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农药在土壤中的降解途径范文1
关键词:蔬菜种植;农药残留;降低方法
中图分类号:S481.8
文献标识码:A
文章编号:1674-9944(2010)08-0076-02
1 引言
农药残留指的是在农业生产中施用农药后,一部分农药直接或间接残存于谷物、蔬菜、果品、畜产品、水产品中以及土壤和水体中的的微量农药原体、有毒代谢物、降解物和杂质的现象。随着社会的发展和生活质量的提高,人们越来越重视食品质量安全。但大部分农药的毒性都很大,蔬菜中普遍存在农药残留会对人体造成危害。因此,通过合理施用农药,做到切实有效地降低蔬菜中的农药残留,是蔬菜生产的必然趋势和发展方向。
2 农药残留对人体的危害
蔬菜中的农药残留来自施药后对蔬菜的直接污染和蔬菜从污染的环境中吸收的农药残余。蔬菜中的农药残留一旦超标,会直接危及人们的身体健康。如有机磷农药是一种神经毒物,会引起神经功能紊乱、震颤、精神错乱、语言失常等症状。拟除虫菊酯类农药,毒性一般较大,有蓄积性,中毒表现症状为神经系统症状和皮肤刺激症状。有机氯农药随食物等途径进入人体后,主要蓄积于脂肪组织中,其次存在于肝、肾、脾、脑和血液中。母体中的有机氯农药不仅可以从乳汁中排出,而且可以通过胎盘进入胎儿体内,引起下一生病变。同时残留农药在人体内积蓄超过一定的量度时,会导致一些慢性疾病,甚至诱发心血管疾病、糖尿病和癌症等。因此,蔬菜种植农户应加强田间管理,正确使用农药,降低蔬菜中农药的残留。
3 蔬菜种植过程中降低农药残留的方法
3.1 设置防虫网,减少农药用量
积极开展农业防治、生物防治,选用抗逆性强、耐抗病虫害、优质高产的蔬菜品种,可减少田间用药,降低农药残留。如在连作条件下,由于土壤和蔬菜关系相对稳定,容易造成相同病虫害的发生,番茄晚疫病、黄瓜枯萎病等,轮作倒茬能使一些土传病害的病菌减少在土壤中的大量积累。同时,采取有效的防虫措施,减少杀虫用药,也是降低农药残留的关键措施。防虫网是预防大田蔬菜虫害的一种新型的防虫覆盖材料,采用尼龙纤维编织而成,形似窗纱,密度为30~50目,覆盖前土壤翻耕、晒垡、消毒,采用喷雾、浇灌、拌毒土等方法,杀死土壤病菌虫卵,切断传播途径。防虫网是人工构建的屏障,将害虫拒之网外,达到防虫、防病、保菜、减少农药用量、降低农药残留的目的。
3.2 合理选择农药
在选择低农药残留基因型时,应首先考虑农药残留时间长、最大农药残留限量低的农药品种。在采用低毒、低残留农药不能扑灭病虫害的情况下,根据蔬菜品种选用中等毒性农药,尽量减少高毒农药的使用。但使用中毒农药必须注意依据病虫害类别选药,要正确区分生理性病害和侵染性病害,区别侵染性病害中的真菌性病害、细菌性病害、病毒性病害和线虫病病害。同时应注意选择药效较好、毒性相对较低的药剂,不宜随便增加浓度和施药次数。如甲胺磷是无公害蔬菜生产首要的禁用农药,曾普遍用于杀灭各类害虫。可用生物农药,如蛾蛉速杀、世纪绝杀等代替甲胺磷。氧化乐果的替代农药有扑虱蚜、乐果等。又如敌敌畏、农地乐、辛硫磷等都为蔬菜种植者可选用的低毒农药。
3.3 遵守农药安全间隔期
常用农药的安全间隔期是指最后一次施药至放牧、收获、使用农作物前的时期,自喷药到残留量降至允许残留量所需的时间。各种蔬菜的生长趋势和季节不同,且各种农药因其分解、消失的速度不同,蔬菜施用农药后的安全间隔期也有所不同。因此,正确掌握农作物的安全间隔期对降低农药残留很重要。种植中使用农药应严格按照标签说明书上的推荐用量使用,不能随意加大用药量和使用次数,避免蔬菜上的农药残留量增加。同时,不管农药稳定性多强,喷洒到蔬菜上后都会在自然条件下发生复杂的化学和生化作用,最终分解,失去毒性。因此,在给蔬菜喷药时,最后一次喷药与收获之间的时间必须大于安全间隔期,不允许在安全间隔期内收获作物。
3.4 合理轮换混配药剂
不同蔬菜种类、品种和生育阶段的耐药性有差异,长期单一地使用同一种药剂会使病原菌或害虫产生抗药性。蔬菜种植农户应根据农药毒性、病虫害发生规律,结合气候、蔬菜不同生长时期,轮换和交替使用不同的农药,有利于保持药剂的防治效果和使用年限。农药混配要做到随混随用,不能盲目将多种农药混合使用,混配后农药残留量应低于单种农药,而防治效果高于单种农药。如叶类杀虫剂在防治中与有机磷类药剂轮换交替使用,可以延长两种药剂的防治使用寿命。在杀菌剂中,内吸性杀菌剂和抗生素类杀菌剂与保护性杀菌剂轮换使用,及保护性杀菌剂与生物杀菌剂交替使用,能较好地克服病菌对药剂所产生的抗药性。但要注意有的药剂不能与碱性农药以及碱性物质混用(少数农药在与微碱性肥皂混配后,不仅不会降低药效,反而提高对害虫的杀灭作用)。
3.5 控制土壤湿度
潮湿的表层土壤在光照条件下容易形成大量的自由基,如过氧基、羟基、过氧化物和单重态氧,可以加速农药的光解。研究发现,在一定的土壤持水量范围内,随着水分含量的增高,水分能增加农药在土壤中的移动性,土壤微生物的活性相对较高,促进农药如恶唑菌酮的降解速度加快。而当土壤持水量继续增高,超过田间饱和持水量,呈淹水状态后,土壤含水量已不适合微生物生长,降解速率迅速放缓。因此在蔬菜种植过程中可以通过适当调整土壤含水量来加快农药地降解。在保护地栽培、灌溉设施齐备,通风排湿设备良好的条件下,易于将湿度控制在所需范围内。
3.6 提高农药自然降解速率
目前已经采用的农药自然降解技术和方法包括物理法、化学法等。物理法是通过翻耕土地等物理手段改变农药分布,促进微生物好氧代谢,强化土壤表面光解作用。这是因为农药在土壤中残留的主要方式是吸附,其吸附能力的强弱与土壤粘粒及有机质的种类和数量密切相关,与土壤的代换量及影响土壤代换量的诸多因素有关。当对土壤进行翻耕时,阳离子型农药与土壤有机质和粘粒矿物上的阳离子的交换作用减弱,从而弱化吸附能力,在雨水的冲刷下,可降低农药的残留。化学法是通过在土壤中增添化学物质,增强土壤表面的光解与水解,起到农药降解的催化剂作用,从而促使农药降解。其降解原理是利用农药本身的活性基团,在不破坏原化学结构的条件下,自身缩聚或与天然合成的高分子聚合物直接或间接化学结合,形成在自然界可以逐步降解的新的高分子农药。如纤维素、淀粉及其淀粉衍生物、明胶和海藻胶、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯及其衍生物聚硅醚和聚乳酸等。
3.7 改进施药机械
农户使用喷头口粗,大容量、大雾滴喷雾,使农药药液在靶标蔬菜上没有形成最佳沉积分布,药液大量流失在空气、土壤和作物中,造成蔬菜农药残留严重超标。目前小雾滴是实现高效低量喷雾的关键。在单位面积施药量相同的情况下,小雾滴覆盖密度大,但小雾滴极易受到气象条件的影响,如风速、温湿度对雾滴运动影响规律,导致蔬菜中农药的残留。因此可采用多项防飘技术,如德国研制生产出的ID防飘喷头,利用射流原理,气体从两侧小孔进入,在混合室内和药液混合,形成液包气的“小气泡”状大雾滴从喷孔中喷出,减少雾滴飘失,提高雾滴的覆盖率。单位面积下,覆盖率越大,农药利用率越高,最终减少了农药的残留。
4 结语
随着我国经济地发展,人民的生产、生活质量水平不断提高,对食品的质量水平也提出了更高的要求。无公害食品,绿色食品是食品公共安全的本质要求。因此,在蔬菜种植过程中应进一步加强农药降解机制的研究。找到适合的农药降解途径、方法及促进降解的简便可行的技术手段是今后研究的方向。
参考文献:
农药在土壤中的降解途径范文2
关键词：生物技术 环境污染 应用
引言
1.1环境保护已成为当前国际关系、经贸合作中的一个极为重要的问题，也日益严重地影响着我国国民经济的可持续发展。在我国过去几十年的经济发展中，由于忽视了发展中的环境保护，目前环境状况十分严峻。近年来虽采取了大量控制措施，但环境质量下降的趋势仍在继续。
2.1现代生物技术是应用现代生物科学以及某些工程原理，如酶工程，基因工程，微生物工程等，利用生命体（从微生物到高级动物）及其组成（含器官，组织，细胞，细胞器，基因）来发展新产品或新工艺的一种技术体系。一般认为，生物技术包括基因工程，细胞工程，酶工程和发酵工程四个方面。
2.2生物技术直接关系到与人民生活，卫生，健康密切相关的医药卫生，食品工业，化学工业，农业的发展。可以在粮食危机，能源危机，环境污染中发挥巨大的作用，并且还可以从基因的角度治愈人类的遗传病。因此，现代生物技术已经被世界各国列为重点项目。
3.现代生物技术的特点
生物是构成生态系统的要素，生态系统内物质循环主要是依靠生物过程来完成的。科技的发展也充分证明生物技术是环境保护的理想武器，这一技术在解决环境问题过程中所显示的独特功能和显着优越性充分体现在它是一个纯生态过程。生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显着优点，受到了高度重视。
目前生物技术应用于环境保护中主要是利用微生物。生物技术已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术，其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复等环境保护的各个方面，发挥着极为重要的作用。应用环境生物技术处理污染物时，最终产物大都是无毒无害的、稳定的物质，如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次转移。
利用环境生物技术可治理用其他方法难以处理的环境介质，即用生物修复技术净化环境，使受污染的宝贵资源如水资源（包括地面水和地下水）、土壤等得以重新利用，同时还可进一步强化环境的自净能力。
环境生物技术不仅单纯适用于环境污染治理，如今已相当广泛地应用于环境监测，尤其是以生物传感器为核心的环境生物监测技术，可在线在位迅速地提供环境质量参数，成为环境质量预报和报警中的重要组成部分【1】。
4.现代生物技术在环境保护中的应用
4.1污水的生物净化
污水中的有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用，从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。
4.2污染土壤的生物修复
重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物（主要是微生物、植物）作用，削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是：通过生物作用（如酶促反应）改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失。
4.3白色污染的消除
废弃塑料和农用地膜经久不化解，估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产，若再连续使用而不采取措施，十几年后不少耕地将颗粒无收，可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境，研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫【2】。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌，另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物（如：根瘤菌）中，使两者同时发挥各自的作用，将塑料和农膜迅速降解。同时，还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。
4.4化学农药污染的消除
一般情况下，使用的化学杀虫剂约80%会残留在土壤中，特别是氯代烃类农药是最难分解的，经生态系统造成滞留毒害作用。因此多年来人们一直在寻找更为安全有效的办法，而利用微生物降解农药已成为消除农药对环境污染的一个重要方面【3】。能降解农药的微生物，有的是通过矿化作用将农药逐渐分解成终产物CO2和H2O，这种降解途径彻底，一般不会带来副作用；有的是通过共代谢作用，将农药转化为可代谢的中间产物，从而从环境中消除残留农药，这种途径的降解结果比较复杂，有正面效应也有负面效应。
5.结语
著名的天文学家和生物学家，佛瑞得霍意耳（Fred Hoyle）先生曾经说过，还未解决的主要问题的答案应该由基本的假设来得到，而且同时也必须依靠经过反复尝试和检验的科学工具及方法。随着处理技术的不断发展，生物方法所能处理或修复的对象也在时刻不停地改变。为了使生物技术能满足新的发展需要。我们必须真正进行探索，并且可能以过去未曾想象到的方式来使用生物或是它们的衍生物。
参考文献
[1]孔繁翔.《环境生物学》.高等教育出版社，2000
农药在土壤中的降解途径范文3
关键词：湿地；农药；累积；净化作用
中图分类号：X592 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）08-1737-06
随着农药的广泛使用，残留农药通过各种途径进入到湿地中，如大气干湿沉降、河水的流入和农业径流等。这些残留农药会对湿地上覆水、土壤、沉积物、湿地生物和湿地周围环境产生严重的破坏作用。湿地虽然具有一定的净化能力，能够通过物理、化学和生物过程在一定程度上去除污染物[1]，但过量的农药输入会影响湿地生态系统的结构和功能[2，3]。目前，人们将人工湿地对农药的净化作为含农药污水进入下游水域之前的缓冲处理手段，很多人工湿地成为农业地表水径流和下游受纳水体系统的缓冲带，以提高地表水水质并减轻受纳水体的污染程度。因此，研究农药在湿地中的环境行为及湿地对农药的净化作用具有重要的环境意义。
1 农药在湿地生态系统中的主要环境行为及其生态效应
1.1 农药在湿地覆水中的累积
湿地中的农药类型多样。相对于高毒性、难降解、半挥发性、生物蓄积性的有机氯农药等来讲，有机磷、拟除虫菊酯类、酰胺类和三嗪类等农药则属于低毒性、易降解的农药，所以这些农药已经被开发利用并逐步替代有机氯农药。
不同种类的农药在水体中的溶解度不同，水溶性高的亲水性农药在水体中存在时间较长，并随着水流迁移。Blankenberg等[2]发现，人工湿地处理农业非点源污染退水后的农药残留率与农药的水溶性密切相关，低水溶性的疏水性农药利谷隆（Linouron）和草甘膦（Fenpropimorf）有较高的残留，而残留较低的基本上都是水溶性高的亲水性农药，如甲霜灵（Metalaxyl）。Laabs等[3]在可重复模拟控制试验条件下，对甲草胺（Alachlor）、阿特拉津（Atrazine）、毒死蜱（Chlorpyrifos）、硫丹（Endosulfan）、异丙甲草胺（Metolachlor）、丙溴磷（Profenofos）、西玛津（Simazine）和氟乐灵（Trifluralin）在潘塔纳尔（Pantanal）湿地水环境中的耗散情况进行了研究，结果表明，阿特拉津、异丙甲草胺等疏水性农药耗散慢，可视为持久性农药。与温带地区或实验室条件下农药的耗散情况作对比，Laabs等[4]发现热带地区水生生态系统中农药的持久性并不显著低于夏季的温带地区，且农药耗散没有明显加快；相比之下，这些农药在热带和温带地区土壤中的归宿却大都存在显著差异。究其原因，是由于在不同的气候条件下土壤比水生系统有更大的温差，还是由于农药在土壤中比在水面上有更强的挥发作用，这还需要进一步研究。
对于具有季节性水文周期的河流湿地而言，由于湿地周边土壤往往比较肥沃，是主要的农业用地。每当丰水期时，水流对土壤的侵蚀作用加强，农田土壤中残留的农药就会随农田地表径流进入到湿地水体中，从而导致湿地地表水体中农药含量具有明显的季节变化特征，表现为丰水期含量高于枯水期[5-7]。因此，治理湿地中赋存的有机氯农药污染时，应考虑湿地水文过程和有机氯农药输入路径的共同作用[8]。
1.2 农药在湿地土壤中的累积
进入湿地生态系统的农药除部分累积到上覆水中外，大量累积在湿地土壤中。农药在土壤中的吸附解吸作用和迁移性决定其在滨海湿地土壤中的环境行为。Mersie等[9]和Seybold等[10]的研究发现，与农田土壤相比，滨海湿地土壤对多种除草剂的吸附作用强而解吸作用弱。Weaver等[11]研究发现，除草剂阿特拉津在饱和土壤中比在淹水土壤中降解迅速，而除草剂伏草隆（Fluometuron）的快速降解则发生在饱和且持久性淹水的条件下，这可能与化学和生物的氧化还原作用有关。邵学新等[12]对西溪湿地土壤中有机氯农药六六六（HCH）和滴滴涕（DDT）的残留特征进行分析后发现，HCH在柿园、竹园、芦苇滩地、菜地和其他（如鱼塘塘基、荒地和路边地等）5种利用类型土壤中的残留差异不大，而DDT在菜地土壤中的残留明显高于其他4种类型。这种差异可能是由于西溪湿地的菜地在历史上一直种植水稻，直到近几年才改种蔬菜，而水稻土中多施用DDT[13，14]，所以即使到现在DDT在菜地中也仍有较高的残留。
1.3 农药在湿地沉积物中的累积
农药很容易富集在湿地沉积物中。一项对北非9个湖泊湿地沉积物的调查[15]显示，多数沉积物中都发现了有机氯农药的残留，但含量较低。中国太湖北部表层沉积物中也检测出多种有机氯农药残留，尽管目前尚未对生态环境构成严重威胁，但其潜在危害仍不容忽视[16]。鉴于沉积物能够累积农药，另一些研究[17，18]则利用人工湿地处理污水中的农药，效果明显。农药在沉积物中的累积同时受农药来源和湿地类型的影响[19]；上游土壤流失和区域洪水对部分农药在沉积物中的富集也有促进作用[20]。
农药在沉积物中的累积主要依靠沉积物对农药的吸附作用[21]。湿地沉积物中丰富的有机质可以作为微生物降解农药的底物，从而将氟环唑（Epoxiconazole）等农药降解成为不同于母体化合物的其他代谢产物[22]。沉积物中农药的降解与湿地通气状况密切相关，如杀虫剂拟除虫菊酯（Pyrethroids）和毒死蜱在持续干燥、有氧的条件下更容易残留，不易发生降解[23]。
1.4 农药残留在湿地生物链中的放大
农药能够在湿地生物体中富集，并且在生物链中逐级放大，甚至威胁到人类健康[24]，而人体内相当一大部分的农药残留量也是因为食用了受污染的鱼类所导致[25]。有机氯农药具有难降解、半挥发性、生物蓄积性和高毒性等特点，且在自然界中可长期存在，因此是研究比较多的一类农药。由于有机氯农药的这些特性导致其易在生物组织中积累，随后通过生物放大作用进一步进入到食物链中[26]。在印度戈莱鲁湖（Kolleru lake）湿地附近池塘中的对虾、沉积物和水体中都发现了农药残留，其中对虾中农药的残留量明显高于FAO/WHO（联合国粮农组织/世界卫生组织）推荐的人类可以食用的检测限[27]。其他地区的相关研究[28-31]也显示，在鸟类和海洋哺乳动物中发现了高浓度的有机氯农药，有机氯农药可以残留在母乳和受污染的鱼体内，并且影响甲状腺的功能。
2 湿地对农药处理的净化作用
湿地生态系统能够通过物理、化学和生物过程净化农药和营养物质等[32]，从而显著降低了农药对河流和湖泊的污染。湿地中的水流入速率、水力停留时间和有机质对污染物吸附的有效性是影响湿地水质净化能力的重要因素[33，34]。一些研究已经证明，湿地中的天然水生植被，可以通过捕获并处理农药、营养物质和沉积物之类的污染物来改善水质[35]。然而，由于全球天然湿地的数量和面积不断减少，一般情况下各国对天然湿地是予以保护的，不允许向其中排放污染物质。因此，人们越来越多地将人工湿地作为污水流入江河湖泊之前的缓冲处理手段[36]。
2.1 湿地植物对农药净化的影响
湿地植物是湿地生态系统的重要组成部分，湿地能够净化农药等污染物质的原因之一即是湿地植物的存在[21]。湿地植物对农药的去除机理包括：湿地中的大型植物有助于径流中农药的沉降，并且可以增加农药在湿地生态系统中的停留时间[37]；植物能对农药起着吸收和截留作用[38，39]，浓密的植被覆盖还可以有效地减少径流中的农药[40]；植物相对于沉积物来讲有更大的吸附作用[41，42]；大型湿地植物的存在对增加吸附的表面积和微生物的活性起着重要作用[43，44]，并有助于农药的化学代谢[45]；湿地植物分泌的有机物可以帮助缓解农药从水体向植物潜在的迁移[46]。低等植物如藻类也可以去除农业径流中的农药，减少农药对湿地生态系统的影响，但是其处理效果没有大型植物效果明显[18]。有植被覆盖的湿地在处理含农药污水方面较无植物覆盖的湿地具有明显的优势，其处理效果与农药的种类和植被的种类有关（表1）。
2.2 湿地对农药的净化效能
湿地可以有效地去除径流中的农药，达到净化水质的效果[21，47，48]。Maillard等[49]研究发现，虽然湿地多变的水流和水化学条件会影响个别农药的迁移速率，但整体上用于处理雨水的人工湿地仍然可以有效地去除农田径流中的残留农药。对于特定湿地中的特定农药而言，水力停留时间越长，湿地对农药的去除效果越好。当停留时间从8 d增加到30 d时，阿特拉津的去除效率可以从26%提高到84%[50-52]。通过汇总全球不同地区人工湿地对农药的去除率（表2）可以看出，湿地生态系统可以在一定程度上净化去除径流中的农药，且去除效率受湿地规模和农药类型等因素的影响。
2.3 湿地对农药的净化机制
尽管很多研究已经证明人工湿地可以有效地、不同程度地去除多种农药，然而，到目前为止大多数研究还都集中在研究农药的去除效率上，很少深入到农药的去除机制中。一般而言，人工湿地中净化农药的机制包括沉淀、吸附、迁移和降解等[54，55]。
沉淀作用是表面流人工湿地中去除农业污水所含农药的主要机制，而湿地间歇的水流条件和水化学特征是控制沉淀等去除机制的关键参数[56-58]。然而，湿地中瞬时变化的氧化还原条件不但可以影响各种有机污染物的去除[59，60]，同样还可以影响沉积速率、大型植物的生长和水流等外部条件[61]。
吸附作用是潜流人工湿地中阿特拉津重要的净化机制，且主要受盐度的抑制[62]。Budd等[53]研究发现，拟除虫菊酯和毒死蜱的去除率较高，而二嗪农（Diazinon）的去除效率却很低，说明沉积物颗粒对农药的吸附具有选择性。Budd等[23]又进行了进一步的研究，发现拟除虫菊酯在绝大多数情况下是伴随着颗粒物一起去除的，并且优先吸附在有机碳含量高的颗粒物上（包括黏土和更轻的植物残体等）。
湿地中农药的迁移和降解往往在农药被吸附和沉淀过程中同时发生，而农药的迁移率和降解率很大程度上取决于分子的物理化学性质[54，55]。
农药的迁移可以是物理化学的过程也可以是生物的过程，有的母体化合物在迁移时仍然不能分解，只是简单地从一种基质转移到另一种基质中[18]。有研究表明，当毒死蜱和百菌清的一级迁移速率每小时分别为0.039、0.295时，人工湿地可以有效地减少一部分雨水径流中的这两种农药[63]。
农药的降解包括光分解、化学转化和生物转化，其中微生物分解过程通常占主导地位[64]。DDTs类有机氯农药在不同的环境下降解的代谢产物不同。在厌氧条件下，DDT通过微生物降解还原脱氯转化为DDD；而在好氧条件下，DDT则主要降解为DDE[65]。
3 展望
本文总结了农药在湿地中的累积行为和湿地的净化效能与机制。国内外在湿地中农药的研究上取得了很有意义的进步，但还有待深入研究。
1）在农药的累积方面，大部分研究都集中在个别农药的短期积累或是就某一区域的调查研究，而缺少长期的研究。长期的研究可以提供更完整的数据信息，有助于更加系统地了解农药在湿地生态系统中的环境行为。
2）在湿地的净化处理方面，大部分研究都只关注到人工湿地对某种农药的去除效率，而各种环境因素对去除效率的影响研究较少；以前的研究大部分还集中在小范围的试验阶段，没有广泛地应用到实际中去，对农药繁琐而复杂的降解机制研究的很有限。以往主要集中在对吸附作用的研究上，其他过程研究的比较少。所以，有必要对其他过程进行更深入研究，如植物根系和微生物膜共同作用对农药的降解机理等。对湿地净化农药机制的研究有助于人们控制天然湿地中的农药污染，并进一步利用人工湿地净化污水中含有的残留农药。
3）不同植物对不同种类的农药去除效果不同，且植物的生长还具有一定的区域性。因此，还需要对人工湿地中植物去除农药的长期过程进行驯化研究，从而找出适合处理不同类型农药的植物种类。鉴于藻类等低等植物生长迅速、繁殖快、生命周期短，研究低等植物对农药的吸收净化作用也是今后研究的一个方向。
4）农业生产中施用农药的同时往往还施用化肥，农业污水中除了含有高浓度的农药之外，还含有氮、磷等营养物质和钠、钾、硫等无机盐。由于农药和营养物质、无机盐类存在较为复杂的相互作用，因此今后还应加强湿地对农业生产中实际发生的复合污染的净化研究。
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农药在土壤中的降解途径范文4
关键词：根际环境；污染土壤；根系；根系分泌物；细菌；菌根真菌；土壤动物
1引言
根际环境是指以植物根系为中心，所形成的含有大量微生物、土壤动物、植物根系及其分泌物，在物理学、化学、生物学特性上而不同于周围土体的微区域环境。根际环境内土壤的重要特征之一就是富有大量的生物，其微生物和原生动物的数量比非根际土壤要多得多.[1]。根际环境内土壤生物学特性在很大程度上取决于植物根系分泌物的性质，一些研究结果表明：根际土壤微生物活性及其群落结构随植物生长发育而变化，对根系生长发育、营养产生很大的影响.[2，3]。正是由于根际环境内这些特殊的特性存在使得污染物在根际环境内表现出特殊的化学行为。
作为植物根系生长的真实土壤环境，根际环境在对污染土壤修复中的作用也不容忽视。近年来重金属和有机污染物对动物、植物及人类的直接的和潜在危害以及被污染环境的综合治理已成为社会各界关注的焦点。生物修复已成为污染生态学和环境生态学研究的热点。存在于土壤中的污染物首先通过根际环境与植物相接触，进而通过植物和根际环境内的生物来降解这些污染物质。根际环境内植物的根及其分泌物和微生物、土壤动物的新陈代谢活动对污染物产生吸收、吸附、降解等一系列活动，在污染土壤修复中起着重要作用.[4]。基于此，本文着重从植物根系和根系分泌物、微生物（细菌、菌根真菌）和土壤动物等方面进行概述，总结了它们在根际环境内对污染土壤修复的重要意义。
2根际环境内植物根系及其分泌物对污染土壤的修复作用
植物根系是土壤食物网的主要基质和能量来源之一，驱动土壤生物、化学和物理过程.[5]。植物根系如同一张“过滤网”，使通过的重金属得到固定并吸附于土壤表面，从而降低重金属在土壤中的生物有效态，达到减轻重金属污染的效果.[6]。植物根系是植物吸收营养物质的重要途径之一，因而也成为污染物质进入植物体内的重要路径。利用植物根系修复污染物正是应用了根系这种“提取能力”，对于富集在植物体内的污染物，通过植物自身的挥发和人为对地上部分的收获达到修复的目的。
2.1植物根系分泌物对重金属污染土壤的修复
植物根系分泌物是植物在生长过程中，根系向生长介质分泌质子和大量有机物质的总称。Mench等的研究表明，根系分泌物各组分（粘胶、高分子、低分子分泌物）均可与重金属发生络合作用，高分子与低分子的络合物可能有助于重金属向根表的迁移，而粘胶包裹在根尖表面，可认为是重金属向根迁移的“过滤器”.[7]。
根系分泌物主要通过活化、螯合、还原等作用来降低根际环境内重金属的有效性和毒性。此外，根分泌物被根际微生物利用，使根际土壤的氧化还原低于非根际土，从而改变根际土壤中变价重金属如Cr、Cu等的形态及有效性.[9]。在重金属等环境胁迫下，植物通过调节根分泌物的成分使根际环境更好的与外界环境相适应。如在铝胁迫下，耐铝植物可通过分泌有机酸，以缓解铝的毒害.[10]。另外，根系分泌物及其分解程度均影响土壤中重金属的吸附-解吸特性，植物根系分泌的新鲜分泌物可减少土壤对重金属的吸附，提高其扩散性 .[11]。
2.2植物根系分泌物对有机物污染土壤的修复
根系分泌物对污染物的降解主要通过酶系统的直接降解和增加微生物的数量和提高其活性的间接降解.[12]。前一种途径已被一些研究所证实，如有毒有机物在外酶的作用下分解为低毒的形态、磷酸酶可降解有机磷杀虫剂 .[13]、植物死亡后释放到土壤环境中的酶还可以继续发挥分解作用。其中尤其植物特有酶对多环芳烃的降解为根际修复的潜力提供了强有力的证据.[14]。根系分泌物通过影响根际土壤中微生物数量和活性来实现有机污染物的修复是主要途径。
3根际环境内微生物对污染土壤的修复作用
根际微生物通常是指细菌、放线菌和真菌（尤以菌根真菌为主）几大类。根际环境内的微生物对污染物具有多种修复手段，有的以污染物为碳源和能源，有的与污染物共代谢，通过代谢过程，这些离子可被沉淀或被螯合在可溶或不溶性生物多聚物上.[15]，进而达到对根际环境内污染土壤修复作用。
3.1根际环境内微生物对重金属污染土壤的修复
细菌对重金属污染土壤的修复主要表现在吸附能力上。尤其集中在汞、铬（Hg、Cr）等方面的研究上，证实了可以降低重金属可移动性和生物有效性，从而对污染土壤起到修复作用。根际环境内有独特的氧化还原电势与溶解氧水平，也为污染物的挥发和还原提供了条件。例如，土壤细菌对无机与有机汞化合物的还原与挥发；铬酸盐的还原与亚砷酸盐的氧化.[16，17]。另外，细菌为了生存在寻找碳源和能源的过程中就会形成一种进化优势——趋化性。细菌趋化性在根际环境内污染土壤的生物修复过程中发挥重要的作用，例如，趋化性可以使降解菌株与污染物紧密接触，解决污染物的生物可利用问题.[18]。
关于菌根真菌对重金属的相对独立吸收作用很早就已经有了研究。如，Cooper和Tinker.[19]采用能区分根系和菌丝的装置，利用同位素示踪技术，演示了内生菌根菌丝吸收、累积和移动.65Zn的过程，表明了菌丝本身能够吸收重金属，这可能促进了根系对重金属的吸收能力。此外，外生菌根真菌还具有它独特的特点——屏障作用，因菌套的形成而较为明显，对重金属起了物理阻碍作用，阻止重金属向植物体内转移.[4]。另外，菌根真菌还通过屏障、螯合以及菌根根际效应来影响微生物活性.[20]等作用，进一步促进污染物的降解和转化。
3.2根际环境内微生物对有机物污染土壤的修复
根际环境内的细菌除了对无机污染物具有独特的降解之外，也对大多数有机污染物进行降解。它们除直接的代谢活动外，还能以根分泌物和根际内有机质为主要营养源，从而具有根际环境外细菌所不具有的降解特点.[4]。Ortega-Calvo等人首次评价了根际环境内细菌的趋化性使根际内降解性细菌数量增加，提高了污染物的生物可利用性，促进了根际内多环芳烃的降解.[21]。
菌根真菌作为根际环境内根系与土壤相接触的重要媒介，在促进有机污染物的降解和转化、促进污染土壤中植物的生长、有机污染土壤的生物修复等方面具有积极的作用.[22]。研究表明，受菌根接种的植物根系对农药的污染有很强的耐受力，菌根通过吸收、积累以及分泌物对农药进行分解、挥发等一系列的作用降低了有机农药的毒害。林先贵等.[23]研究发现了接种VA菌根真菌后，白三叶草的菌根侵染率、生长量和对N、P 元素的吸收量都高于不接种的对照植株。王曙光等.[24]也进一步揭示了 AM真菌的菌丝在酞酸酯的降解和转移过程中起了某些特殊的作用。在对外生菌根真菌的众多研究中，均揭示了其对有机除草剂的降解吸收作用。
4根际环境内土壤动物对污染土壤的修复
目前对于土壤动物修复的概念还没有准确统一的定义。据大量研究表明土壤动物修复技术是利用土壤动物对污染物进行机械破碎、分解、消化和富集以及在土壤中进行的翻耕和穿插等活动影响污染物的迁移和分布，并通过肠道排放的微生物及分泌的酶而使污染物降低或消除的一种生物修复技术.[25]。土壤动物作为土壤中的一份子，它们的活动、生长以及繁殖都与土壤的理化性质息息相关，尤其生活在根际环境内的土壤动物对有机物污染物的机械破碎和分解具有重要的作用。与此同时，大量的肠道微生物及分泌的酶也转移到土壤中来，它们与根际环境内土著微生物一起通过吸收、降解等方式使得污染物浓度降低或消失。
土壤动物生活在土壤环境内，作为土壤污染的一个评价指标.[26]，因此它在一定程度上能够反映土壤的污染状况。在土壤中添加有机氯培养蚯蚓试验中，谢文明.[27]等发现蚯蚓对所加的有机氯农药的富集作用明显。蚯蚓不但富集了重金属，还可以改良土壤，保持土壤的肥力。将蚯蚓应用于污染土壤生态系统的恢复，甚至应用于强化污染土壤生态系统的修复，具有一定的发展潜力，在实际应用当中也有较大的可行性。
除了以捕食和代谢分泌为基础的假说外，土壤动物对微生物群落结构、土壤有机碳、根系生长及植物群落等的影响也将对根际生物修复产生深远的反馈作用.[28]。在今后的研究中应加大土壤动物其它种类，如甲螨、线虫、跳虫等微型和中型土壤动物对土壤污染修复作用研究。
5结语
根际环境内除了上述的生物种群外，还有很多微生物及土壤动物类群，而对于它们在根际污染土壤中修复作用研究的较少。土壤遭受污染是一个十分复杂的过程，不存在相对单一的污染物，几乎都是多种污染物综合污染的结果。生物修复体系中任何单一生物体一般都不具备降解复合污染物整体能力，因此，生物联合修复是必须采用的。修复过程中可以充分发挥各有机体及相互结合产生的修复作用。随着科技的进步根际环境内污染土壤的生物修复技术已经取得很大的发展，但由于受到区域生物特性以及自然环境的限制，还存在着许多局限性。
（1）土壤中根系的形态和根系的构型在污染土壤中的修复作用研究的很少，应加强不同土壤层中根系修复作用的研究。
（2）由于根际环境是动态的、复杂的系统，在营养及重金属等的胁迫条件下，根系分泌物产生的机制以及影响根际环境中其它组成成分的机理需要进一步的研究。
（3）对于轻度污染的土壤，污染物浓度没有达到生物降解的最低含量，迫使生物无法发挥其正常的降解功能，鉴于此，微生物对污染物最低量的降解反应能否进行定量的研究。
（4）微生物对根际内污染土壤的修复受多种因素的影响，如菌株的生存条件、营养条件以及菌株的呼吸活性等，而从这一视角研究的比较少。
（5）土壤动物在对根际内污染土壤修复中的研究报道的很少，大部分都是集中于蚯蚓的修复作用，而应加强对土壤动物其它种类，如甲螨、线虫等微型和中型土壤动物对土壤污染修复作用研究。随着科学技术的发展和对实验条件进一步的精确模拟，很多新的技术和理论也得到了很大的发展，如，分子生物学技术、基因工程理论、重新组建微生物的遗传性状、筛选具有降解多种污染物且降解效率更高的优良菌株及酶系，显然已经成为污染土壤修复研究的热点。通过对以上内容的深入研究，必将促进生物修复技术从实验室走向大田生产应用。
2012年11月绿色科技第11期致谢：感谢在论文的写作过程中由导师朱永恒提供的指导和帮助。
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农药在土壤中的降解途径范文5
我国研发的具有自主产权的高效磺酰脲类除草剂有南开大学开发的单嘧磺隆和湖南化工研究院开发的甲硫嘧磺隆。
1、作用特点
1.1 作用机理
磺酰脲类除草剂属乙酰乳酸合成酶（acetolactate synthase，ALS）/乙酸羟酸合成酶（acetohydroxyacid synthase，AHAS） 抑制剂，为内吸传导型除草剂，通过抑制植物（杂草）的ALS/AHAS，阻止支链氨基酸如缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸的生物合成，破坏蛋白质的合成，干扰DNA 合成及细胞分裂与生长，最终导致植物（杂草）死亡。其基本结构由3部分组成：活性基团、疏水基团芳基和桥（兼电子传递基团）。磺酰脲类除草剂易被植物的根、叶吸收，在木质部和韧皮部传导，其作用靶标即乙酰乳酸合成酶。
1.2 药剂特点
磺酰脲类除草剂的活性极高，用量极低，常规施用量仅为2～75g/hm2，因而被称为超高效除草剂，效果为传统除草剂的100～1000倍。磺酰脲类除草剂容易在土壤中发生化学水解和微生物降解，又由于动物体内缺乏支链氨基酸（缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸）的生物合成途径，以抑制此类氨基酸生物合成作为靶标的除草剂，对动物的安全性高，因此，磺酰脲类除草剂对哺乳动物毒性低，对人及牲畜安全。此类除草剂产品能够有效地防除阔叶杂草，有些产品对禾本科杂草也有较好的除草效果。
磺酰脲类除草剂对杂草的防除有一定选择性，不同植物对除草剂的代谢能力、代谢途径和降解水平差异很大，表现出的敏感度不一样。在实际使用中，该类除草剂的施药时间范围较宽，芽前、芽后处理均有效，也便于和其他除草剂复配成制剂使用，以拓展杀草谱。
2、 应用中存在的问题
目前，对于磺酰脲类除草剂的作用方式及在土壤中的环境行为方面，国内外有较多研究，研究发现在其应用过程中仍存在一些问题。
2.1 长残留药害
磺酰脲类除草剂自问世以来，为农业生产作出了巨大的贡献，但在其使用过程中也遇到一些问题，最突出的就是一些品种对后茬作物的长残留药害。主要原因是磺酰脲类除草剂不易挥发、不易光解，并且其半衰期会随土壤pH 上升而延长。它们在土壤中的降解主要是通过水解和微生物降解作用。土壤pH与温度是影响磺酰脲类除草剂水解速度的主要因素。研究表明，碱性土壤中化学水解作用最慢，相当于使用量1%～20%的除草剂会长期残留在土壤中，对后茬敏感作物产生药害，残留影响可延续到施药后2～3 年。
2.2 抗药性
杂草对磺酰脲类除草剂的抗性机制分为两种：
①靶标ALS基因突变。控制杂草对磺酰脲类除草剂抗性的ALS基因突变已在对地肤的研究中得以证实。②非靶标抗性。杂草对除草剂的非靶标抗性机制包括植物（杂草）吸收除草剂后在体内迅速解毒而使除草剂丧失活性，以及限制除草剂到达作用部位。对于作用靶标单一而专化的磺酰脲类除草剂来说，这种非靶标抗性较为少见。
3、开发与应用前景
针对磺酰脲类除草剂，在进行产品开发时，要注重产品的安全性和使用技术的成熟度。登记田间药效应按农药田间药效准则设计试验，规范喷洒，全面、准确地评价产品的安全性，要有倍量试验，还要特别重视长残效除草剂对后茬敏感作物的安全性评价。
对于新剂型的研究，重点是开发一些安全性好，使用方便的新剂型，如水性剂型，悬浮剂、干悬浮剂、
缓释剂、水分散粒剂以及无芳烃类溶剂的微乳剂等，
农药在土壤中的降解途径范文6
【关键词】 有机污染 植物修复 修复机理
在中国部分地区，因工业废水、大气降尘、石油开采和农药造成的土壤有机物污染相当严重[1]。植物修复技术具有成本低、环境友好和可再利用等特点，是一种非常有前途的环境污染原位治理途径。某些植物具有强耐受性和高积累量，可以得到更好的土壤修复效果[2]。
1 植物修复技术概念和类型
1.1 概念
植物修复技术（phytoremediation）是利用植物的独特功能，与根际微生物协同作用，发挥生物修复的更大功能[3]，进而使污染土壤得以修复和消除[4]。熊建平等研究发现水稻田改种苎麻后，极大缩短了汞污染土壤恢复到其背景值水平的时间[1]。
1.2 基本类型
（1）植物提取（phytoextraction）：即通过超积累植物对有机污染物的富集作用，达到去除土壤污染物的作用。
（2）植物降解（phytodegradation）：利用植物的代谢作用及与其共生的微生物活动来降解有机污染物。
（3）植物固定（phytostabilization）：利用植物根系的吸附作用来减少环境中污染物的生物可获得性。
（4）植物挥发（phytovolatilization）：通过植物对有机污染物的吸收和转化作用，最终将其挥发到空气中。
2 植物修复机理
（1）植物对有机污染物的直接吸收。被植物吸收的有机化合物有多种去向：植物分解，通过木质化作用将其转化为植物体的组成部分；转化成无毒性的中间代物产物，储存于植物体内；完全被降解，最终转化成二氧化碳和水[5，6]，从而达到去除有机污染物的目的。
（2）根际生物降解作用。根际是受植物根系活动影响的一个微区，也是植物一土壤一微生物与其环境条件相互作用的场所。根分泌物不仅能提高已存微生物的数量和活性，而且能选择性地影响微生物生长，使根际不同微生物的相对丰度发生改变，从而有利于根际的有机污染物的降解[9]。
研究表明植物根际的微生物数量比非根际区高几十倍，甚至几百倍，微生物的代谢活性也比原土体高，从而提高有机污染物的降解效率[10]。
（3）植物根部分泌的酶可催化降解有机污染物。植物根系分泌的酶可直接降解有关污染物，致使有机污染物从土壤中的解吸和质量转移成为限速步骤[7]，植物死亡后酶释放回到环境中，可以继续发挥分解作用。
美国佐治亚州Athens的EPA实验室从淡水的沉积物中鉴定出脱卤酸硝酸还原酶、过氧化物酶、漆酶和腈水解酶等五种酶，这些酶均来自植物。有研究表明，硝酸盐还原酶和漆酶可降解军火废物如TNT（2，4，6一三硝基甲苯），使之成为无毒物质[8]。
3 植物修复的应用与展望
植物修复技术较常规的重金属污染治理技术已显示出显著的生态、经济和社会效益，具有广阔的应用前景。植物修复可用于石油化工污染、炸药废物、燃料泄漏、氯代溶剂、填埋淋溶液和农药等有机污染物的治理，通常采用植物修复和其他清除方法结合使用。每个清除点需要种植不同的植物联合发挥作用，如苜蓿根系深、有固氮能力，杨树和柳树栽种广泛、耐涝而生长迅速，黑麦和野草生长浓密覆盖力强，可以根据不同植物不同的特点搭配使用。
植物修复是一种有效的土壤污染处理方法，它与其根际微生物共同发挥着分解、富集和稳定污染物的作用。土壤污染植物修复技术是一项非常有前途的新技术，与其它修复技术相比，费用较低，适合在发展中国家发展。虽然我国在超累积植物研究方面还处在起步阶段，但是从己经取得的成果表明，我国科学家有能力开发一批适合我国国情的植物修复技术，建立自主知识产权的植物修复技术。可以预料，植物修复将成为一种泛应用、环境良好和经济有效的修复技术。
在我国，植物修复技术起步较晚，在理论体系、修复机理和修复技术上还有许多不完善、不成熟的地方，有许多基础理论研究和应用实践工作要开展。
参考文献：
[1]高拯民.土壤一植物污染生态研究[M].北京：中国科学技术出版牡，1986.
[2]Newman L A，Reynolds C M.Phytodegradation of organic compounds[J].Current Opinion in Biotechnology， 2004，15（3）：225-230.
[3]骆永明.金属污染土壤的植物修复[J].土壤，1999，31（5）：261-265.
[4]Anderson T A， Guthrie E A， Walton B T. Bioremediation in the rhizosphere[J].Environmental Science & Technology， 1993，27（13）：2630-2636.
[5]Alkorta I， Garbisu C. Phytoremediation of organic contaminants in soils[J]. Bioresource Technology，2001，79（3）：273-276.
[6]Macek T， Mackova M， Ká J. Exploitation of plants for the removal of organics in environmental remediation[J].Biotechnology advances， 2000，18（1）：23-34.
[7]丁克强，骆永明.生物修复石油污染土壤[J].土壤，2001，33（4）：179-184.
[8]刘世亮，骆永明，丁克强，等.土壤中有机污染物的植物修复研究进展[J].土壤，2003，35（3）：187-192.
