【摘 要】
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新烟碱农药因为其强电负性药效基团、氰基平面-杂环平面共面性等特征,成为杀虫剂中的一枝独秀,但是引起了广泛的环境安全忧虑。用生物炭对新烟碱农药污染土壤进行修复成为一个可能的途径。此外,土壤微生物在土壤中广泛存在,生物炭进入土壤后与土壤微生物发生的相互作用必然影响新烟碱农药的吸附和降解。因此,充分认识土壤微生物作用下生物炭对新烟碱农药的降解机制是研究生物炭对农药污染土壤修复技术的重要前提。本研究用竹子
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新烟碱农药因为其强电负性药效基团、氰基平面-杂环平面共面性等特征,成为杀虫剂中的一枝独秀,但是引起了广泛的环境安全忧虑。用生物炭对新烟碱农药污染土壤进行修复成为一个可能的途径。此外,土壤微生物在土壤中广泛存在,生物炭进入土壤后与土壤微生物发生的相互作用必然影响新烟碱农药的吸附和降解。因此,充分认识土壤微生物作用下生物炭对新烟碱农药的降解机制是研究生物炭对农药污染土壤修复技术的重要前提。本研究用竹子在300℃、400℃、500℃和600℃等温度下制备生物炭BC300、BC400、BC500和BC600,并将这四种生物炭与土壤浸出液(土壤微生物)混合,制备成负载土壤微生物的生物炭MBC300、MBC400、MBC500和MBC600。选择吡虫啉和啶虫脒两种新烟碱农药作为研究对象,通过分析该类农药的药效基团、生物炭的理化性质、土壤微生物作用后生物炭的性质变化、土壤微生物群落变化等探讨新烟碱农药在生物炭上的降解机制。该研究主要得到以下结论:(1)低温生物炭有更多的含氧官能团,但高温生物炭表现出更高的降解率,生物炭的含氧官能团会影响其自由基的种类和强度,从而对新烟碱农药的降解过程有重要贡献。除生物炭上的持久性自由基(PFRs)外,生物炭中的非自由基活性基团也对其降解起到重要作用;(2)吡虫啉和啶虫脒的药效基团分别是=N-NO2和N-CH=N-CN,这两个药效基团均容易受到生物炭自由基攻击或者这些键容易断裂,从而导致新烟碱农药在生物炭上的降解作用较强;(3)吡虫啉和啶虫脒在高温生物炭上的化学降解比生物降解贡献更大,而低温生物炭中两种农药的生物降解贡献更大,原因是高温生物炭具有较强的碱性,使土壤微生物在生物炭上的存活率较低,从而导致其对新烟碱农药的降解率降低;(4)土壤微生物中的假黄单胞菌、芽孢杆菌和假单胞菌可以调节吡虫啉的羟基化和硝酸盐还原途径。啶虫脒的药效基团N-CH=N-CN中的-CH=N和C-N键容易断,因此其化学降解率比吡虫啉高,而其生物降解率低于吡虫啉。因此,总结得到新烟碱农药的药效基团、生物炭的自由基、土壤微生物等均对该类农药的降解起到重要作用,研究土壤微生物作用下生物炭的性质变化及其对新烟碱农药的降解机制具有重要的科学意义。本研究除了对新烟碱农药的化学降解和生物降解机制提出关键论断外,也为农业中新型农药污染的生物炭-土壤微生物联合修复技术提供科学支撑。
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