膠東地區3 種土地利用類型土壤中農藥殘留監測與分析

姚 杰, 陳海寧, 王雪景, 柳 璇, 阮銀偉, 鹿澤啟,王婷婷, 解學仕, 劉保友*,, 徐維華*,

(1.山東省煙臺市農業科學研究院，山東 煙臺 265500；2.山東先達農化股份有限公司，山東 濱州 256500；3.史丹利農業集團股份有限公司，山東 臨沂 276700)

在農業生產過程中，殺蟲劑、殺菌劑、除草劑以及植物生長調節劑等的使用是不可缺少的[1]。農藥的應用對提高農作物產量和促進生產力的發展起到了積極作用，但是伴隨而來的是農藥殘留問題[2]。我國作為農藥生產和使用大國，存在農藥使用量大、效率低及農藥殘留等問題[3]。土壤是農業生產的必要條件，是重要的環境要素之一，又是常用的廢物處理場所，接受著大氣和水中污染物的遷移和轉化[4]。據報道，通過葉面噴施的農藥約有60%進入土壤[5]。隨著農藥被長期大量的使用，土壤質量持續下降[6]，最終對人類產生危害[7-9]，因此，監測與分析土壤中農藥殘留狀況意義重大。

膠東地區地理上指膠萊河以東的地區，主要包括青島市、煙臺市和威海市等[10]。自然條件優越，盛產玉米、花生、蘋果和梨等，農業生產潛力巨大，是山東和華北地區重要的農業經濟區。隨著近年來農藥的持續使用，其農田土壤可能存在農藥污染等環境問題。目前，關于膠東地區土壤中有機氯農藥的研究已有相關報道，代杰瑞等[11]對煙臺市土壤中有機氯農藥殘留及來源進行了研究，結果表明，停用20 多年的HCHs 和DDTs 在煙臺市表層土壤中仍有殘留，檢出率分別為2%和34.59%；朱英月等[12]對遼東與山東半島土壤中有機氯農藥殘留特征進行了研究，發現在采樣區域土壤中，HCHs 和DDTs 殘留量超過中國GB 15618—2008《土壤環境質量標準》一級標準的土壤樣品，分別占樣品總數的4.53%和9.05%，不同土地利用類型土壤中農藥殘留差異較明顯。上述研究僅限于土壤中有機氯農藥，膠東地區有關其他常用農藥在不同土地利用類型表層土壤中農藥殘留特征的研究還未見有報道。摸清膠東地區土壤中的農藥殘留情況，對于掌握該地區農產品和環境安全十分必要，同時還可以為農藥減施后的農產品安全風險評估提供基礎數據。

本研究針對膠東地區蘋果、花生和玉米生產中防治病蟲草害用過的多菌靈、DDTs 和撲草凈等43 種農藥，通過優化建立了土壤中43 種農藥殘留的檢測方法。采用氣相色譜-串聯質譜 (GCMS/MS) 分析α-HCH 和β-HCH 等19 種農藥，采用超高效液相色譜-串聯質譜 (UPLC-MS/MS) 分析撲草凈和三唑酮等24 種農藥，并利用所建立的方法監測了膠東地區蘋果、花生和玉米主產區土壤中的農藥殘留，分析了不同土地利用類型表層土壤中農藥殘留的差異，以期為該地區農藥污染防治提供依據。

1 材料與方法

1.1 土壤中農藥殘留檢測方法的建立

1.1.1 主要儀器、試劑與材料 GCMS-TQ8040島津三重四級桿氣相色譜-質譜聯用儀和LCMS-8040 島津三重四級桿液相色譜-質譜聯用儀(島津中國有限公司)，均配有島津化學工作站；SHAB 恒溫水浴振蕩器(常州國華電器有限公司)；UWV-1 多管漩渦混合器(青云儀器設備有限公司)；T D 5 A-W S 高速離心機(上海盧湘儀)；N-EVAPIM112 氮吹儀(美國Organomation Associates)。

α-HCH 和β-HCH 等43 種農藥標準溶液：質量濃度1000 μg/mL，由農業農村部環境保護科研監測所提供；甲醇、乙酸乙酯為色譜純，乙腈、丙酮、正己烷、氯化鈉及其他試劑均為分析純，試驗用水為重蒸餾水。固相萃取柱為弗羅里矽柱，容積6 mL，填充物500 mg。

1.1.2 標準溶液的配制 將1000 μg/mL 的α-HCH和β-HCH 等19 種供試農藥標準溶液用乙酸乙酯配制成100 μg/mL 的混合標準儲備溶液(用于GC-MS/MS 分析)；將1000 μg/mL 的撲草凈和三唑酮等24 種供試農藥標準溶液用甲醇配制成100 μg/mL 的混合標準儲備溶液(用于UPLC-MS/MS分析)。將儲備液用對應試劑逐級稀釋配制成一系列質量濃度的標準工作溶液，于 -20 ℃的冰箱中保存備用。

1.1.3 樣品的提取和凈化 稱取10 g 試樣(精確至0.01 g)于50 mL 具塞刻度離心管中，加入10 mL 水浸泡1 h，準確加入10.0 mL 乙腈，于50 ℃水浴振蕩器上振蕩提取30 min，加入5 g 氯化鈉，劇烈振蕩1 min，4500 r/min 離心5 min。吸取2.0 mL上清液于15 mL 具塞離心管中，氮氣吹至近干，待凈化。用5 mLV(丙酮) :V(正己烷) = 1 : 9 的溶液預淋洗固相萃取柱，棄去淋洗液。下接15 mL刻度離心管，將上述待凈化試樣用5.0 mLV(丙酮) :V(正己烷) = 1 : 9 的溶液洗滌至固相萃取柱中，重復1 次。將盛有淋洗液的離心管置于氮吹儀上，在水浴溫度50 ℃下氮吹蒸發至小于2 mL，用乙酸乙酯定容至2.0 mL，混勻，用0.22 μm 微孔濾膜過濾，供GC-MS/MS 測定。另外吸取上清液2.0 mL 至內含200 mg 無水硫酸鎂、50 mg 乙二胺-N-丙基硅烷化硅膠和6 mg 石墨化炭黑的10 mL離心管中，渦旋混勻1 min 后，于4000 r/min 離心5 min，吸取上清液過0.22 μm 微孔濾膜，供UPLCMS/MS 測定。

1.1.4 儀器檢測條件 使用GC-MS/MS 對土壤中α-HCH 和β-HCH 等19 種農藥殘留進行定性、定量檢測。檢測條件：色譜柱為SH-Rxi-5Sil MS (30 m ×0.25 mm，0.25 μm)；進樣口溫度：250 ℃；采用程序升溫分離，色譜柱初始溫度50 ℃保留1 min，25 ℃/min 升至125 ℃，10 ℃/min 升至300 ℃，保持7 min；載氣：氦氣，純度≥ 99.999%，流速1.5 mL/min；進樣量1 μL；進樣方式為不分流進樣；電子轟擊源：70 eV；離子源溫度200 ℃；GC-MS 接口溫度250 ℃；溶劑延遲1.5 min；多反應監測(MRM)：每種農藥分別選擇一對定量離子和一對定性離子。所有需要檢測離子對按照出峰時間順序，分時段分別檢測。各農藥的保留時間、定量離子對、定性離子對和碰撞電壓等見表1。

表1 19 種農藥的GC-MS/MS 檢測參數及結果Table 1 Parameters and results of 19 pesticides determined by GC-MS/MS

使用UPLC-MS/MS 對土壤中撲草凈和三唑酮等24 種農藥殘留進行定性定量檢測。檢測條件：色譜柱為C18(2.0 mm i.d.× 75 mm, 1.6 μm)；柱溫40 ℃；流速0.2 mL/min；進樣量1.0 μL；流動相組成：A 為2 mmol/L乙酸銨-0.1% 甲酸水溶液，B 為甲醇。梯度洗脫程序見表2。離子源：電噴霧離子源(ESI)；掃描方式為正離子和負離子同時掃描；加熱模塊溫度400 ℃；DL 管溫度250 ℃；碰撞氣(氬氣) 壓力230 kPa；干燥氣(氮氣) 流速15 L/min；多反應監測：每種農藥分別選擇一對定量離子和定性離子，按照出峰順序，分時段檢測。多反應監測條件和保留時間等見表3。

表2 流動相梯度洗脫程序Table 2 Gradient elution program of the mobile phase

表3 24 種農藥的HPLC-MS/MS 檢測參數及結果Table 3 Parameters and results of 24 pesticides determined by HPLC-MS/MS

1.1.5 檢測方法的確證 用乙酸乙酯將α-HCH 等19 種農藥配制成質量濃度分別為0.005、0.01、0.05、0.1 和0.5 μg/mL 的系列標準工作溶液；用甲醇將撲草凈等24 種農藥配制成0.005、0.01、0.05、0.1和0.5 μg/mL 的系列標準工作溶液。分別在上述儀器條件下進行分析，以測得峰面積為縱坐標，對應的標準溶液質量濃度為橫坐標，繪制標準工作曲線，以考察43 種供試農藥的線性相關性。標準工作溶液現配現用。根據添加回收試驗，選擇最小添加濃度作為方法的定量限，設定0.005、0.05和0.5 mg/kg 3 個添加水平，每個水平5 次重復，用上述分析方法測定方法回收率，以考察所建方法的準確度和精密度。

1.2 土壤樣品采集及土壤中農藥殘留的監測

根據膠東地區蘋果、花生、玉米產量、種植面積和市場影響力設置土壤采樣點，同時土壤采樣點位置的確定、樣品采集、保存及制備參照HJ/T 166—2004《土壤環境監測技術規范》[13]要求進行。采樣點需均勻布點，采用對角線法采集土壤樣品，土壤垂向剖面按照地表以下0～20 cm進行采樣，去除石子、動物殘體和植物根系殘留等影響儲存效果和測定結果的物體。每個采樣點采集5 個樣品，最大程度的提高樣品代表性，將5 點土壤樣品均勻混合，最后取1 kg 左右的土壤樣品，自然風干、碾碎后過1 mm 孔徑分樣篩，充分混勻，四分法保留樣品約500 g，裝于自封袋中，置于 -20 ℃冰箱中保存待測。按照上述要求采集土壤樣品：2021 年7 月下旬，在棲霞 (n= 5)、招遠 (n= 3)、蓬萊 (n= 3)、牟平 (n= 3)、海陽 (n= 3)、萊州 (n= 3)、龍口 (n= 2)、文登 (n= 2)、乳山 (n= 2)、萊西 (n= 2) 和平度 (n= 2) 11 個市縣共采集30 個蘋果地土壤樣品；在榮成 (n= 4)、文登 (n= 4)、平度 (n= 4)、海陽 (n= 3)、萊陽 (n= 3) 和萊西(n= 2) 6 個市縣共采集20 個花生地土壤樣品；在平度 (n= 5)、萊西 (n= 4)、萊州 (n= 4)、萊陽(n= 3)、海陽 (n= 2) 和文登 (n= 2) 6 個市縣共采集20 個玉米地土壤樣品，最大限度覆蓋膠東地區對應的典型農業生產區。

使用上述所建立的GC-MS/MS 和UPLC-MS/MS 分析方法，測定70 個土壤樣品中上述43 種農藥殘留，外標法定量。

2 結果與討論

2.1 土壤中農藥殘留分析方法

在GC-MS/MS 和UPLC-MS/MS 的分析條件下，測定空白土壤樣品及添加43 種農藥的土壤樣品中農藥殘留情況。結果表明，樣品基質不干擾農藥的檢測，優化建立的土壤樣品中19 種農藥殘留的GC-MS/MS 分析方法和24 種農藥殘留的UPLCMS/MS 方法，均具有良好的特異性和靈敏度。線性范圍及添加回收結果表明，43 種農藥在各類型土壤中的線性相關性良好，決定系數(R2)在0.9959～0.9999 之間，方法定量限均為0.005 mg/kg，43 種農藥的回收率在71%～110%之間，相對標準偏差在1.1%～10.2%之間，方法的準確度和精密度均能滿足農藥殘留分析要求。

2.2 蘋果、花生、玉米的施藥情況

經調研及文獻查閱，了解到膠東地區蘋果、花生和玉米的施藥情況：膠東地區蘋果常用殺蟲劑有吡蟲啉、噠螨靈和氯氟氰菊酯等，常用殺菌劑有多菌靈、戊唑醇和苯醚甲環唑等[14-16]；膠東地區花生常用殺蟲劑有吡蟲啉、啶蟲脒和高效氯氰菊酯等，常用殺菌劑有苯醚甲環唑、多菌靈和丙環唑等，常用除草劑有乙草胺、異丙甲草胺和撲草凈等[17-18]；膠東地區玉米常用殺蟲劑有毒死蜱、敵百蟲和氯蟲苯甲酰胺等，常用殺菌劑有戊唑醇、苯醚甲環唑和多菌靈等，常用除草劑有乙草胺、異丙草胺和莠去津等[19-20]。

2.3 蘋果地、花生地、玉米地土壤中的農藥殘留監測結果及分析

膠東地區70 個土壤樣品中43 種農藥殘留結果見表4。結果表明，有60 個土壤樣品被檢出農藥殘留，檢出率為85.7%；土壤中共檢出18 種農藥，檢出范圍分別為 ＜0.005～0.18 mg/kg，檢出率在1.4%～45.7%之間，吡蟲啉、戊唑醇、多菌靈、DDTs、乙草胺和苯醚甲環唑6 種農藥的檢出率相對較高，分別為45.7%、31.4%、30.0%、27.1%、24.3%和22.9%，噻嗪酮、氯蟲苯甲酰胺和抗蚜威檢出率較低，均為1.4%，農藥殘留量因農民對農藥的選擇不同而具有較大差異。

表4 膠東地區土壤中檢出農藥的殘留量Table 4 Residues of pesticides detected in soil samples of Jiaodong area

不同土地利用類型土壤中農藥殘留結果見表5。結果表明，18 種農藥在蘋果地、花生地和玉米地土壤樣品中有不同程度的檢出。30 個蘋果地土壤樣品中有27 個樣品檢出農藥殘留，檢出率為90.0%，有16 種農藥被檢出，其中戊唑醇、吡蟲啉、苯醚甲環唑、多菌靈、毒死蜱和DDTs 6 種農藥的檢出率相對較高，分別為60.0%、56.7%、40.0%、36.7%、26.7%和23.3%，檢出范圍分別為 ＜0.005～0.13 mg/kg、＜0.005～0.033 mg/kg、＜0.005～0.0090 mg/kg、＜0.005～0.019 mg/kg、＜0.005～0.093 mg/kg 和 ＜0.005～0.040 mg/kg，戊唑醇和吡蟲啉殘留中位數均為0.005 mg/kg，苯醚甲環唑、多菌靈、毒死蜱和DDTs 殘留中位數均為＜0.005 mg/kg。蘋果地土壤樣品中農藥殘留檢出情況與施藥調查情況基本一致，戊唑醇、苯醚甲環唑和多菌靈是蘋果園常用殺菌劑，吡蟲啉是蘋果園常用殺蟲劑，毒死蜱作為一種典型的高毒高殘留有機磷農藥，自2016 年12 月31 日起禁止在蔬菜上使用，仍可在果樹上使用，且毒死蜱復配農藥較多，效果較好，果農習慣施用，由此造成土壤中檢出率相對較高。此外，上述幾種農藥檢出率高與采樣時間有很大關系，施藥與采樣間隔時間越短，被施農藥的檢出率和殘留值相對越高。20 個花生地土壤樣品中有16 個樣品檢出農藥殘留，檢出率為80.0%，有8 種農藥被檢出，其中乙草胺、吡蟲啉、DDTs、多菌靈和莠去津5 種農藥的檢出率相對較高，分別為35.0%、30.0%、25.0%、20.0% 和20.0%，檢出范圍分別為＜0.005～0.010 mg/kg、＜0.005～0.0080 mg/kg、＜0.005～0.022 mg/kg、＜0.005～0.0060 mg/kg 和＜0.005～0.0090 mg/kg，殘留中位數均為 ＜0.005 mg/kg。20 個玉米地土壤樣品中有17 個樣品檢出農藥殘留，檢出率為85.0%，有11 種農藥被檢出，其中吡蟲啉、乙草胺、DDTs、多菌靈和苯醚甲環唑5 種農藥的檢出率相對較高，分別為45.0%、45.0%、35.0%、30.0%和20.0%，檢出范圍分別為 ＜0.005～0.058 mg/kg、＜0.005～0.019 mg/kg、＜0.005～0.18 mg/kg、＜0.005～0.0080 mg/kg 和 ＜0.005～0.010 mg/kg，殘留中位數均為＜0.005 mg/kg?；ㄉ睾陀衩椎貦z出農藥基本一致，二者和蘋果地農藥殘留有一定差異，7 月是花生和玉米病、蟲、草害高發期，而除草劑乙草胺、殺蟲劑吡蟲啉和殺菌劑多菌靈施用效果較好，此時施藥相對較多，因此采集的花生地和玉米地土壤中這幾種農藥檢出率也相對較高。6 種農藥在上述3 種土地利用類型土壤中均有檢出，其中吡蟲啉、多菌靈不但有檢出，且檢出率均相對較高，這與吡蟲啉、多菌靈在上述3 種農作物上均使用較多有一定關系。上述3 種土地利用類型土壤中所有檢出農藥種類與前期病、蟲、草害防治有很大關系。其次，多種農藥混施可能增加農藥在土壤中的累積風險，此外，農藥漂移也是上述農藥檢出率高的一個可能性因素。

表5 不同土地利用類型土壤中農藥殘留情況Table 5 Pesticide residues in soil samples of different land utilizations

3 種土地利用類型土壤中檢出的農藥種類及含量有一定差異，農藥種類與農作物病蟲草害密切相關，因農作物種類不同，作物病蟲草害不同，施用的農藥品種和用藥水平也不同，因而造成農藥在不同土地利用類型土壤中的殘留差異。其次，不同土地利用類型，土壤透氣性、翻耕程度及微生物活動強弱不同，農藥降解速度也不同[22]。再者，農藥殘留與氣候條件及經濟發展水平也有一定的關系[3]。最后，土壤采集時間也是殘留水平不同的一個重要因素，土壤中農藥殘留是動態的，農作物病蟲草害高發時，施用農藥相對較多，殘留量也將更高。

土壤中農藥殘留特征與施藥調查情況存在密切關聯性，土壤中農藥殘留特征反映了施藥調查情況中收集到的農藥使用信息，3 種土地利用類型土壤中吡蟲啉和多菌靈的檢出率和殘留量較高，推斷膠東地區在過去一段時間內使用了較多的吡蟲啉和多菌靈。施藥調查情況可以解釋土壤中農藥殘留特征的差異，不同作物、不同防治對象和不同施藥方式等都會影響土壤中農藥的殘留量。通過對施藥調查中收集到的信息進行分析，更好理解土壤中農藥殘留分析結果的差異。對比分析這兩個方面的數據可以深入了解膠東地區農藥的使用情況，為制定合理的農藥使用策略提供重要參考依據。

在上述檢出農藥當中，DDTs 作為高風險農藥，需重點關注。我國于1983 年宣布停止生產和使用DDTs 和HCHs。截止到目前，已經禁用了40 年，其在環境中的殘留量已逐步降低，但其對生態的影響遠未消除，在各種環境介質中仍被檢出[23-28]。膠東地區上述3 種土地利用類型土壤中均未檢出HCHs，但均檢出DDTs，3 種土地利用類型土壤中DDTs 檢出率均達到25%，和代杰瑞等[11]研究結果基本一致，DDTs 含量順序為玉米地 ＞ 蘋果地 ＞ 花生地，3 種土地利用類型土壤中的DDTs含量差異較顯著。對于土壤中HCHs 未檢出而DDTs 檢出率較高，主要是由于HCHs 的蒸氣壓比DDTs 大，HCHs 易揮發而進入大氣，而DDTs則易被土壤膠體吸附，且DDTs 在土壤中的平均降解時間也長于HCHs[23]。DDTs 對人體具有致癌風險，且在環境中具有較長的持久性與較強毒性[29]，我國GB 15618—2018《農用地土壤環境風險管控標準》中規定其風險篩選值為0.1 mg/kg[30]，有一例玉米地土壤樣品DDTs 含量 (0.18 mg/kg) 高于風險篩選值，可能存在農用地土壤污染風險，后期應加強土壤環境監測和農產品協同監測。

本次監測取樣的數量有限，后期應根據農作物病蟲草害的發生和農藥使用情況，持續監測膠東地區土壤環境的農藥殘留，及時了解農藥殘留情況，為保障農產品安全和土壤環境安全提供依據。采用適當的栽培管理措施來減少農藥的使用和殘留，包括選擇抗病蟲害的品種、合理施肥和灌溉、采用生物防治等綜合措施，減少對化學農藥的依賴。此外要持續加強農藥監管，嚴格禁用、限用中高毒農藥，加強生物農藥的開發與應用，持續減少化學農藥的使用。在植物病蟲草害防治中以預防為主，實施綠色防控，制定科學的防治方案，促進膠東地區農業綠色發展，助力農村經濟快速發展，推動現代農業的健康可持續發展。

3 結論

本研究建立了土壤中43 種農藥殘留的GCMS/MS 和UPLC-MS/MS 分析方法，所建立的方法具有良好的線性和靈敏度，方法準確度和精密度均能滿足農藥殘留分析要求。在調研了膠東地區蘋果、花生和玉米的施藥情況基礎上，運用所建立的分析方法對膠東地區蘋果、花生和玉米主產區表層土壤樣品中的43 種農藥殘留進行了監測，結果表明：

1)膠東地區土壤中共檢出18 種農藥，檢出范圍分別為 ＜0.005～0.18 mg/kg，檢出率在1.4%～45.7%之間，吡蟲啉、戊唑醇、多菌靈、DDTs、乙草胺和苯醚甲環唑6 種農藥的檢出率相對較高。

2)不同土地利用類型土壤中農藥種類及含量差異較顯著，蘋果地土壤樣品中有16 種農藥被檢出，其中戊唑醇、吡蟲啉、苯醚甲環唑、多菌靈、毒死蜱和DDTs 6 種農藥的檢出率相對較高，檢出范圍分別為 ＜0.005～0.13 mg/kg、＜0.005～0.033 mg/kg、＜0.005～0.0090 mg/kg、＜0.005～0.019 mg/kg、＜0.005～0.093 mg/kg 和 ＜0.005～0.040 mg/kg，戊唑醇和吡蟲啉殘留中位數均為0.005 mg/kg，苯醚甲環唑、多菌靈、毒死蜱和DDTs 殘留中位數均為 ＜0.005 mg/kg?；ㄉ赝寥罉悠分杏? 種農藥被檢出，其中乙草胺、吡蟲啉、DDTs、多菌靈和莠去津5 種農藥的檢出率相對較高，檢出范圍分別為 ＜0.005～0.010 mg/kg、＜0.005～0.0080 mg/kg、＜0.005～0.022 mg/kg、＜0.005～0.0060 mg/kg 和 ＜0.005～0.0090 mg/kg，殘留中位數均為＜0.005 mg/kg。玉米地土壤樣品中有11 種農藥被檢出，其中吡蟲啉、乙草胺、DDTs、多菌靈和苯醚甲環唑5 種農藥的檢出率相對較高，檢出范圍分別為 ＜0.005～0.058 mg/kg、＜0.005～0.019 mg/kg、＜0.005～0.18 mg/kg、＜0.005～0.0080 mg/kg 和＜0.005～0.010 mg/kg，殘留中位數均為 ＜0.005 mg/kg。

3) 有一例玉米地土壤樣品DDTs 含量 (0.18 mg/kg) 高于于風險篩選值，可能存在農用地土壤污染風險，后期應加強土壤環境監測和農產品協同監測。

本次監測為了解不同土地利用類型土壤的農藥污染情況提供了研究數據，為指導農藥的減量安全使用、病蟲草害防治及生態風險評價提供參考，后期應持續健全監管體系和監測體系，提升種植者的用藥規范意識，不斷提升土壤環境質量。