玉米种衣剂中的农药在土壤中的残留及对细菌和酶活性的影响

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内吸性农药(包括新烟碱类杀虫剂和三唑类杀菌剂)因其广谱和高效的杀虫、杀菌效果,被广泛应用于全世界农业和公共卫生领域,尤其是用于种衣剂处理(seed treatment)。但其在环境介质和农副产品中的高频检出,及其在生态系统中的已知负面影响均表明了此类农药存在一定程度的不安全性。但是,目前国内外对内吸性农药的生态毒性的关注度仍然不够,特别是针对农药在土壤中的动态迁移、残留及其对土壤生态系统影响的研究较少。因此,本研究以噻虫嗪和苯醚甲环唑为目标内吸性农药,以玉米生长期间的土壤为研究对象,通过田间试验,监测内吸性农药在不同时期以及不同深度土壤中的残留动态;并通过分析土壤中可培养微生物的数量、土壤细菌群落结构和多样性及土壤相关酶活性的状态,揭示噻虫嗪和苯醚甲环唑对土壤微生态的影响。主要研究结果如下:(1)以推荐使用剂量(6ml/1kg种子)施用进入土壤的噻虫嗪单剂和苯醚·噻虫的混剂在土壤中的噻虫嗪的残留主要集中在0-10cm土层,仅只添加噻虫嗪的处理6月19日时在土壤10-15cm中测到了噻虫嗪的残留。苯醚甲环唑均未在不同深度土壤中检出。虽然噻虫嗪在土壤中发生了向下迁移的现象,但是噻虫嗪的迁移能力较低。噻虫嗪单剂和苯醚·噻虫的混剂在土壤中噻虫嗪的最高浓度分别为0.068和0.036(μg/g),在玉米收获期噻虫嗪土壤中残留量均低于检出限(0.004μg/g)。苯醚甲环唑在玉米不同生长时期均未在土壤中检出。并且种衣剂中的农药只有大约1%被玉米植株吸收,大部分农药留在了土壤中,可能会带来土壤污染的问题。(2)噻虫嗪和混剂苯醚·噻虫均能抑制根际和非根际土壤可培养细菌的数目。随着玉米的生长,噻虫嗪和混剂苯醚·噻虫对可培养细菌的抑制作用渐渐减弱,直至恢复。两种处理仅在第一次采样(玉米植株生长初期),根际土中可培养细菌数量有显著差异。根际土中可培养细菌数量始终高于同期非根际土中可培养细菌数量。(3)噻虫嗪和混剂苯醚·噻虫均对根际土细菌群落多样性影响较小,增大了细菌群落的丰度,改变了根际土细菌群落结构。随着玉米的生长,细菌群落的丰度恢复至对照水平。两种处理均增加了芽胞杆菌科(Bacillaceae)、噬几丁质菌科(Chitinophagaceae)、黄单胞菌科(Xanthomonadaceae)的相对丰度,均减少了norank_o_Vicinamibacterales、Vicinamibacteraceae、出芽菌科(Gemmataceae)、WD2101_soil_group的相对丰度,Nitrososphaeraceae在单施噻虫嗪的处理中相对丰度略微减少,在混施苯醚·噻虫的处理中相对丰度明显增加。随着玉米的生长,细菌群落结构恢复到对照水平。(4)噻虫嗪和混剂苯醚·噻虫的处理均能激活根际和非根际土壤过氧化氢酶和脱氢酶的活性,并且两个处理之间没有显著差异。随着时间的推移,两种处理根际和非根际土壤过氧化氢酶和脱氢酶的活性均恢复。根际的土壤过氧化氢酶和脱氢酶的活性始终高于同期非根际土的土壤过氧化氢酶和脱氢酶的活性。综上所述,噻虫嗪和混剂苯醚·噻虫以种衣剂的形式按推荐剂量施用,在玉米生长初期,对土壤微生物生态有一定的影响。到玉米收获期,因为土壤农药残留量大大减少,对土壤微生物生态的影响也消失,但是在实际农业生产中仍要控制噻虫嗪和混剂苯醚的施用浓度和施用频率,避免对土壤产生永久的破坏作用,进而影响作物产量和环境安全。为了深入地了解实际农业生产情况下,以噻虫嗪和混剂苯醚·噻虫为代表的内吸性杀虫剂和杀菌剂作为种衣剂农药,在土壤中的残留动态以及对土壤微生态环境的污染,建议:(1)进行连续多年的田间实验,以了解研究噻虫嗪和混剂苯醚·噻虫在土壤中长期累积情况和其对土壤微生物的影响;(2)改进并丰富微生物污染生态的研究方法,建立更高效、普遍适用的综合生物标志物,为土壤污染的监测提供依据;(3)结合高通量测序所得结果,分离纯化高效降解噻虫嗪和混剂苯醚·噻虫的菌株,进而有针对性地开发土壤农药污染修复工作,为保障我国粮食安全和环境健康,提供强有力的科技支撑。
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