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随着世界范围内农药的广泛使用,由农药引起的环境污染越来越受到人们的关注。土壤是农药的主要作用区间,而农药在土壤中的利用率只有30%左右,残留在土壤中的农药可以通过径流或淋洗进入到地表水和地下水中,因此农药的大量使用造成了土壤和水环境的污染。尽管许多研究报道了农药在土壤和水中的降解,但是农药在环境中尤其是沉积物-水系统中的详细转化过程仍然不清楚。因此本研究选取了世界上应用广泛的两种农药-草甘膦和苯嗪草酮-作为目标污染物,运用同位素示踪法(13C和16N)和生物标志物法(氨基酸和脂肪酸)详细研究了它们在土壤和沉积物-水系统中的迁移转化,包括它们的矿化、降解动力学、降解途径以及降解过程中不可萃取残留物,特别是生物残留物的形成。通过分析稳定同位素13C和16N随时间的分布,得到以下结论：(1)土壤中草甘膦矿化率达到了72.6%,半衰期(DT50)为3.4天,实验结束时土壤中草甘膦被完全去除。而在沉积物-水系统中实验结束时草甘膦矿化率为55.7%,DT60为15天,实验结束时沉积物中检测到4.9%初始应用的草甘膦。而水系统中草甘膦矿化率仅为2.4%,且草甘膦最终去除率为9.9%。土壤中苯嗪草酮矿化率为59.7%,DT50为5.6天。而沉积物-水系统中苯嗪草酮矿化率为49.2%,DT60为13天。实验结束时两个系统中均没有检测到苯嗪草酮。在水系统中苯嗪草酮的矿化率仅为8.7%,实验结束时苯嗪草酮去除率为12.7%。(2)胺甲基磷酸是草甘膦在土壤和沉积物-水系统中降解的主要中间产物。土壤中微生物通过胺甲基磷酸途径降解草甘膦,且实验20天后微生物开始降解胺甲基磷酸；而沉积物-水系统中草甘膦降解初期与微生物生长相关的肌氨酸途径发挥主要作用,降解后期胺甲基磷酸途径起主导作用,实验过程中胺甲基磷酸并没有发生降解。土壤和沉积物-水系统中微生物通过不同途径降解苯嗪草酮。在土壤中检测到三种降解产物,分子式分别为C10H9N3O,C10H8N4O5和C4H6N4O;而在沉积物-水系统中只检测到两种降解产物,分子式为C10H9N3O和C13H14N4O。(3)土壤和沉积物-水系统中13C在脂肪酸中随时间变化说明了土壤和沉积物中微生物群落在草甘膦和苯嗪草酮降解过程中均发生了变化。草甘膦在土壤的降解实验中微生物总氨基酸中最终富集了9.89%初始应用的13C和24.38%初始应用的16N；而在沉积物-水系统中该数值分别为10.06%和12.17%。苯嗪草酮在土壤的降解实验中微生物总氨基酸中最终富集了14.85%初始应用的13C；而在沉积物-水中该数值为11.88%。微生物组分(氨基酸等)在细胞死后转变成了生物残留物。土壤中草甘膦和苯嗪草酮降解过程中生物残留物占不可萃取残留物的比值分别为89.5%和98.3%；而在沉积物-水系统中该比值分别为89.4%和58.5%。该结果揭示了生物残留物是草甘膦和苯嗪草酮降解过程中不可萃取残留物的重要组成部分。