近年来，随着人们环保意识的增强，我国的植物源杀虫剂研究有了长足的进步，已获准登记的植物源杀虫剂单剂有苦参碱、苦皮藤素、鱼藤酮、印楝素、除虫菊素、烟碱、樟脑、八角茴香油及藜芦碱等，加工剂型则以乳油和水剂为主，此外还有少量微乳剂、水乳剂和可湿性粉剂等，防治对象主要是经济作物上的害虫^[1]。但作为环境外源物质，有关这些植物源杀虫剂在环境中降解规律的研究报道却很少，尤其是关于其有效成分消解特性及降解产物的研究更鲜有报道，仅见江腾辉^[2]报道了印楝素的残留消解动态及其在水体中的降解产物。

杀虫植物苦皮藤Celastrus angnlatus的活性成分是以苦皮藤素V为代表的一系列二氢沉香呋喃多元醇酯类化合物^{[3 - 5]}。笔者以苦皮藤根皮提取物为原料，前期已成功研制了0.2%苦皮藤素乳油^[6]、0.15%苦皮藤素微乳剂^[7]及0.2%苦皮藤素水乳剂，其中0.2%苦皮藤素水乳剂已获准登记用于防治槐尺蠖Semiothisa cinerearia Bremer et Grey。虽然苦皮藤素对非靶标生物及环境相对安全^{[8 - 9]}，但已有研究表明，0.2%的苦皮藤素V乳油对哺乳动物具有一定的毒性(大鼠急性经口LD₅₀值为681 mg/kg)^[10]。苦皮藤素制剂在田间喷施后，一部分将直接进入土壤，另一部分附着在作物上的药剂亦可因雨水冲刷等而进入土壤。因此，了解苦皮藤素在土壤中的消解动态以及降解产物，对于其科学合理使用，特别是其残留量控制具有重要参考价值。为此，笔者采用高效液相色谱-电喷雾多级串联质谱技术(HPLC-ESI-MS/MS)，在室内研究了苦皮藤素V在不同pH值、不同有机质质量分数土壤中的消解动态及其降解产物的结构。

1 材料与方法 1.1 供试材料 1.1.1 化合物

苦皮藤素V(celangulin V)，纯度98%以上，由西北农林科技大学农药研究所提供。 1.1.2 土壤

黑龙江黑土，采自黑龙江省伊春市，pH 6.41，有机碳质量分数为3.99%，有机氮质量分数为0.324%；天津碱土，采自天津市郊区，pH 8.26，有机碳质量分数为0.61%，有机氮质量分数为0.083%；江西红土，采自江西省萍乡市，pH 5.03，有机碳质量分数为0.18%，有机氮质量分数为0.111%；陕西黄土，采自陕西省杨陵示范区，pH 7.25，有机碳质量分数为0.73%，有机氮质量分数为0.096%。将土壤样品风干，过60目筛 (筛孔径250 μ m)后于4 ℃冰箱中冷藏，备用。 1.1.3 主要仪器和试剂

岛津LC-6AD高效液相色谱仪，具二极管阵列检测器；Finnigan LCQ Advantage MAX液-质联用仪，具电喷雾离子源和离子阱质量分析器；HZT-2型恒温振荡器(哈尔滨东联电子技术开发有限公司)；色谱纯甲醇。 1.2 苦皮藤素V在不同土壤中的消解动态

称取土壤样品100 g于研钵内，均匀加入 10 mL 0.2 mg/mL的苦皮藤素V丙酮溶液，待丙酮挥发后将土样混匀，转入250 mL具塞三角瓶中。加入重蒸水，调节土壤含水量为饱和持水量的60%左右，塞紧瓶口并以封口膜密封，置于25 ℃±1 ℃的恒温培养箱中。定期取样，每次取5.0 g，置于 100 mL 具塞三角瓶中，加入20 mL甲醇，于180 r/min 下振荡30 min。静置15 min后取0.5 mL上清液，经0.22 μ m 微孔滤膜过滤，HPLC法测定苦皮藤素V的含量，每处理重复3次。

色谱条件：Hypersil BDS色谱柱(250 mm×4.6 mm，5 μ m)；流动相为V(甲醇) ∶V(水)=78 ∶22的混合溶液；流速1.0 mL/min；检测波长230 nm；进样体积20 uL。 1.3 苦皮藤素V在不同土壤中的降解产物

采用串联质谱(MS/MS)对苦皮藤素V在土壤中的降解产物进行定性。质谱条件：ESI离子化方式(正离子模式)，数据采集采用data-dependent模式，源内诱导碰撞能量35%，离子宽度2.0，电离电压4.5 kV，鞘气流速45 arb，辅助气流速10 arb，离子传输管温度为350 ℃。

2 结果与分析 2.1 土壤中苦皮藤素V的分析方法 2.1.1 线性关系

用甲醇准确配制质量浓度分别为100.0、50.0、20.0、10.0、5.0、2.5、1.25及0.625 μ g/mL 的苦皮藤素V标准工作溶液，按1.2节色谱条件进样测定，每浓度重复3次。根据不同进样量及对应的峰面积绘制标准曲线。结果表明：在0.625～100.0 μ g/mL范围内，苦皮藤素V进样质量浓度与峰面积间呈良好的线性关系，其线性方程为 y=27 340x+20 869，相关系数(r)为0.999 3。 2.1.2 方法的准确度和精密度

分别在25、5和0.5 mg/kg 3个水平下进行添加回收试验，重复5次，结果见表 1。以苦皮藤素V的峰面积信噪比(S/N)≥3为检出限(LOD)，得其在4种供试土壤中的LOD值均为0.05 mg/kg。测定结果表明，所建立的HPLC方法可以满足土壤样品中苦皮藤素V残留量分析要求。

表 1(Table 1)

表 1 苦皮藤素Ⅴ在土壤样品中的添加回收率及相对标准偏差 (n=5) Table 1 Recoveries of celangulin V in soil samples(n=5) 添加水平 Spiked level/ (mg/kg) 黑龙江黑土 Heilongjiang black soil 天津碱土 Tianjin alkaline soil 江西红土 Jiangxi laterite 陕西黄土 Shaanxi loess 平均回收率 Average recovery/% 相对标准 偏差 RSD/% 平均回收率 Average recovery/% 相对标准 偏差 RSD/% 平均回收率 Average recovery/% 相对标准 偏差 RSD/% 平均回收率 Average recovery/% 相对标准 偏差 RSD/% 25 90 3.1 97 2.3 84 3.2 77 2.2 5.0 79 2.1 101 4.5 92 2.1 93 1.8 0.5 98 4.4 108 2.3 104 2.0 94 4.5

表 1 苦皮藤素Ⅴ在土壤样品中的添加回收率及相对标准偏差 (n=5) Table 1 Recoveries of celangulin V in soil samples(n=5)

结果见表 2。为了调节土壤湿度至饱和持水量的60%左右，向黑龙江黑土和江西红土中各加水520 mL/kg，其苦皮藤素V的原始沉积量均为13.1 mg/kg ，天津碱土和陕西黄土中各加水440 mL/kg ，其苦皮藤素V的原始沉积量均为13.9 mg/kg；在0～60 d 内，苦皮藤素V在4种土样中消解均较快，在黑龙江黑土、天津碱土、江西红土和陕西黄土中的消解率依次为81.2%、92.5%、63.4%及63.8%；60 d 后，其消解速率减缓，但总体而言，苦皮藤素V在江西红土和陕西黄土中消解缓慢，在黑龙江黑土和天津碱土中消解相对较快；90 d后，苦皮藤素V在4种土样中的消解率依次为84.9%、95.1%、68.0%及65.0%。根据表 2中数据拟合得到苦皮藤素V在4种土壤中的消解动态方程及半衰期(表 3)，从中可看出，苦皮藤素V在4种土壤中的消解速率由高到低依次为：天津碱土＞黑龙江黑土＞江西红土≥陕西黄土。

表 2(Table 2)

表 2 苦皮藤素V在4种土壤中的消解动态 Table 2 Result of decline dynamics of celangulin V in the four kinds of soil 时间 Time/d 黑龙江黑土 Heilongjiang black soil 天津碱土 Tianjin alkaline soil 江西红土 Jiangxi laterite 陕西黄土 Shaanxi loess 残留量 Residues/ (mg/kg) 消解率 Decline rate/％ 残留量 Residues/ (mg/kg) 消解率 Decline rate/％ 残留量 Residues/ (mg/kg) 消解率 Decline rate/％ 残留量 Residues/ (mg/kg) 消解率 Decline rate/％ 0 13.1 — 13.9 — 13.1 — 13.9 — 1 11.5 12.7 10.7 23.38 11.5 12.8 12.3 11.3 3 10.1 22.8 7.8 43.7 10.1 23.0 11.0 21.3 7 8.8 33.4 6.5 53.6 9.3 29.0 10.1 27.5 14 7.2 45.2 5.6 59.8 8.5 35.6 9.5 31.4 21 6.8 48.5 4.6 66.6 6.8 48.3 8.0 42.5 28 5.7 56.4 3.8 72.5 6.7 49.2 7.7 44.5 35 4.3 67.5 3.1 77.8 5.3 60.0 6.3 54.9 49 2.9 78.1 2.0 85.4 5.2 60.4 5.7 58.9 60 2.5 81.2 1.1 92.5 4.8 63.4 5.0 63.8 90 2.0 84.9 0.68 95.1 4.2 68.0 4.9 65.0

表 2 苦皮藤素V在4种土壤中的消解动态 Table 2 Result of decline dynamics of celangulin V in the four kinds of soil

表 3(Table 3)

表 3 苦皮藤素Ⅴ在4种土壤中的消解动态方程及半衰期 Table 3 Decline dynamic equations and half-life of celangulin V in the four kinds of soil 土样 Soil 消解动态方程 Decline dynamic equations 相关系数 Correlation coefficent(r) 半衰期 Half-life/d 黑龙江黑土Heilongjiang black soil ct=10.592e-0.021 9t 0.970 1 31.7 天津碱土Tianjin alkaline soil ct=9.613e-0.032 1t 0.979 8 21.6 江西红土Jiangxi laterite ct=10.261e-0.012 3t 0.922 4 56.4 陕西黄土Shaanxi loess ct=11.275e-0.011 8t 0.934 5 58.7

表 3 苦皮藤素Ⅴ在4种土壤中的消解动态方程及半衰期 Table 3 Decline dynamic equations and half-life of celangulin V in the four kinds of soil

笔者前期曾报道了苦皮藤素类化合物在水体中的稳定性及其水解产物^[11]。考虑到苦皮藤素V在含水土壤中的降解与在水体中的降解存在某种程度的相似性，故采用文献报道的方法设定了准分子离子峰[M+Na]⁺分别为m/z 497、531、539、601和643的5个离子通道，通过质谱检测了苦皮藤素V在4种土壤样品中的代谢产物。结果发现：在黑龙江黑土中只检测到了准分子离子峰[M+Na]⁺为m/z 643的降解产物；在天津碱土中检测到了m/z 531和643的降解产物；在江西红土中未检测到设定的5个离子通道；在陕西黄土中检测到了m/z 601和643的降解产物。结合文献报道的苦皮藤素类化合物在水体中的水解产物^[11]，对所获降解产物的结构进行了鉴定(图 1)。

图 1

Fig. 1

图 1 苦皮藤素V在4种土壤中的降解产物Fig. 1 Structures of degradation products of celangulin V in the four kinds of soil

苦皮藤素V在水体中的消解主要受体系pH值的影响^[11]。而在土壤中，除pH值外，有机质质量分数、无机离子、尤其是土壤微生物菌落的组成及数量均会影响其消解速率。本研究结果表明：在4种供试土样中，天津碱土的pH值最高(8.26)，其苦皮藤素V的消解速率远大于其余3个样品。虽然陕西黄土的pH值(7.25)高于黑龙江黑土(6.41)，但黑龙江黑土中有机碳(3.99%)和有机氮(0.324%)的质量分数均明显高于陕西黄土(0.73%和0.096%)；此外，本研究虽未实际测定这两种土样中微生物的类群及数量，但一般而言，有机质质量分数丰富的土壤，其微生物种类和数量也较多^[12]；因而苦皮藤素V在黑龙江黑土中的消解速率快于陕西黄土。江西红土呈酸性(pH 5.03)，且有机质质量分数最低，因而其苦皮藤素V的消解速率最慢。

依赖HPLC-MS分析，笔者曾从苦皮藤素V碱性水解产物中鉴别出m/z 497、539、601及643等几个可能的水解产物^[11]，但在本研究中，在黑龙江黑土中仅检测到了m/z 643的降解产物，在天津碱土中只检测到了m/z 531和643的降解产物，在陕西黄土中只检测到了m/z 601和643的降解产物，而在江西红土中上述5个可能的代谢产物均未检测到。产生这一结果的因素很多，但笔者认为主要是由于土壤对代谢产物的轭合吸附作用，而用甲醇未能提取分离出这些代谢产物，特别是江西红土，因其富含Fe²⁺/Fe³⁺，苦皮藤素V降解产物中的羟基有可能与其轭合而被土壤微粒吸附。此外，由于土壤甲醇提取物杂质较多，也可能湮没了苦皮藤素V降解产物的质谱信号，使其未被识别、检测到。上述推测尚待进一步研究证实。