土壤吸附对敌草隆生物有效性的影响

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取代脲类除草剂是全球大量频繁使用的除草剂种类之一,而敌草隆作为其中具代表性品种,在土壤中半衰期较长,可有效防除一年生和多年生的杂草。敌草隆大量使用会导致其在农田土壤中持续积累,即使较低残留水平对环境中水生生物和敏感作物存在危害作用。生物炭作为土壤可持续性的优良改良剂和阻控污染物的超级吸附剂,被广泛应用于土壤中吸附有机污染物,以达到土壤修复目的。鉴于此,本文综合考虑了土壤性质、不同竹炭添加水平和老化时间等因素,探究竹炭对敌草隆在土壤环境中吸附、降解以及生物有效性等方面的影响,探明土壤吸附对敌草隆生物有效性的影响规律,旨在为敌草隆的合理使用、土壤残留暴露风险的准确评价及土壤污染的修复提供依据。本文主要研究结果如下:(1)研究建立了敌草隆在土壤、玉米植株和蚯蚓基质中的残留分析方法。通过优化Qu ECh ERS前处理方法,并结合LC-MS/MS联用技术建立了敌草隆在不同土壤,玉米植株以及蚯蚓基质中的残留分析方法,回收均在91%~104%之间,RSD在1.65%~7.16%之间,方法检测限(LOD)为0.001 mg/kg,定量限(LOQ)为0.004 mg/kg,其在土壤、玉米植株和蚯蚓等基质中具有良好的基质标线性关系,且均为弱基质效应。(2)研究明确了敌草隆与微生物(假单胞菌,Pseudomonas sp.)在土壤中的吸附规律。供试5种土壤吸附敌草隆和微生物的强弱次序依次均为黑土>黄棕壤土>潮土>褐土>红土,Freundlich方程拟合敌草隆吸附系数在7.59~28.99L/kg之间,微生物吸附系数在2.50~5.98 L/kg之间,土壤有机质含量和黏粒含量是影响敌草隆和微生物吸附的主要因素。黑土中添加竹炭后可提高土壤对敌草隆和微生物的吸附能力,与未添加竹炭黑土相比,敌草隆和微生物在添加0.1%~5%竹炭黑土中的吸附系数分别是未添加竹炭黑土的1.25~17.87倍和1.50~14.34倍,竹炭是影响土壤对敌草隆和微生物吸附作用大小的主要因素。(3)调查明确了土壤吸附对微生物降解敌草隆的影响规律。微生物、土壤有机质含量、p H值和黏粒含量是影响敌草隆在土壤中降解的主要因素。在黑土中添加0.1%、0.5%、1%、2%和5%竹炭后敌草隆半衰期相比未添加竹炭土壤分别延长了1.18、1.28、1.56、2.03和2.48倍,减缓了微生物对敌草隆降解速率。微生物在5种土壤中的吸附与土壤有机质表现出显著的线性正相关(R=0.7789)。土壤对微生物的吸附系数与敌草隆在5种自然土壤和添加竹炭黑土中的半衰期具有有较好的正相关关系(R=0.7134和R=0.9555),即随着吸附系数的增加而延长了降解半衰期。(4)研究明确了土壤吸附对玉米(郑单958)植株吸收敌草隆的影响规律。在5种自然土壤和添加竹炭黑土中,根部敌草隆含量都要明显高于茎叶部,根部是敌草隆在玉米植株中的主要分布场所。随着竹炭含量的增加(0.1%~5%),玉米植株对黑土中敌草隆的富集浓度也随之降低。玉米植株对土壤中敌草隆的生物富集系数随土壤有机质含量的增加而降低,表现出较好的负相关关系(R=-0.8066)。在未添加竹炭的5种自然土壤中,玉米植株的敌草隆生物富集系数随土壤吸附系数的增加而逐渐下降,呈负相关关系(R=-0.7097);在添加竹炭的黑土中,玉米植株的敌草隆生物富集系数随老化时间的增加而逐渐下降,且与土壤吸附系数呈负相关关系(R0 d=-0.9277、R14 d=-0.9031、R28 d=-0.9329)。(5)研究明确了土壤吸附对蚯蚓(Eisenia foetida)蓄积敌草隆的影响规律。在5种自然土壤中,蚯蚓对敌草隆的生物富集系数随有机质含量和吸附系数的增加而降低(R=-0.8697和R=-0.9427)。随着竹炭含量的增加(0.1%~5%),蚯蚓对黑土中敌草隆的生物富集系数随土壤吸附系数呈负相关关系,即生物富集系数与相应的吸附系数呈较好的负相关性。在添加竹炭的黑土中,蚯蚓的敌草隆生物富集系数随老化时间的增加而逐渐下降,且与土壤吸附系数也呈负相关关系(R0d=-0.9255、R14 d=-0.9549、R28 d=-0.9619)。
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