【摘 要】
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田间施用的农药会直接或间接地进入土壤,与土壤成分发生复杂的相互作用,最终以自由态、结合态和固定态的形式存在。而真正能被植物吸收,产生生物有效性的是自由态农药,因此探究土壤-植物系统中农药的吸收转运及其生物有效性,对土壤中残留农药的风险评估具有重要意义。本研究以广泛种植的蔬菜——黄瓜为研究对象,通过室内盆栽实验研究了十种常用农药(噻虫嗪、吡虫啉、噻虫胺、西玛津、异丙隆、甲草胺、异丙甲草胺、丙草胺、乙
【基金项目】
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国家重点研发计划子课题“土壤中残留农药的作物有效性”的资助(2016YFD0200201-1);
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田间施用的农药会直接或间接地进入土壤,与土壤成分发生复杂的相互作用,最终以自由态、结合态和固定态的形式存在。而真正能被植物吸收,产生生物有效性的是自由态农药,因此探究土壤-植物系统中农药的吸收转运及其生物有效性,对土壤中残留农药的风险评估具有重要意义。本研究以广泛种植的蔬菜——黄瓜为研究对象,通过室内盆栽实验研究了十种常用农药(噻虫嗪、吡虫啉、噻虫胺、西玛津、异丙隆、甲草胺、异丙甲草胺、丙草胺、乙草胺和丁草胺)在土壤-黄瓜植株系统中的吸收转运规律、吸收机理及其主要影响因素;建立了一种准确评价土壤中农药生物有效性的方法,探究了农药理化性质和土壤理化性质对土壤中农药生物有效性的影响,主要研究结果归纳如下:(1)土壤添加浓度为10 mg/kg时,移栽5 d和7 d后的黄瓜植株中十种农药的检出浓度范围为2.05-21.51 mg/kg(根系)和0.03-40.13 mg/kg(茎叶)。黄瓜根系吸收噻虫胺、西玛津、吡虫啉、乙草胺、丙草胺和异丙甲草胺的方式主要是主动吸收,而噻虫嗪、丁草胺、甲草胺和异丙隆主要是被动吸收;按吸收途径来说,黄瓜根系对异丙甲草胺、吡虫啉、丙草胺和西玛津的吸收主要是质外体途径,对丁草胺、甲草胺、噻虫胺、异丙隆、噻虫嗪和乙草胺的吸收主要是共质体途径。(2)黄瓜植株对土壤中农药的吸收转运与其理化性质、土壤类型和植物品种有关。黄瓜植株中农药的检出浓度和转运因子均与正辛醇-水分配系数的对数(log KOW)呈显著负相关(R~2≥0.7909,p<0.01),与分子量、溶解性的对数(log SW)和酸解离常数(p Ka)无显著相关性(p>0.05),表明KOW是影响黄瓜植株对不同农药吸收和转运的主要因素。农药的log KOW值越大,黄瓜根系和茎叶对其的吸收能力越弱,农药在植株中的转运能力越弱。黄瓜植株对不同类型土壤中乙草胺的吸收存在差异:红壤中的吸收浓度最大(0.011-1.591 mg/kg),其次为潮土(0.001-1.007 mg/kg)、黄棕壤(0.007-0.534 mg/kg)、黄褐土(0.002-0.321 mg/kg)和黑土(0.001-0.064 mg/kg)。不同品种黄瓜根系对土壤中噻虫胺的吸收也存在差异:黄瓜根系吸收噻虫胺的浓度与根系中蛋白质含量具有显著正相关性(R~2≥0.7494,p<0.05),表明根系蛋白质含量也会影响黄瓜植株对农药的吸收。(3)采用四种不同化学提取方法分析了土壤中十种农药的浓度。黄瓜植株中农药浓度与不同化学法测得土壤中农药浓度的相关性大小依次为:原位孔隙水法(R~2≥0.7795,p<0.01)、PU薄膜被动采样法(R~2≥0.3732,p<0.05)、水提取法和乙腈萃取法(R~2≤0.3622,p>0.05),说明原位孔隙水法可以较好地表征土壤中不同农药对黄瓜植株的生物有效性,PU薄膜被动采样法次之,水提取法和乙腈萃取法无法用于表征土壤中不同农药对黄瓜植株的生物有效性。(4)以乙草胺为例,联合利用生物法和化学法评估了不同土壤中乙草胺对黄瓜植株的生物有效性。生物法结果表明,乙草胺对黄瓜植株的IC50与土壤有机质含量和阳离子交换量具有显著相关性(R~2≥0.7859,p<0.05),而与p H和粘粒含量无显著相关性(R~2≤0.1430,p>0.05),说明土壤有机质含量和阳离子交换量是影响乙草胺对黄瓜植株毒性的主要因素,而p H和黏粒含量的影响较小。化学法结果表明,原位孔隙水法和PU薄膜被动采样法可以有效表征不同土壤中乙草胺对黄瓜植株的生物有效性(R~2≥0.6571,p<0.01)。
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