有機質(zhì)對除草劑撲草凈環(huán)境行為的影響研究.pdf

1、人類已進入“環(huán)境時代”，環(huán)境問題引起了全世界人們的廣泛關(guān)注。生態(tài)惡化其主要根源就是化學品的污染，特別是有機污染物的污染。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化學農(nóng)藥的廣泛、大量的應(yīng)用，雖然能大大降低作物遭受病、蟲、草害而造成的經(jīng)濟損失，但農(nóng)藥長期大量的使用使得食品、飼料、水、土壤、空氣等環(huán)境中的農(nóng)藥殘留量持續(xù)增加，經(jīng)食物鏈進入動物體，危害人類健康，并嚴重威脅著生態(tài)環(huán)境。農(nóng)業(yè)土壤中殘留農(nóng)藥的解吸、運移及其生物毒性嚴重影響生態(tài)環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量，其環(huán)境行為

2、受到廣泛關(guān)注。有機肥料含有大量有機質(zhì)，是改良土壤，培肥地力不可替代和不可缺少的物質(zhì)。有機質(zhì)是地表環(huán)境有毒污染物的重要化學絡(luò)合劑和吸附劑，通過與進入環(huán)境中有毒有機污染物質(zhì)的相互作用，使有機污染物的存留和形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而影響它們的遷移轉(zhuǎn)化、毒性、生物地球化學循環(huán)及歸宿。因此，有機質(zhì)與污染物相互作用是關(guān)乎環(huán)境污染評價、預(yù)測、修復(fù)治理及其與人類健康關(guān)系研究的重要科學問題。
　　 本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，選用了農(nóng)地中常用的兩種代表性

3、的有機肥（無害污泥和水稻秸稈）為水溶性有機物（Dissolved organic matter, DOM）的提取原料，以豬糞堆肥(PMC)和無害污泥(SL)為外源固態(tài)有機物料的代表，以除草劑撲草凈為農(nóng)藥研究的對象，通過一系列物理、化學和生物學等試驗，研究了DOM及外源固態(tài)有機物料施入土壤后，對土壤中殘留農(nóng)藥撲草凈環(huán)境行為的影響，并對有關(guān)的機理進行了探討。以期為農(nóng)藥污染土壤的防控及修復(fù)提供科學數(shù)據(jù)。
　　 通過標準批量平衡法、土柱

4、淋溶法和土壤薄層層析法，研究了兩種來源DOM對除草劑撲草凈在土壤中的吸附-解吸與遷移行為的影響，并對兩種DOM的理化性質(zhì)進行了表征。試驗結(jié)果表明，DOM能明顯抑制土壤對撲草凈的吸附，增強土壤中撲草凈的解吸，促進撲草凈在土壤中的遷移。濃度為160 mg DOC L-1的污泥(SL2)和水稻秸稈(ST2)DOM可分別使土壤中撲草凈的吸附量比對照減少了71.0％和71.8%，使遷移出土體的撲草凈總量由對照中的22.5%，增大到36.9%(SL

5、2)和52.5%(ST2)。其Rf值由0.1823（對照）增大為0.2147(SL2)和0.2376(ST2)。在所研究的撲草凈和DOM濃度范圍內(nèi)，來源于水稻秸稈的DOM(ST)比來源于污泥DOM(SL)作用顯著，而且DOM濃度越高影響越顯著。說明農(nóng)業(yè)土壤中水溶性有機物能明顯活化土壤中除草劑撲草凈，增強其活動性。對兩種來源的DOM進行了元素分析，結(jié)果顯示與來源于污泥的DOM(SL)相比，來源于水稻秸稈的DOM(ST)組分中含有較高比例的

6、含氮官能團和更多的不飽和結(jié)構(gòu)。灰分的測定結(jié)果表明，水稻秸稈比污泥DOM中含有更多的有機組分。這表明來源于水稻秸稈的DOM更容易與農(nóng)藥撲草凈相互作用，因此對撲草凈環(huán)境行為的影響就更顯著。
　　 通過標準批量平衡法試驗和土柱淋溶試驗，研究了兩種外源添加的固態(tài)有機物料對除草劑撲草凈在土壤中吸附-解吸行為和遷移行為的影響，并采用元素分析、紅外光譜學技術(shù)研究兩種外源固態(tài)有機物料的理化性質(zhì)，以及外源固態(tài)有機物料的施用對于土壤理化性質(zhì)的影響。

7、結(jié)果表明：與不添加外源有機物料的對照相比，兩種供試有機物料污泥和豬糞堆肥（SL和PMC）的施用均能明顯增強撲草凈在土壤上的吸附，而降低撲草凈在土壤中的解吸，抑制撲草凈在土壤中的遷移。如土壤中加入污泥后Kf值分別比對照增大了49.6%(SL-1)和95.2%(SL-2)，添加2.5%和5.0%豬糞堆肥的土壤對撲草凈的吸附能力是對照土壤的3.1-3.3倍。在整個淋濾過程中不同處理的土壤中遷移出土體的撲草凈總量由對照中的85.8%減少到62.

8、9%(SL-1)，57.9%(SL-2)，35.2%(PMC-1)和29.2%(PMC-2)。在所研究的撲草凈和外源有機物料的添加濃度范圍內(nèi)，豬糞堆肥(PMC)都比污泥(SL)作用顯著，并且對于同種有機物料高濃度比低濃度影響顯著。兩種外源有機物料的元素分析結(jié)果顯示與污泥(SL)相比，豬糞堆肥(PMC)組分中含有較高比例的含氮官能團和更多的不飽和結(jié)構(gòu)?；曳譁y定結(jié)果表明，豬糞堆肥比污泥中含有更多的有機組分。元素分析、紅外光譜學技術(shù)研究結(jié)果表

9、明外源有機物料的加入使土壤中有機質(zhì)含量得到提高，使土壤質(zhì)量得到改善。
　　 采用室內(nèi)生長箱盆栽試驗方法，在土培條件下，研究了在0-24 mg kg-1撲草凈濃度范圍內(nèi)對小麥幼苗生長的影響。結(jié)果表明，撲草凈抑制了小麥的生長。小麥葉片中的葉綠素含量對撲草凈脅迫較敏感，低濃度的撲草凈(4 mg kg-l)導致葉綠素含量的大幅度降低。小麥組織中TBARS含量明顯增大，表明植物體脂質(zhì)過氧化水平受到撲草凈氧化脅迫的誘導而升高。為了進一步了解

10、小麥對撲草凈脅迫的生物化學反應(yīng)機制，分析了小麥葉片和根系中的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GST)等抗氧化酶的活力變化。試驗結(jié)果表明，小麥葉、根中抗氧化酶POD、SOD、APX和GST活力，在較低濃度的撲草凈處理下，均顯著升高，分別在撲草凈濃度為8-12 mg kg-1處理下達到較高水平，在較高濃度撲草凈處理(16～24 mg kg-1)處理下酶活力水

11、平又呈下降趨勢。而小麥根系中CAT活性在低濃度撲草凈處理時(4 mg kg-1)即表現(xiàn)為受到抑制，且隨著撲草凈濃度的加大逐漸降低。為深入探討酶活力的變化情況，采用聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)，測定了撲草凈處理的小麥組織中SOD、POD和CAT的同工酶酶譜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種誘導作用導致小麥葉和根中同工酶的表達量增加，并與酶活力測定結(jié)果完全吻合。為了進一步確證撲草凈處理導致的氧化脅迫對小麥抗氧化酶的基因表達量的影響，我們選取了具有代表性變化的SOD和

12、GST酶，檢測分析了小麥葉片和根系中Cu/Zn-SOD和GST的基因表達變化情況與不同撲草凈處理的關(guān)系。
　　 研究了外源有機物料作用下?lián)洳輧魧π←溣酌绲亩拘杂绊?。在土培條件下，研究了土壤中添加8 mg kg-1撲草凈和5%豬糞堆肥對小麥吸收撲草凈和抗氧化系統(tǒng)的影響，并對其影響機制進行了初步探討。結(jié)果顯示：處理10 d后，PMC使小麥葉和根中的撲草凈含量減少，使撲草凈脅迫誘導下小麥葉和根中MDA含量和02-和H202的累積量降低

13、，葉綠素含量升高，表明PMC的施用緩解了撲草凈對小麥植株的氧化損傷。撲草凈脅迫下使小麥SOD、POD、CAT、APX、GST和GR的活力顯著增高，PMC的施入降低了撲草凈誘導上述酶活力水平，說明PMC的添加緩解了撲草凈誘導的氧化脅迫。采用RT-PCR半定量分析方法對抗氧化脅迫酶SOD和GST及HO-1基因進行了轉(zhuǎn)錄表達分析；又通過瓊脂糖電泳檢測得到DNA Ladder來考察了PMC對撲草凈誘導的細胞程序性死亡的影響，發(fā)現(xiàn)PMC的施用延遲

14、了撲草凈導致的小麥植株程序性細胞死亡。其原因：一方面，PMC發(fā)揮其有機肥的功效，可通過促進小麥生長，激活小麥的解毒酶系統(tǒng)，提高植株對除草劑的耐受性；另一方面，也可以通過降低撲草凈的遷移性，從而降低了小麥幼苗植株對撲草凈的吸收，即降低了其生物有效性，也就緩解了其對小麥幼苗造成的脅迫，抑制了活性氧大量蓄積，減輕脂質(zhì)過氧化作用對植株帶來的傷害。
　　 綜上所述，添加外源DOM可抑制土壤對農(nóng)藥撲草凈的吸附，促進土壤中殘留撲草凈的解吸，從

15、而增強了土壤中農(nóng)藥的移動性，活化了土壤中的殘留農(nóng)藥，促進了農(nóng)藥撲草凈向水體的遷移和植物的吸收，從而加劇了土壤中殘留的農(nóng)藥對地下水及農(nóng)作物造成污染的風險。而外源固態(tài)有機物料的施用不僅能夠作為有機肥為植物生長提供養(yǎng)分，而且能夠提高土壤中有機質(zhì)含量，改善土壤質(zhì)量，促進土壤中殘留撲草凈的吸附，從而削弱了土壤中農(nóng)藥的移動性，抑制了農(nóng)藥撲草凈向水體的遷移和植物的吸收，使土壤中殘留農(nóng)藥鈍化，從而緩解了土壤中殘留農(nóng)藥對地下水及農(nóng)作物造成污染的風險，外源