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土壤中可电离农药烟嘧磺隆和多菌灵生物有效性

刘开林  
【摘要】:生物有效性是影响环境中农药生态风险评估的关键因子。土壤中农药的生物有效性受土壤理化性质和老化等因素的影响,总浓度并不能反映真正的生物有效性。因此,研究土壤中农药生物有效性的影响因素及其评价方法对评估农药生态风险具有非常重要的意义。 随着新农药的开发,含有酸性或碱性功能基团的可电离农药的应用越来越广泛。由于可电离农药的吸附及其生物活性(毒性或累积)取决于其存在形式(中性分子或离子),土壤中可电离农药的生物有效性比中性农药更加复杂。本文以我国常用弱酸性除草剂烟嘧磺隆和弱碱性杀菌剂多菌灵为目标化合物,研究可电离化合物在不同土壤中的吸附特征,进而分析土壤理化性质及吸附对生物有效性的影响,最终探索用各种化学方法来评价其生物有效性。主要研究结果如下: 采用批量平衡吸附法,研究了不同土壤类型对烟嘧磺隆和多菌灵的吸附的影响。结果表明,土壤对弱酸烟嘧磺隆的吸附较弱,在不同土壤中吸附差异较大,在5种土壤中的吸附系数(Kfads)在0.42-6.58之间。土壤对弱碱多菌灵的吸附较强,在不同土壤中吸附差异也较大,吸附系数Kfads在1.02-12.69之间。土壤有机质含量和pH是影响多菌灵吸附的主要因素。 参照OECD方法,研究不同理化性质及老化土壤中弱酸性除草剂烟嘧磺隆对玉米的毒性。结果表明土壤理化性质对烟嘧磺隆毒性有显著影响。不同土壤中烟嘧磺隆对玉米的株高抑制中浓度(IC50)在0.776-9.773mg/kg之间,IC50之间的变异系数为高达96.78%。老化显著降低土壤中烟嘧磺隆对玉米的植物毒性。相关分析表明吸附是影响不同土壤中烟嘧磺隆植物毒性的主要因素。 为了获得一个可以比较的IC50值来评价不同土壤中烟嘧磺隆的植物毒性,我们测定了烟嘧磺隆0.01M氯化钙溶液提取浓度、非原位孔隙水浓度和原位孔隙水浓度,并用它们来评价土壤中烟嘧磺隆对玉米的毒性。当用0.01M氯化钙溶液提取浓度和非原位孔隙水浓度评价植物毒性时,剂量效应曲线和IC50逐步趋向一致。当用原位孔隙水浓度时,IC50值在不同土壤中几乎一致,不存在显著差异,表明原位孔隙水浓度能最好评价土壤中残留烟嘧磺隆对玉米的毒性。 根据OECD标准,研究了土壤类型对弱碱性杀菌剂多菌灵对蚯蚓毒性的影响。结果表明土壤类型对多菌灵毒性有较大影响,不同土壤中多菌灵对蚯蚓的致死中浓度(LC50)在3.00到35.17mg/kg之间,LC50的变异系数为61.79%。土壤pH和有机质含量是影响毒性的主要因素。 为了用化学浓度评价不同土壤中多菌灵对蚯蚓的毒性,我们用索式提取浓度、水提取浓度、非原位孔隙水浓度和原位孔隙水浓度计算LC50。结果表明用索氏提取浓度计算LC50时,5种供试土壤中的LC50在2.32-34.32mg/kg之间,变异系数高达69.82%,不能评价不同土壤中多菌灵对蚯蚓的毒性。 当用水提取浓度、非原位孔隙水浓度和原位孔隙水浓度来计算LC50时,在多菌灵主要以中性分子存在的土壤中的LC50逐渐趋向于一致,LC50的变异系数分别为43.49%、29.72%和11.38%,基于原位孔隙水的LC50值之间没有显著差异。表明当多菌灵以中性分子形式存在时,原位孔隙水浓度能很好的评价不同土壤中多菌灵对蚯蚓的毒性。然而,即使用原位空隙水浓度来计算死亡曲线和LC50,在低pH的金华土壤中的死亡曲线仍然远离其他死亡曲线,LC50也显著低于其它土壤中的LC50,在低pH值的土壤中,原位孔隙水浓度低估多菌灵对蚯蚓的毒性。 进一步的研究表明,蚯蚓活动增加土壤pH值。推测原位孔隙水浓度在低pH值土壤中低估多菌灵对蚯蚓毒性的原因:蚯蚓的活动和消化过程增加土壤孔隙水pH,尤其是在蚯蚓活动的范围内土壤孔隙水的pH。在低pH的土壤中,pH的增加使电离的多菌灵转化为中性分子,使多菌灵吸附降低,吸附的多菌灵重新解吸附进入土壤空隙水中,从而增加多菌灵对蚯蚓的毒性。在pH值较高的土壤中,多菌灵主要以中性分子形成存在,pH的增加对多菌灵的电离影响较小,从而对吸附几乎没有影响。酸性条件下没有蚯蚓活动地方的土壤原位孔隙水中浓度显著低于蚯蚓活动范围的原位孔隙水浓度,从而导致在低pH值土壤条件下,原位孔隙水浓度低估弱碱多菌灵对蚯蚓的毒性。


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