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毒死蜱在大棚土壤和蔬菜中的残留特征、土壤生态效应及其控制途径

方华  
【摘要】: 近年来,我国大棚蔬菜生产得到快速发展。然而,大棚温暖潮湿的环境给病虫害大量繁殖提供了适宜的条件,导致农药超量、频繁的使用。毒死蜱作为高效、广谱的有机磷杀虫、杀螨剂,在我国大棚蔬菜栽培中广泛使用,蔬菜和土壤受到一定程度污染。为评价毒死蜱在大棚蔬菜和土壤中施用的安全性,开展了大棚和露地蔬菜和土壤中毒死蜱的消解特征、毒死蜱单独和与其它农药复合多次重复使用在土壤中的降解特征及其对土壤微生物多样性的影响、毒死蜱高效降解菌的分离和鉴定、毒死蜱的微生物降解特性及途径、微生物菌剂和酶制剂对蔬菜和土壤中毒死蜱降解的生物强化等方面的研究。主要研究结果如下: 毒死蜱在大棚和露地小白菜上的消解符合一级动力学特征,在土壤中的消解符合双室模型。大棚封闭的环境和季节更替能改变毒死蜱在小白菜和土壤中的消解行为,毒死蜱在大棚小白菜和土壤中的消解速率低于露地,在秋季的消解速率低于夏季。与露地相比,推荐剂量和双倍剂量毒死蜱在夏季大棚小白菜上的半衰期分别延长了26.0%和10.7%,在秋季大棚小白菜上的半衰期分别延长了6.6%和15.7%;在夏季土壤中的半衰期分别延长了44.4%和140.0%,在秋季大棚土壤中的半衰期延长了16.2%和63.1%。大棚小白菜收获期毒死蜱的残留量比露地高几乎50%。 低浓度(4 mg kg~(-1))、中浓度(8 mg kg~(-1))和高浓度(12 mg kg~(-1))毒死蜱在土壤中的降解符合一级动力学特征,其半衰期分别为14.32 d、16.70 d和18.00 d。随着毒死蜱浓度的提高,其在土壤中的半衰期明显延长。三个浓度处理初期(7 d)土壤微生物多样性均受到明显的抑制作用,作用大小与毒死蜱浓度呈正相关,但这种影响随着时间的推移逐渐缓解,到第21 d各处理土壤微生物多样性已恢复至对照水平,到第35 d,各处理土壤微生物多样性甚至超过对照水平。 毒死蜱、三唑酮和丁草胺单独和复合重复使用在土壤中的降解均符合一级动力学特征,随着施药次数的增加,除了毒死蜱+三唑酮处理中毒死蜱的半衰期略有延长外,其它各处理农药的半衰期均逐步缩短。各处理施药初期(3 d)土壤微生物多样性均受到明显的抑制作用,但这种影响随着时间的推移逐步缓解,到第21 d各处理土壤微生物多样性均已恢复至或超过对照水平。随着施药次数的增加,农药对土壤微生物多样性的抑制作用逐渐消失。 从污染土壤中分离筛选到一株能以毒死蜱为唯一碳源和能源生长的真菌DSP,经形态特征和18S rDNA序列分析鉴定为轮枝孢属(Verticillium sp.)。 在纯培养条件下真菌DSP对毒死蜱的降解与农药浓度、pH值和温度有关。Verticillium sp.DSP对毒死蜱的降解符合一级动力学特征,1、10和100 mg l~(-1)毒死蜱的降解半衰期分别为2.03 d、2.93 d和3.49 d,100 mg l~(-1)毒死蜱对真菌DSP有略微抑制作用。真菌DSP在pH 5.0、7.0和9.0时对1 mg l~(-1)毒死蜱的降解半衰期分别为2.03 d、1.93 d和2.11 d。真菌DSP在15、25和35℃时对1 mg l~(-1)毒死蜱的降解半衰期分别为3.31 d、2.03 d和1.88 d。真菌DSP在不同pH及温度下对毒死蜱的降解作用为pH7.0>pH5.0>pH9.0,35℃>25℃>15℃。通过毒死蜱微生物降解产物的GC-MS分析,TCP是最主要的降解产物,TCP在真菌DSP的作用下进一步烷基化生成TMP或脱卤素,鉴于真菌DSP可以利用毒死蜱为唯一底物生长,因此,毒死蜱降解产物可能进一步分解转化为二氧化碳,为一矿化过程。 DSP菌剂处理能有效促进土壤和蔬菜上毒死蜱的降解。灭菌土、以前未使用毒死蜱的土壤、以前使用毒死蜱的土壤中毒死蜱的降解均符合一级动力学特征,毒死蜱在DSP菌接种土壤中的半衰期比相应未接种土壤的半衰期分别缩短了81.2%、59.1%和24.4%。与未喷菌剂的对照相比,DSP菌剂处理后毒死蜱在大棚和露地小白菜上的半衰期分别缩短了10.9%和17.6%,在大棚和露地土壤中的半衰期分别缩短了12.0%和37.1%。 DSP粗酶制剂可以促进小白菜、空心菜、木耳菜、四季豆和辣椒上毒死蜱的降解。5种蔬菜上毒死蜱的降解均符合一级动力学特征,并且E(1:10)处理蔬菜上毒死蜱的降解速率要高于E(1:20)处理。与对照相比,DSP粗酶制剂E(1:20)处理小白菜、空心菜、木耳菜、四季豆和辣椒上毒死蜱的半衰期分别缩短了29.7%、34.4%、19.4%、19.4%和13.9%,E(1:10)处理蔬菜上相应的半衰期分别缩短了46.2%、56.8%、34.0%、45.7%和32.3%。结果表明,微生物酶制剂是控制蔬菜上农药残留的有效手段。


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