多菌灵在油菜种植体系中的残留分布及生物炭对多菌灵环境行为影响的研究

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多菌灵是一种广谱的苯并咪唑类杀菌剂,可用于叶面喷雾、种子处理和土壤处理等,对多种作物上由真菌(如半知菌、多子囊菌)引起的病害有良好的防治效果,在我国使用广泛,使用量大。但多菌灵化学性质稳定,残效期长,对哺乳动物有毒害作用,能通过作物叶和种子渗入植物体内,并可通过食管引起中毒。生物炭具有丰富的孔隙结构和表面官能团,具有较大的比表面积和较强的稳定性,经生物炭改良过的土壤可以增强对农药的吸附能力,减少农药的淋溶以及对土壤生物的毒性。因此,开展多菌灵在油菜种植体系中的残留分布和减施控制因素以及生物炭对多菌灵环境行为影响的研究,对于降低多菌灵的使用量及其对土壤环境的毒害作用具有重要意义。本文全面系统的研究了多菌灵在油菜种植体系的沉积分布、消解动态及施药量与沉积量之间的关系。通过等温吸附试验和吸附动力学试验研究了三种生物炭对多菌灵的吸附特性及老化作用对生物炭吸附性能的影响。针对多菌灵在农田中的残留污染问题,探究了三种生物炭对多菌灵在土壤中的消除情况。主要取得的研究成果如下:
  1.建立了多菌灵在油菜叶、茎、荚、花和土壤中的高效液相色谱残留分析方法。多菌灵在0.1~50mg/L浓度范围内线性关系良好,线性回归方程为:Y=90.762x+20.047,R2=0.9999,方法最小检出量(LOD)为0.02ng,最低检测浓度(LOQ)为0.1mg/kg。油菜叶、花、茎、荚和土壤等五个基质中的回收率分别为82.9%~97.6%、83.8%~108%、80.3%~90.9%、86.5%~90.7%和77.0%~95.8%,符合残留分析要求。
  2.在江苏、湖南和青海三地进行了多菌灵在油菜种植体系的田间试验。试验结果表明:多菌灵在油菜各部位沉积量占比为土壤>叶>茎>花>荚,不同部位的浓度规律为花>叶>荚>茎>土壤,花、叶、茎、荚和土壤中的初始沉积浓度分别为33.75~42.75mg/kg,15.42~35.70mg/kg,3.61~10.19mg/kg,6.63~13.84mg/kg和0.1~0.86mg/kg。多菌灵在油菜叶、茎、荚和花上的消解符合一级动力学方程,半衰期分别为2.5、9.5、5.0、6.5天,而在土壤中的降解没有明显规律。为研究90%多菌灵水分散粒剂施药量、施药次数与沉积量之间的关系,选取了560gai/ha(0.5X)、840gai/ha(0.75X)、1120gai/ha(1.0X)、1680gai/ha(1.5X)四个施药剂量进行间试验。检测油菜花、下茎两个靶标部位和土中多菌灵的浓度,结果表明0.75X与1.0X施药量在靶标部位的原始沉积量相差不大,存在一定的减药空间。
  3.通过食品安全施药阈值计算器和鸟类、蚯蚓、蜜蜂无风险农药用量计算器对多菌灵进行风险评估,结果表明,多菌灵的田间用量远低于食品安全阈值,且对蚯蚓和蜜蜂没有暴露风险,对鸟类虽然没有急性毒性风险,但是存在慢性毒性风险。最后结合药效试验得出多菌灵在油菜上的安全施药限量标准为1120-2500a.i.g/ha。
  4.通过在东北黑土中添加三种生物炭,研究添加生物炭后对多菌灵吸附的影响,结果表明,三种生物炭的吸附容量分别为:果壳炭>稻秆炭>椰壳炭,吸附速率为:果壳炭>稻秆炭>椰壳炭。添加果壳炭后,东北黑土的理论最大吸附量由原来的46.30μg/g增加到了215.23μg/g;添加稻秆炭后,东北黑土的理论最大吸附量由原来的46.30μ/g增加到了117.26μg/g,添加椰壳炭对多菌灵的理论最大吸附量变化不大。
  5.选取了果壳炭和稻秆炭进行老化试验,研究物理老化、自然老化、氧化老化三种处理方式对生物炭吸附能力的影响。结果表明,两种生物炭经物理老化后对多菌灵的理论最大吸附量均增加,经自然老化和氧化老化后对多菌灵的理论最大吸附量均减少。
  6.在室内条件下添加0.3%果壳炭、0.6%果壳炭、0.3%稻秆炭、0.6%稻秆炭、0.3%椰壳炭、0.6%椰壳炭后,多菌灵的半衰期分别为16.2天、16.1天、49.5天、43.3天、63.0天、53.3天,均小于对照组。室外条件下添加生物炭后42天,测得土壤中多菌灵含量为东北土>1%稻秆炭土>1%椰壳炭土>1%果壳炭土。表明生物炭能加速降低土壤中多菌灵的含量。
  7.蚯蚓对土壤中的多菌灵十分敏感,低浓度下就会产生回避效应,通过在土壤中添加果壳生物炭,研究蚯蚓对多菌灵的回避效应。试验结果显示,在含5mg/kg的土壤中添加1%的果壳炭,蚯蚓的回避率由原来的100%降低到了60%,结合实测土壤中多菌灵的浓度,表明生物炭降低了蚯蚓可接触多菌灵的浓度,显著减弱了蚯蚓对多菌灵的回避效应。
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