUTION IN HUMUS
YUE Ling1 YU Zhi2yang1 WANG Hai2yan1 YE Qing2fu1 LΒ Long2
(11 Institute of Nuclear2Agricultural Science , key laboratory of Nuclear2Agricultural Science , Ministry of
Agriculture , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang 310029 ;
21Shanghai Institute of Organic Chemistry , Chinese Academy of Sciences , Shanghai 200032)
Abstract :ZJ0273 , propyl 42(22(4 ,62dimethoxypyrimidin222yloxy) benzylamino) benzoate , is a newly developed herbicide for
pre2 and post2emergence weed control primarily in oilseed rape. In this study , bound residues (BR) of [ C ring2U214 C]ZJ0273
in three kinds of soil and dynamics distribution in humus fulvic acid , humin and humic acid were studied by using 14 C isotope
tracer technique. The results presented that , the 14 C2bound residues of ZJ0273 increased with incubation time in the three
tested soils ( S1 , S2 and S3 ) and reached 12155 % , 20135 % and 20149 % of the applied at the end of incubation ,
respectively. The soil of rich organic matter and higher pH was easier to form soil2bound residue of ZJ02731 In addition , the
distribution of 14 C2BR of [ C ring2U214 C]ZJ0273 in soils was in the order of fulvic acid > humin > humic acid.
Key words : [ C ring2U214 C]ZJ0273 ; Herbicide ; bound residues
收稿日期 :2008203220 接受日期 :2008204214
基金项目 :国家自然科学基金重点项目 (20632070) ,国家自然科学基金项目 (10775118) ,中科院知识创新工程重要方向项目 ( KGCX32SYW2203203)
作者简介 :岳 玲 , (19822) ,女 ,四川绵阳人 ,硕士研究生 , 主要从事示踪技术与应用生物物理学研究。
通讯作者 :叶庆富 (19632) ,男 ,浙江开化人 ,博士生导师 ,主要研究方向为核技术农业应用、环境生物物理学、农药作用机理与环境行为。E2mail :
qfye @zju. edu. cn ; lulong @mail . sioc. ac. cn
借助于同位素示踪技术 ,大量研究发现 ,农药残留 可分为两种类型 :一种是可用溶剂提取且常规残留分
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析法可以检测的可提态残留 ( Extractable residue , 即通
常意义上的残留) ,另一种是不能被通常方法所提取的
结合残留 (Bound residue , BR) [1～5 ] 。土壤或植物中的
BR 可因生物和 (或)非生物过程重新释放 ,进而造成迟
发性或延缓性危害[6 ] 。因此 ,美国 EPA 及欧盟已对农
药在土壤中的结合残留特性提出了专门的要求[7～9 ] 。
我国也有必要对农药 ,特别是自主创制品种在农业生
态系统中的结合残留特性及其安全性作出科学的评
价。
丙酯草醚 ( ZJ0273 ,42[ 22(4 ,62二甲氧基222嘧啶氧
基)苄氨基 ]苯甲酸正丙酯) ,是我国自主创制的一种新
型高效油菜田除草剂 ,能有效防除油菜田中的看麦娘、
日本看麦娘、繁缕、牛繁缕、雀舌草等杂草 ,具有高效低
毒、杀草谱较广和成本低廉等特点[10～14 ] 。目前 ,杨征
敏等[15～17 ]已完成了3 HΠ14 C2丙酯草醚的标记合成、结构
鉴定和质量指标分析。唐庆红等[14 ] 对丙酯草醚的生
物活性、毒理及田间可提态残留等进行了一定的研究。
王伟等[18 ]研究了[A 环2U214 C]丙酯草醚在土壤中的迁
移和淋溶等。然而 ,有关其结合残留及其在土壤腐殖
质中的动态分布规律迄今还未见报道。本研究以 [ C
环2U214 C]丙酯草醚为示踪剂 ,利用14 C 示踪技术 ,研究
了丙酯草醚在 3 种不同类型土壤中的结合残留及其在
腐殖质中的动态分布规律 ,为深入认识丙酯草醚在土
壤中的结合残留特性及其环境意义提供科学依据。
1 材料与方法
111 材料
11111 标记化合物 [ C 环2U214 C]丙酯草醚 ,由浙江
大学原子核农业科学研究所和中国科学院上海有机化
学研究所合成[17 ] ,放射化学纯度与化学纯度均大于
98 % ,比活度为 81843 ×104BqΠmg。结构式如图 1。
11112 土壤 供试土壤取自浙江龙游、杭州和慈溪等
地且未曾施用过丙酯草醚的试验田 ,其主要理化性质
列于表 1。
图 1 [ C环2U214 C]丙酯草醚结构式
Fig. 1 Structure of [ C ring2U214 C]ZJ0273
表 1 供试土壤基本性质
Table 1 Physical and chemical property of soils
编号
No.
土壤类型
soil type
采集地
location
pH
(H2O)
有机质
OM( %)
阳离子
代换量
CEC
(cmolΠkg) 颗粒直径组成portion of particles ( %)< 0101mm 0101～0109mm > 0109mm
S1 红砂土 red sandy paddy soil 浙江龙游 Longyou ,Zhejiang 4120 0178 1019 4612 3613 1715
S2 黄松土 fluvio marine yellow 浙江杭州 Hangzhou , Zhejiang 6150 1152 6140 5918 3711 311
S3 淡涂泥田土 endoaquept 浙江慈溪 Cixi , Zhejiang 8125 2148 1611 6417 3415 018
112 仪器及设备
液体闪烁测量仪 ( Wallac1414 , Wallac 公司 , 芬
兰) , 超 低 本 底 液 体 闪 烁 测 量 仪 ( Quatalus21220 ,
PerkinElmer 公司 , 美国) ,生物氧化燃烧仪 (OX2600 ,
Harvey 公司 , 美国) ,pH计 (Delta2640s , 美国)等。
113 方法
11311 培养试验 从过 2mm 筛的 3 种风干土壤中各
称取 3 份 ,每份 300g ,调节土壤含水量至 30 %田间最
大持水量 (WHC) ,置于 500ml 三角瓶 ,培养装置如图 2
所示 ,在 25 ℃±1 ℃恒温生化培养箱中避光预培养
10d ,然后分别加入 [ C 环2U214 C ] 丙酯草醚 (11326 ×
105Bq) ,搅拌均匀并挥发全部甲醇 ,调节含水量至 60 %
WHC ,进一步混匀。于 25 ℃±1 ℃恒温生化培养箱中
通气避光培养 ,培养期间通过称器皿重量以控制土壤
含水量。每种土样各 3 个重复。分别于处理后的 5、
10、20、30、45、60 和 75d 采样分析 ,每次取相当于 10g
风干土的培养鲜土。
11312 14 C2BR 的提取及其总量测定 14 C2BR 的提取 :
采用 Mordaunt 等[6 ] 的连续提取法 ,分别用 0101molΠL
CaCl2 、乙腈 + 水 (9∶1 , VΠV) 、甲醇和二氯甲烷依次振荡
提取 ,每次振荡提取 24h ,离心 (4000rpm) 去可提态残
留 ,4 次提取后的土壤残渣供 BR 研究。(2) 总14 C2BR
的测定 :称取 1g(风干重) 含14 C2BR 的土壤残渣于生物
氧化燃烧仪中燃烧 ,用含乙醇胺的闪烁液 (5g PPO +
015g POPOP + 175ml 乙醇胺 + 225ml 乙二醇乙醚 +
600ml 二甲苯)吸收14 CO2 ,用液体闪烁测量仪测定放射
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图 2 培养装置示意图
Fig. 2 Experimental set2up
性活度 ,经燃烧回收率校正 ,计算 5g 土中的14 C2BR 总
量 ,记为 ATotal 。
11313 腐殖质的分级及各组分中14 C2BR 测定 称取
5g(风干重) 含14 C2BR 的土壤残渣 ,采用改良的丘林法
进行腐殖质 (富啡酸、胡敏酸和胡敏素 ) 分级。用
011molΠL NaOH + 011molΠL Na4 P2O7 混合液提取 (土液
比 1 :5) ,振荡 30min ,连续 3 次 ,合并提取液 (含富啡酸
和胡敏酸) ,定容至 100ml。提取液用 H2 SO4 调节 pH
至 1～115 ,置 80 ℃水浴 3 - 4h ,静置过夜。过滤 ,得胡
敏酸 (在滤纸上) ,滤液为富啡酸。滤液调 pH 至 615～
715 后 ,吸取 2ml 加 Hisafe23 闪烁液 ( PerkinElmer 公司 ,
美国) ,用超低本底液体闪烁测量仪测定放射性活度 ,
得到富啡酸中14 C 的放射性活度 ,记为 AFA 。胡敏素中
的14 C2BR 经氧化燃烧法转化成14 CO2 ,并将之吸收于含
乙醇胺的闪烁液中 ,用液体闪烁测量仪测定放射性活
度 ,通过燃烧回收率校正 ,得胡敏素中14 C 的放射性活
度 ,记为 AHumin 。利用公式 :ATotal2AFA2AHumin = AHA计算得
到胡敏酸中14 C的放射性活度。
2 结果与分析
211 [ C环2U214 C]丙酯草醚在土壤中的结合残留动态
[C环2U214 C]丙酯草醚在土壤中形成的14 C2BR 随
时间的变化规律如图 3。结果显示 ,在整个培养过程
中 ,3 种土壤中[ C 环2U214 C]丙酯草醚的结合残留均随
培养时间增加而递增。在施药初期的 10d 内 ,在中性
土 S2 与碱性土 S3 中 ,结合残留增长缓慢 ,随后增长较
快。14 C2BR 动态变化规律 ,除 60d 外 ,S2 与 S3 无显著
性差异。至培养 75d ,S2 和 S3 中14 C2BR 最大值分别为
引入量的 20135 %和 20149 %。而在酸性红壤 S1 中 ,[ C
环2U214 C]丙酯草醚形成的14 C2BR 在施药初期的 30d 内
增长缓慢 ,30d 后增长较快。至培养 75d ,S1 中14 C2BR
最大值为引入量的 12155 %。试验结果还表明 ,在整
个培养过程中 ,S2 和 S3 中的结合残留均显著高于 S1 ,
这表明丙酯草醚在 pH 与有机质均较高的土壤中更易
形成结合残留。
图 3 土壤中[ C环2U214 C]丙酯草醚结合残留的动态变化
Fig. 3 Dynamics of bound residue of [ C ring2U2
14 C]ZJ0273 in soil
图 4 [ C环2U214 C]丙酯草醚结合
残留在富啡酸的分布
Fig. 4 Distribution of bound residue of [ C
ring2U214 C]ZJ0273 in fulvic acid
212 [ C环2U214 C]丙酯草醚在土壤腐殖质中的动态分
布
[C环2U214 C]丙酯草醚形成的结合残留在腐殖质
(富啡酸、胡敏酸和胡敏素) 中的动态分布如图 4～图
6。在富啡酸、胡敏酸和胡敏素中 ,14 C2BR 均随时间增
加而递增 ,与土壤中14 C2BR 总量的动态变化趋势基本
一致。
在施药初期的 10d 内 ,富啡酸中的结合残留增长
率较小 ,10d 后逐渐增大 ,至培养的 75d ,S1 、S2 和 S3 富
啡酸中的 14 C2BR 分别占引入量的 7119 %、7178 %和
10140 % ,其中在 S2 和 S3 富啡酸中的结合残留显著高
于 S1 (图 4) 。
[ C环2U214 C]丙酯草醚和 (或) 降解物与胡敏酸形
631 核 农 学 报 23 卷
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成的结合残留随时间的动态变化如图 5 所示。S1 胡
敏酸中的 14 C2BR 随时间的变化较小 ,在整个培养过程
中差异不显著。而 S2 和 S3 胡敏酸中的 14 C2BR ,在初
期的 45d 内变化较小 ,随后显著增加。3 种土壤中的
14 C2BR分布在胡敏酸中的含量均非常少 , S1 、S2 和
S3胡敏酸中的结合残留量最大值 (75d) 分别占引入量
图 5 [ C环2U214 C]丙酯草醚结合
残留在胡敏酸的动态分布
Fig. 5 Distribution of bound residue of [ C ring2U2
14 C]ZJ0273 in humic acid
的 0190 %、4147 %和 3168 %。
从图 6 不难看出 ,S1 胡敏素中的14 C2BR 在施药初
期的 45d 内变化不显著 ,随后增长率较大。S2 和 S3 胡
敏素中的14 C2BR ,培养全程总体呈上升趋势 ,至培养
75d ,S1 、S2 和 S3 的结合残留量分别占引入量的
4150 %、5130 %和 7159 %。
图 6 [ C环2U214 C]丙酯草醚结合
残留在胡敏素的分布
Fig. 6 Distribution of bound residue of
[ C ring2U214 C]ZJ0273 in humin
表 2 富啡酸、胡敏酸和胡敏素中的14 C2BR 的相对百分率
Table 2 Percent of bound residue of
[ C ring2U214 C]ZJ0273 in fulvic acid , humin and humic acid ( %)
5d 10d 20d 30d 45d 60d 75d
富啡酸 fulvic acid 5713 5311 6614 6012 6819 5712 5711
S1 胡敏素 humin 2318 2712 2715 2712 2115 3618 3517
胡敏酸 humic acid 1819 1917 611 1215 916 610 712
富啡酸 fulvic acid 4015 5213 4810 4810 4713 4416 4413
S2 胡敏素 humin 2013 3218 3615 3617 3516 2813 3012
胡敏酸 humic acid 3911 1417 1515 1512 1619 2710 25144
富啡酸 fulvic acid 4218 5312 4818 5315 5018 4317 4810
S3 胡敏素 humin 3415 3719 3613 3615 4310 4612 3510
胡敏酸 humic acid 2217 819 1418 918 612 1011 1710
通过进一步计算富啡酸、胡敏酸和胡敏素中的
14 C2BR的相对百分率 (表 2) ,结果表明 ,在整个试验过
程中 ,S1 的富啡酸、胡敏素和胡敏酸中14 C2BR 的相对
百分率分别为 5311 %～6819 % ,2115 %～3618 % ,610 %
～1917 % ,即富啡酸最高 ,胡敏素次之。S3 中三者的分
布与 S1 相似。而 S2 中三者的分布 ,除 5d 外 ,也呈现出
富啡酸 > 胡敏素 > 胡敏酸的规律。因此 ,丙酯草醚与
土壤基质形成结合残留的过程中 ,富啡酸起主要作用 ,
而胡敏酸的作用最小。
3 讨论
腐殖质中结合残留的动态分布试验结果表明 ,土
壤中[ C环2U214 C]丙酯草醚的结合残留在富啡酸、胡敏
酸和胡敏素中均有分布 ,其含量各不相同。14 C2BR 大
部分与富啡酸结合 ,胡敏素次之 ,而在胡敏酸中最少。
由此可见 ,丙酯草醚易与活性较高的富啡酸和胡敏素
结合 ,形成难以提取的结合残留。丙酯草醚结合残留
在富啡酸、胡敏素和胡敏酸中的分布规律与其他大多
数农药 (绿磺隆、甲磺隆、1 ,32D 和甲基溴[19～21 ] ) 的情况
较一致。富啡酸和胡敏素表面富含负电荷 ,又具有大
量的芳环、羧基、羰基和羟基等官能团 ,可与丙酯草醚
和 (或)降解物发生离子交换作用 ,形成氢键、范德华力
以及疏水作用等[22 ,23 ] 。鉴于富啡酸是田间条件下存在
于土壤溶液中的可溶性有机物 ,且易随地表水迁移 ,因
此 ,丙酯草醚和 (或)降解物与富啡酸形成的结合残留 ,
其潜在的环境风险性值得重视。
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大量研究发现 ,农药结合残留的形成不仅与土壤
的理化性质 (有机质、pH 和粘土矿物等) 、土壤环境条
件和耕作方式等有关 ,更重要的是与农药的结构和化
学性质等密切有关[2 ,5～9 ] 。不同农药在不同土壤中的
结合残留量不同 ,活性等也不尽相同。叶庆富等[19 ] 研
究发现14 C2绿磺隆在不同土壤中的结合残留 ,至 75d 其
14 C2BR 达 30 %以上。汪海珍等[20 ] 发现 ,14 C2甲磺隆在
土壤中的结合残留至 75d 达 40 %以上。与磺酰脲类除
草剂绿磺隆和甲磺隆相比 ,丙酯草醚在土壤中的结合
残留较低 (14 C2BR 的最大值仅为引入量的 20149 %) 。
值得注意的是 ,尽管丙酯草醚在土壤中形成的结合残
留量远小于欧盟规定的限量 (培养 100d , BR 小于引入
量的 70 %) ,但在一定条件下 (土壤生物或非生物过
程) ,结合残留可被重新释放并对后茬作物仍可能产生
药害[8 ] , 我们的生物有效性试验也证明了这一现象。
因此 ,丙酯草醚反复施用后其结合残留对后茬作物的
生物药效性需有待于进一步研究。
致谢 :谨以此文献给浙江大学原子核农业科学研究所建所 50
周年。
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