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农药阿维菌素在环境中降解和代谢研究

张卫  
【摘要】: 目前国内外正大面积推广应用阿维菌素农药,但有关阿维菌素在环境中一些重要行为如微生物降解、土壤表面的光解及其降解机制和土壤吸附特性等问题尚未见报道,相关研究亟待加强。本论文开展了阿维菌素在环境中降解和代谢研究,为全面评价其环境安全性提供了一定的科学依据。论文主要内容如下: 第一章为文献综述,对阿维菌素的研究进展进行了简要的介绍和总结。 第二章建立了阿维菌素在土壤和水中的残留检测方法,结果表明:高效液相色谱采用254nm作为扫描波长,乙腈和水按适当比例混合作为流动相时,所采用方法的准确度、重复性和精密度等参数均符合农药残留检测的基本要求。 第三章研究了阿维菌素在土壤中的降解,结果表明:(1)五种不同类型土壤中,阿维菌素在潮湿雏形土中降解最快,而在湿润雏形土中降解最慢;(2)土壤有机质含量与阿维菌素半衰期相关性较强,相关系数(r)为0.9323,而土壤酸碱度(pH)、总氮含量、阳离子交换量(CEC)和田间最大持水量等因子与阿维菌素半衰期相关性较小,说明影响阿维菌素在土壤中降解的最主要因子为有机质含量:(3)土壤有机质、土壤温度和农药浓度等因素对阿维菌素在土壤中的降解有较大影响,此外灭菌条件下其降解半衰期远大于未灭菌时的半衰期,这表明阿维菌素在土壤中的降解可能和土壤微生物有关。 第四章研究了阿维菌素的微生物降解,结果表明:(1)从试验土壤中分离到一株高效降解阿维菌素的菌株,经16S rDNA鉴定为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltrophilia);(2)土壤接种该高效降解菌后有助于加快阿维菌素的降解,且这种趋势在低菌量时表现更为明显;(3)高效降解菌株最高可以降解500mg/L左右的阿维菌素,降解的最适温度和pH值分别为35℃和7.0,最适底物浓度为100mg/L,金属离子Hg~(2+)对菌株生长和降解阿维菌素有显著的抑制作用;(4)培养温度35℃,培养液起始pH值7.0,培养时间96h为阿维菌素高效降解菌最适产酶条件,Hg~(2+)对该菌株产酶有显著的抑制作用;(5)从该降解菌中提取的粗酶液在pH7.5和37.5℃时显示最大的降解活性,其米氏常数(Km)为 浙江大学博卜学位论文 农药阿维菌素在环境中降解和代谢研究 6.78 nlnol/mL,最大反应速率Vmax为3.26 Illnol/min,最大降解速率为81.5 nrn。城min·mg);(6)通过分析阿维菌素微生物降解产物的TIC图和质谱图,可 能有四种代谢产物,保留时I’ed分别为4.977 min、6.653 min、8.949一9.451 min和 13.188 min,而分子量(MW)分别为362、450、528和586。 第五章研究了阿维菌素的水解,结果表明:(l)阿维菌素在中性条件下比较 稳定,水解很慢,而在碱性(pH 11 .0)和酸性(pH3.0)条件下极不稳定;(2)阿 维菌素水解速率随温度升高而加快,温度每提高10℃,阿维菌素水解速率常数将 平均增加2倍左右,水解活化能(Ea)为54.02kJ/1 nol,水解速率常数与温度关 系的表达式为l瓦K井.6.495 x 103/T+17.192(厂0.9954):(3)阿维菌素在未灭菌 水样中降解较快,降解速率常数为灭菌水样的2.74倍,这可能是由于水样中的微 生物加速了阿维菌素的降解;(4)阿维菌素在实际水样中的半衰期略长,这可能 与水体中的可溶性有机质有关,但这种差异并不显著;(5)通过分析阿维菌素水 解产物的TIC图和质谱图,可能有两种代谢产物,保留时间分别为6.167 min和 10.490 min,而分子量(MW)分别为450和528。 第六章研究了阿维菌素在水中和土壤表面的光解,结果表明:(l)紫外灯辐 射波长和不同光解材料对阿维菌素的光解速率影响较大,波长越短,越有利于阿 维菌素的光降解,并且在石英试管中比玻璃试管中降解更快;(2)模拟太阳光强 度越大,阿维菌素在水中和土壤表面的光解速率越快,土壤中的光解深度也越大; (3)初始浓度越大,阿维菌素在水中和土壤表面的光降解速率反而越慢;(4)不 同溶剂比例对阿维菌素的光降解也会产生较大影响,随着有机溶剂(甲醇)含量 的增加,阿维菌素光解速率明显下降,这可能是因为阿维菌素在水中发生的光化 学降解机制为光水解反应;(5)氧化剂1%玩q、光敏剂10%丙酮和光催化剂 0.1%TIOZ作为添加物质都能加快阿维菌素的光解进程;(6)溶液酸性或碱性越强, 越有利于阿维菌素的光降解,这可能是因为阿维菌素分子在偏酸和偏碱性条件下 稳定性变差;(7)通过分析阿维菌素光解产物的TIC图和质谱图,水中光解后可 能有三种代谢产物,保留时间分别为1.493而n、6.201 min和14.344min,分子量 (MW)分别为584、450和642;而土壤表面光解后可能有五种代谢产物,保留 时lbJ分别为2.280 min、4.760 min、6.267 min、1 1 .295 min和14.896而n,分子量 (MW)分别为278、362、450、586和642。 尸夕 浙江大学博士学位论文 农药阿维菌素在环境中降解和代谢研究 第七章研究了阿维菌素的吸附,结果表明:(l)阿维菌素在五种土壤上的吸 附等温线均为直线,这说明吸附可能与其在土壤有机质中的分配作用有关;(2) 将阿维菌素在土壤中的吸附系数Kf值与土壤有机质含量、pH值、阳离子交换量 和土壤颗粒分布进行相关性研究,发现阿维菌素在五种土壤上?


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