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摘 要 通过烯啶虫胺在农田土壤和水中的降解动态，研究影响水解和土壤降解速率的因素。结果表明：烯啶虫胺水解是碱性水解，pH值是影响其水解的主要因素，其次是温度。高pH和高温加快其降解速率，温度为25 ℃时，pH=9、7时，半衰期分别为24 d、大于180 d；pH=9，温度为50、15 ℃时，降解半衰期分别为3.2、53.3 d。通过对比实验，说明土壤微生物是影响烯啶虫胺土壤降解的重要因素，未灭菌的土壤中，其降解速率比灭菌组明显加快，属于一级动力学反应。保护土壤中微生物的措施均能够加快土壤中烯啶虫胺降解。
关键词 烯啶虫胺；水解；土壤降解；半衰期
中图分类号 X131 文献标识码 A
烯啶虫胺是新烟碱类杀虫剂中的一种，由日本武田公司于1989年研发，结构式如图1所示。烯啶虫胺通过阻断害虫突触和受体的神经传递起到杀虫作用[1-2]，具有较好的内吸、渗透性，杀虫谱较广，尤其对已经产生抗药性的多种害虫具有良好的防治效果。烯啶虫胺对烟粉虱、白粉虱、蓟马、叶蝉、蚜虫等具有较好的杀灭效果[3-8]，广泛用于水稻、棉花、蔬菜等多种作物的害虫防治，是有机磷类高毒农药的1个重要替代品种，具有广阔的应用前景[9-11]。
农业生产中，施用农药会对水体和土壤产生破坏，水解和土壤降解是评价农药环境安全性的重要指标，但是对于烯啶虫胺的环境降解，文献主要集中于研究其在棉花、水稻、柑橘等作物及其种植土壤中的降解动态[12-15]，关于烯啶虫胺环境行为的文献较少[16-17]，因此研究烯啶虫胺在土壤和水体中的降解动态，分析影响其降解速率的因素，不仅能够为烯啶虫胺环境安全性评价提供相关研究数据，而且还能提供影响农药环境行为的重要因素和相关研究思路。
1 材料与方法
1.1 材料
土壤：采集自海口、儋州水稻田耕作层（有机质含量2.48%，pH=5.77，阳离子交换量5.15 mg/kg，<0.01 mm机械组成35.0%），除去石块、植物根等其他杂物后风干处理，然后过2 mm筛室温下保存备用相关理化性质。
标准品：烯啶虫胺（nitenpyram，99.9%）购自农业部农药检定所。
1.2 方法
1.2.1 水解实验 水解实验置于恒温培养箱中避光进行，缓冲液采用Clark-Lubs缓冲体系，配置后灭菌、重新调节pH，无菌操作下添加烯啶虫胺农药，使初始浓度为1 mg/L，缓冲体系设置5、7、9共3个pH值，每个pH值下设置15、25、50 ℃共3个培养温度，定期采集水样进行处理，气相色谱测定烯啶虫胺含量。
1.2.2 土壤降解实验 土壤降解设置2组实验，使用相同的土壤，第1组不加处理，第2组对土壤进行灭菌处理，实验前预先采用环刀法测定供试土壤的最大持水量。
第1组，取若干锥形瓶，加入20 g/瓶土壤样品，加入超纯水搅拌均匀，使土壤水分含量达到40%饱和持水，塞上棉花塞，使其能够与外界进行气体交换，在25 ℃下避光培养2周，培养时定期测定样品重量，及时补充水分，使土壤保持原有湿度，2周后，将烯啶虫胺溶于超纯水中，并将锥形瓶中的土壤样品水分含量调至60%饱和持水量，使土壤中农药含量达到10 mg/kg。定期取样，测定土壤样品中农药含量。
第2组，在相同条件的2周培养后，进行灭菌处理，然后添加农药，其他处理与第1组相同。
1.2.3 检测方法[10] （1）水解实验样品前处理：取20 mL的水解液，加入40 mL乙腈，混匀后加入NaCl使其达到饱和，匀浆器高速匀浆2 min，静置后6 000 r/min离心10 min，吸取上层（乙腈层）20 mL后40 ℃水温旋转蒸发至近干，丙酮定容待测。
测定：Agilent 6890N气相色谱仪，u-ECD检测器，HP-5色谱柱，流速0.8 mL/min，分流比40 ∶ 1，进样口温度280 ℃，检测器温度290 ℃，柱温150 ℃保持1 min，以2 ℃/min升至180 ℃后保持1 min，再以2 ℃/min升至186 ℃（分析时间19 min）。
（2）土壤降解实验样品前处理：取锥形瓶，加入丙酮-水（V/V=2 ∶ 1）溶液50 mL，摇匀后全部转移至离心管中，密封振荡（转速250 r/min）6 h后过滤，取滤液25 mL，加入5%氯化钠水溶液10 mL后用15 mL二氯甲烷萃取，重复5次，收集萃取液（二氯甲烷层）加入无水硫酸钠进行干燥后40 ℃水温旋转蒸发至近干，丙酮定容后待测。
测定：Agilent 6890N气相色谱仪，u-ECD检测器，HP-5色谱柱，流速1.5 mL/min，分流比40 ∶ 1，进样口温度280 ℃，检测器温度290 ℃，柱温180 ℃保持4 min以2 ℃/min升至200 ℃后保持1 min（分析时间15 min）。
2 结果与分析
2.1 测定方法结果
2.2 水解实验结果
2.3 土壤降解实验结果
其中未灭菌土壤样品中，农药降解速率较快，降解曲线为指数曲线，属于一级动力学方程，降解半衰期为10 d，根据《化学农药环境安全性评价准则》判定属于易降解农药；灭菌土壤样品中，农药降解较慢，而且降解过程不符合一级动力学方程，2组实验对比说明土壤中对烯啶虫胺具有分解作用的菌类或其他微生物对其降解起到促进作用，证明了微生物对土壤中农药残留降解具有重要作用。
3 讨论与结论
本文研究了烯啶虫胺在不同条件下水解和土壤降解。影响水解的主要因素是pH值，其次是温度，实验结果表明烯啶虫胺碱性条件下易水解，从烯啶虫胺分子结构分析，吡啶环外的2个N原子均与双键形成共轭结构，双键上的硝基强烈的吸电子能力使得2个N原子上电子云密度减小，有利于OH-的进攻，发生亲核取代反应，OH-的浓度增大碱性越强，有利于反应往正方向进行，反应速率加快，与文献[18]报道结论与实验结论一致；同时，水解反应受温度影响，温度越高，分子间的相互作用几率越大，降解速率越快[19]。但是，自然状态下温度变化范围相对较小，因此pH是决定环境中烯啶虫胺水解速率的主要因素，在土壤酸性越大地区水解的速率越低。 设置对比实验研究了土壤中微生物对烯啶虫胺降解的影响，未灭菌土壤中烯啶虫胺降解明显比灭菌组快，与文献报道一致，说明微生物是影响土壤中烯啶虫胺降解影响的1个重要因素，降解曲线的趋势与文献有所差异[20]。微生物及其群落是土壤环境的1个重要组成部分，对于降解土壤污染物，维护土壤生态系统平衡[21-24]具有重要作用，因此减少土壤环境污染，多施用有机肥料对于土壤微生物群落保护和环境保护具有重要作用[25-26]。
参考文献
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责任编辑：黄 艳
关键词 烯啶虫胺；水解；土壤降解；半衰期
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烯啶虫胺是新烟碱类杀虫剂中的一种，由日本武田公司于1989年研发，结构式如图1所示。烯啶虫胺通过阻断害虫突触和受体的神经传递起到杀虫作用[1-2]，具有较好的内吸、渗透性，杀虫谱较广，尤其对已经产生抗药性的多种害虫具有良好的防治效果。烯啶虫胺对烟粉虱、白粉虱、蓟马、叶蝉、蚜虫等具有较好的杀灭效果[3-8]，广泛用于水稻、棉花、蔬菜等多种作物的害虫防治，是有机磷类高毒农药的1个重要替代品种，具有广阔的应用前景[9-11]。
农业生产中，施用农药会对水体和土壤产生破坏，水解和土壤降解是评价农药环境安全性的重要指标，但是对于烯啶虫胺的环境降解，文献主要集中于研究其在棉花、水稻、柑橘等作物及其种植土壤中的降解动态[12-15]，关于烯啶虫胺环境行为的文献较少[16-17]，因此研究烯啶虫胺在土壤和水体中的降解动态，分析影响其降解速率的因素，不仅能够为烯啶虫胺环境安全性评价提供相关研究数据，而且还能提供影响农药环境行为的重要因素和相关研究思路。
1 材料与方法
1.1 材料
土壤：采集自海口、儋州水稻田耕作层（有机质含量2.48%，pH=5.77，阳离子交换量5.15 mg/kg，<0.01 mm机械组成35.0%），除去石块、植物根等其他杂物后风干处理，然后过2 mm筛室温下保存备用相关理化性质。
标准品：烯啶虫胺（nitenpyram，99.9%）购自农业部农药检定所。
1.2 方法
1.2.1 水解实验 水解实验置于恒温培养箱中避光进行，缓冲液采用Clark-Lubs缓冲体系，配置后灭菌、重新调节pH，无菌操作下添加烯啶虫胺农药，使初始浓度为1 mg/L，缓冲体系设置5、7、9共3个pH值，每个pH值下设置15、25、50 ℃共3个培养温度，定期采集水样进行处理，气相色谱测定烯啶虫胺含量。
1.2.2 土壤降解实验 土壤降解设置2组实验，使用相同的土壤，第1组不加处理，第2组对土壤进行灭菌处理，实验前预先采用环刀法测定供试土壤的最大持水量。
第1组，取若干锥形瓶，加入20 g/瓶土壤样品，加入超纯水搅拌均匀，使土壤水分含量达到40%饱和持水，塞上棉花塞，使其能够与外界进行气体交换，在25 ℃下避光培养2周，培养时定期测定样品重量，及时补充水分，使土壤保持原有湿度，2周后，将烯啶虫胺溶于超纯水中，并将锥形瓶中的土壤样品水分含量调至60%饱和持水量，使土壤中农药含量达到10 mg/kg。定期取样，测定土壤样品中农药含量。
第2组，在相同条件的2周培养后，进行灭菌处理，然后添加农药，其他处理与第1组相同。
1.2.3 检测方法[10] （1）水解实验样品前处理：取20 mL的水解液，加入40 mL乙腈，混匀后加入NaCl使其达到饱和，匀浆器高速匀浆2 min，静置后6 000 r/min离心10 min，吸取上层（乙腈层）20 mL后40 ℃水温旋转蒸发至近干，丙酮定容待测。
测定：Agilent 6890N气相色谱仪，u-ECD检测器，HP-5色谱柱，流速0.8 mL/min，分流比40 ∶ 1，进样口温度280 ℃，检测器温度290 ℃，柱温150 ℃保持1 min，以2 ℃/min升至180 ℃后保持1 min，再以2 ℃/min升至186 ℃（分析时间19 min）。
（2）土壤降解实验样品前处理：取锥形瓶，加入丙酮-水（V/V=2 ∶ 1）溶液50 mL，摇匀后全部转移至离心管中，密封振荡（转速250 r/min）6 h后过滤，取滤液25 mL，加入5%氯化钠水溶液10 mL后用15 mL二氯甲烷萃取，重复5次，收集萃取液（二氯甲烷层）加入无水硫酸钠进行干燥后40 ℃水温旋转蒸发至近干，丙酮定容后待测。
测定：Agilent 6890N气相色谱仪，u-ECD检测器，HP-5色谱柱，流速1.5 mL/min，分流比40 ∶ 1，进样口温度280 ℃，检测器温度290 ℃，柱温180 ℃保持4 min以2 ℃/min升至200 ℃后保持1 min（分析时间15 min）。
2 结果与分析
2.1 测定方法结果
2.2 水解实验结果
2.3 土壤降解实验结果
其中未灭菌土壤样品中，农药降解速率较快，降解曲线为指数曲线，属于一级动力学方程，降解半衰期为10 d，根据《化学农药环境安全性评价准则》判定属于易降解农药；灭菌土壤样品中，农药降解较慢，而且降解过程不符合一级动力学方程，2组实验对比说明土壤中对烯啶虫胺具有分解作用的菌类或其他微生物对其降解起到促进作用，证明了微生物对土壤中农药残留降解具有重要作用。
3 讨论与结论
本文研究了烯啶虫胺在不同条件下水解和土壤降解。影响水解的主要因素是pH值，其次是温度，实验结果表明烯啶虫胺碱性条件下易水解，从烯啶虫胺分子结构分析，吡啶环外的2个N原子均与双键形成共轭结构，双键上的硝基强烈的吸电子能力使得2个N原子上电子云密度减小，有利于OH-的进攻，发生亲核取代反应，OH-的浓度增大碱性越强，有利于反应往正方向进行，反应速率加快，与文献[18]报道结论与实验结论一致；同时，水解反应受温度影响，温度越高，分子间的相互作用几率越大，降解速率越快[19]。但是，自然状态下温度变化范围相对较小，因此pH是决定环境中烯啶虫胺水解速率的主要因素，在土壤酸性越大地区水解的速率越低。 设置对比实验研究了土壤中微生物对烯啶虫胺降解的影响，未灭菌土壤中烯啶虫胺降解明显比灭菌组快，与文献报道一致，说明微生物是影响土壤中烯啶虫胺降解影响的1个重要因素，降解曲线的趋势与文献有所差异[20]。微生物及其群落是土壤环境的1个重要组成部分，对于降解土壤污染物，维护土壤生态系统平衡[21-24]具有重要作用，因此减少土壤环境污染，多施用有机肥料对于土壤微生物群落保护和环境保护具有重要作用[25-26]。
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责任编辑：黄 艳