太湖流域是我国重要的粮食生产基地和经济最发达的地区之一，该区域也是我国农药生产和使用的密集地区，各类农药污染严重。农药主要包括除草剂、杀虫剂和杀菌剂3大类。以江苏省为例，农用杀虫剂使用量占农药使用量的比重远高于杀菌剂和除草剂，2000年以来每年杀虫剂的使用量为5万t~ 7万t，约占农药使用总量的60%以上[1]，杀虫剂如滴滴涕(DDTs)在太湖流域广泛存在[2]，而杀菌剂是防治作物病害最重要的武器，属于较低效农药，施用量较大，杀菌剂就成了蔬菜生产的重要污染源之一。杂草抗药性问题的严峻形势已引起全世界的高度重视，除草剂抗药性的严重程度有可能超过杀虫剂和杀菌剂[3]。解决杂草抗药性的问题除了加大使用量，采用新的除草剂替代已有的也是常用的举措。
农业上使用除草剂来控制杂草以促进植物生长[4]。目前，除草剂在农业生产中的应用已十分广泛，随着农业面源排放进入自然水体。已有研究表明，太湖流域水环境已经呈现出多种农药复合污染较为严重的局面，对水生生物构成了一定的生态风险[5]，部分饮用水源地检测出多种农药污染物共存，对饮用水安全构成一定威胁[6]。氯草定(2-氯-6-三氯甲基吡啶)是吡啶类除草剂，不仅有除草功能，而且在土壤中具有氮氧化抑制和固氮作用[7]，经常作为复合肥中的添加剂使用。阿特拉津是一种成本低、除草效果好且使用广泛的三嗪类除草剂，主要是通过植物根部吸收进入植物体内，再经过木质部传导至植物地上部分[8]。由于长期大范围使用，近年来在部分河流、甚至降水中均发现阿特拉津的残留[9]。阿特拉津因其毒性和长效性[10-11]，近年来被部分国家严格控制或完全禁用[12]。乙草胺和异丙甲草胺是一类广泛使用的酰胺类芽前除草剂，具有较好的水溶性和迁移性，施用后易通过渗透进入地下水或随地表径流进入地表水。乙草胺在20世纪90年代就被美国环保局确定为B-2类致癌物[13]，在我国水环境中已频繁检出[14-15]；而异丙甲草胺因其具有广谱、高效、选择性强的特点[16]，是甘蔗田常用的除草剂之一。《地表水质量标准》(GB 3838—2002)[17]中，4种除草剂中仅阿特拉津有限量标准(3 μg/L)。
为了改善太湖水环境质量，保证供水安全，2005年实施了“引江济太”工程，其中，望虞河是重要的调水通道。望虞河西岸区域河网、河港纵横交叉，水系交错相连，主要有福山塘、张家港、锡北运河、九里河和伯渎港等自西向东排水入望虞河的5条河流。现选取其中的九里河为主要研究对象，建立了基于固相萃取前处理和气相色谱-质谱联用法同时测定水中4种除草剂的方法，调查河流中4种除草剂氯草定、阿特拉津、乙草胺和异丙甲草胺的污染现状，为望虞河西岸河流中除草剂的生态风险评价，以及污染河道生态修复方案提供依据。
1 研究方法 1.1 采样时间2018年冬季(1、3月)、春季(4、5月)和秋季(9、10月)。
1.2 采样点位于望虞河西岸的九里河，河流流向自西向东，布设6个采样点，分别为JL01—JL06，见图 1。JL01—JL03为城乡接合部，九里河以北是住宅区，九里河以南为工业园区；JL04为走马塘水利枢纽，闸坝控制河流流向；JL05周边是学校区域；JL06周边为农田，入宛山荡口，汇入望虞河。
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| 图 1 采样点分布 |
1.3 样品采集
采集表层水样(0.5 m水深处)，采集2 L水装于棕色玻璃瓶中并将其装入冷冻保温箱运回实验室，保存在4 ℃冰箱中，24 h内进行样品的前处理。
1.4 仪器与试剂气相色谱-质谱联用仪(GC-MS, TRACE GC Ultra，Thermo Electron Corporation)；乙酸乙酯(色谱纯，美国Fisher Scientific公司)；甲醇(色谱纯，美国Fisher Scientific公司)；Oasis HLB固相萃取小柱(5 mL，600 mg，美国Waters公司)；氯草定(纯度99%，阿拉丁公司)；阿特拉津(纯度99.5%，阿拉丁公司)；乙草胺(纯度98%，阿拉丁公司)；异丙甲草胺(纯度98%，阿拉丁公司)；氘代苊(纯度98%，南京昊绿生物科技有限公司)。
1.5 仪器条件色谱柱：DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.5 μm)；载气：氦气(99.999%)；恒流模式流量：1.0 mL/min；进样量：1.0 μL；进样方式：不分流进样；进样口温度：260 ℃；程序升温：80 ℃保持1 min，以10 ℃/min升温至200 ℃，保持2 min；以20 ℃/min升温至280 ℃，保持1 min；离子化方式：电子轰击(EI)；离子化能量：70 eV；离子源温度：250 ℃；传输线温度：280 ℃；碰撞池碰撞气：氮气；溶剂延迟：4.0 min；扫描方式：多反应监测(MRM)。氘代苊作为内标，采用内标法定量。
1.6 水样前处理将采集的水样用0.45 μm乙酸纤维酯滤膜减压抽滤，量取500 mL于棕色玻璃瓶中。固相萃取采用Oasis HLB固相萃取柱，依次用甲醇和乙酸乙酯进行活化[18]，萃取后用6 mL乙酸乙酯洗脱[19]，收集洗脱液于玻璃氮吹管中，氮吹至近干，用乙酸乙酯溶液定容至200 μL，加入内标氘代苊，内标加入量为0.2 μg，然后过0.45 μm滤膜装入进样小瓶，每个水样进行2个平行样的测定。
2 结果与讨论 2.1 GC-MS条件的选择采用保留时间和4种除草剂的特征碎片离子进行定性，绘制标准曲线进行定量分析。4种除草剂的色谱保留时间和定性定量离子见表 1。
| 除草剂 | CAS号 | 保留时间/min | 定量离子 (m/z) |
定性离子 (m/z) |
| 氯草定 | 1929-82-4 | 6.11 | 194 | 124, 198 |
| 阿特拉津 | 1912-24-9 | 7.93 | 200 | 173, 215 |
| 乙草胺 | 34256-82-1 | 8.51 | 146 | 162, 223 |
| 异丙甲草胺 | 51218-45-2 | 9.00 | 162 | 238, 240 |
2.2 标准曲线和方法检出限
采用内标法分别绘制4种除草剂的标准曲线，其线性范围、线性方程和相关系数(R2)见表 2。4种除草剂的线性关系较好，R2为0.991~0.998。
| 除草剂 | 线性范围/(μg·mL-1) | 标准曲线 | R2 |
| 氯草定 | 0.01~1 | y=9.190 9 x+0.149 7 | 0.998 |
| 阿特拉津 | 0.05~1 | y=5.278 8 x+0.085 0 | 0.995 |
| 乙草胺 | 0.02~1 | y=4.306 7 x+0.069 1 | 0.992 |
| 异丙甲草胺 | 0.01~1 | y=0.637 7 x-0.036 5 | 0.991 |
采用标准偏差(SD)法测定4种除草剂的检出限(DL)。配制7份超纯水加标样，4种除草剂加标的质量浓度为40 ng/L，进行固相萃取分析测定，计算各除草剂的平均值。SD和DL的计算公式为：DL=3.143×SD。其中，3.143是平行样份数为7时，t(n-1, 1-α=0.99)的值。采用GC-MS分析4种除草剂的DL见表 3。
2.3 回收率和精密度的测定
实验分别测定了纯水中4种除草剂在不同加标质量浓度下(40，200和400 ng/L)的回收率，分别平行测定3次，计算相对标准偏差(RSD)。3种加标质量浓度下4种除草剂的平均回收率为71.2%~108%，见表 4，RSD均 < 10%，说明方法可行。
| 除草剂 | 回收率/% | RSD/% | |||||
| 40 ng/L | 200 ng/L | 400 ng/L | 40 ng/L | 200 ng/L | 400 ng/L | ||
| 氯草定 | 97.2 | 108 | 101 | 7.6 | 3.1 | 0.5 | |
| 阿特拉津 | 95.3 | 85.4 | 92.6 | 5.4 | 1.6 | 7.7 | |
| 乙草胺 | 73.1 | 81.3 | 83.8 | 2.7 | 9.5 | 6.1 | |
| 异丙甲草胺 | 72.6 | 79.4 | 71.2 | 3.3 | 6.9 | 4.5 | |
2.4 九里河水体中除草剂的污染水平
2018年春、秋和冬季在九里河6个采样点中，阿特拉津、异丙甲草胺、氯草定和乙草胺的检出率分别为100%，72.2%，22.2%和13.9%。
水样中氯草定、阿特拉津、乙草胺和异丙甲草胺质量浓度分别为未检出~0.025 7，0.019 1~1.19，未检出~0.026 0和未检出~0.094 3 μg/L。不同季节九里河水体中ρ(阿特拉津)均高于其他3种除草剂，阿特拉津在河流中的残留水平较高，在某种程度上也说明太湖流域农业生产过程阿特拉津使用量可能比其他除草剂的量大。
徐雄等[20]评价了阿特拉津在太湖流域的生态风险，结合以往的报道和本研究的结果，可以认为阿特拉津在太湖流域水体中是一种普遍存在的污染物。从时空分布来看，各采样点污染状况有差异，可能是人类活动强度的差异导致了4种ρ(除草剂)的差别[21]。不同季节6个采样点ρ(除草剂)见图 2(a)(b)(c)(d)(e)(f)。
由图 2可见，9月份JL01ρ(除草剂)最低，5月份JL01ρ(除草剂)最高。JL01、JL02、JL03较JL04、JL05、JL06采样点ρ(除草剂)高，这可能与JL01、JL02、JL03采样点位于城乡结合部，受农业面源污染影响较大[22]，来自农业的面源污染是面源污染系统中分布最广泛、对水环境威胁最大的一部分[23-24]，推测农业污染是除草剂残留的主要来源。另外，还可能与河流实时流向、风向及水文条件有关[25]。
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| 图 2 不同季节6个采样点ρ(除草剂) |
各采样点5月ρ(除草剂)均高于其他月份，5月份降水(5月采样时间为暴雨过后)对河流除草剂污染影响较大。植被和土壤中遗留的持久性有机污染物多数以低分子质量的污染物为主导[26]，降雨可致周边农田及植被遗留的除草剂随降水一同进入河道。据气象局统计2018年无锡地区降雨情况，春、冬季降水量较大，使九里河河段除草剂污染较其他季节严重，河道除草剂污染呈现季节性变化趋势。10月各采样点ρ(除草剂)较其他月份低且变化幅度很小。
异丙甲草胺在1、3、4、5月份的值波动较大，主要原因可能是春、冬季农业活动中使用较多除草剂，通过地表径流进入水体，造成水体中异丙甲草胺含量升高。而秋季9、10月份除草剂用量减少致使九里河河段异丙甲草胺含量趋于稳定。河流各采样点除草剂的残留量呈现季节性变化，与Cerejeira等[27]研究结果一致。
氯草定在我国水体中的污染水平鲜有报道，仅有报道在谷物[28]和水果[7]中的残留情况，而氯草定作为一种吡啶类除草剂和氮肥增效剂，其在水体中的残留可能与种植玉米施加氮肥有关[29]，在我国，春、秋2季是玉米施用氮肥的季节[30]，因此，九里河水体中氯草定仅在5月和10月被检测到，且浓度较低。九里河水体中5月氯草定的只略低于10月，推测其原因可能为氯草定随着温度的升高降解得更快[31]。
阿特拉津作为一种广泛用于农业生产的除草剂[32]，在望虞河西岸九里河河段6个采样点中的值相对较高，为0.019 0~0.400 μg/L(除5月份外)，与2014年太湖流域阿特拉津的检出值0.352 μg/L[20]基本维持在相同水平。低于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)(阿特拉津<3 μg/L)[17]。图 3为九里河不同采样点ρ(阿特拉津)时空变化。
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| 图 3 ρ(阿特拉津)时空分布 |
由图 3可见，除5月份外，水体中ρ(阿特拉津)自上游至下游呈现逐渐增加的变化趋势，可能是由于下游较多的农业面源污染排放汇入九里河，使其在下游的值较高[33]，而5月份ρ(阿特拉津)变化的异常可能与采样前的暴雨冲刷导致上游面源污染排放增加有关。
3 结论(1) 建立了基于固相萃取(SPE)前处理和GC-MS法测定水样中4种除草剂的方法，具有灵敏度高、精密度和准确度好、方法检出限低、操作简便等特点，能用于常规水样中4种除草剂的分析检测；
(2) 望虞河西岸九里河水体中4种除草剂氯草定、阿特拉津、乙草胺和异丙甲草胺的质量浓度分别为：未检出~0.025 7，0.019 1~1.19，未检出~0.026 0和未检出~0.094 3 μg/L。在太湖流域水环境中首次报道了氯草定的污染水平；不同季节九里河水体中阿特拉津的质量浓度均高于其他3种除草剂，不同点位和不同季节除草剂的变化特征不尽相同。
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