除草剂氯嘧磺隆长期重复投入对土壤微生物的影响

论文摘要

氯嘧磺隆是美国杜邦公司80年代开发的一种磺酰脲类除草剂,自90年代人面积使用以来,一直作为人豆田化学除草剂的主要品种来之一,主要用于大豆田防除阔叶杂草和某些莎草科杂草及少数禾本科杂草,具有杀草谱广、超高活性和高选择性等优点。但氯嘧磺隆在土壤中残留时间长,因此长期人量的重复使用会对后茬作物产生药害并严重影响农业种植结构的调整及土壤资源的合理及可持续利用。本文通过温室培养实验,系统地研究了氯嘧磺隆长期重复施用对土壤微生物种群数量、微生物呼吸、微生物群落结构和功能多样性的影响,探讨了其影响土壤生物学质量的微生物学机制。主要研究结果如下：1.建立了土壤中氯嘧磺隆的残留分析方法。土壤样品经含体积分数为1%甲酸的乙腈提取液提取、30mg PSA和150mg无水硫酸镁净化,采用超高效液相色谱串联四级杆质谱仪多离子反应监测（MRM）模式下检测,以m/z414.8>212.9定性,以m/z414.8>185.9定量。在0.01-1mg/kg添加水平范围内氯嘧磺隆的平均添加回收率在78.73-101.91%,相对标准偏差在2.83～7.43%之间。该方法对氯嘧磺隆的定量限（LOQ）为3.3μg/kg。该方法灵敏度高,操作简单,定量准确,可用于土壤中氯嘧磺隆的残留分析及大量样品的快速检测。2.在黑龙江省哈尔滨市香坊农场采集未施用过氯嘧磺隆的土壤进行温室培养实验,采集的土壤在温室中预培养10天后,添加不同浓度的氯嘧磺隆（1倍、10倍和100倍的田间推荐高剂量）,按照一年一次、一年两次、两年两次和两年四次的施药方案施药,每次施药后采集1、7、15、30、45、60、90和120天的土样,分别测定氯嘧磺隆残留量、土壤微生物基础呼吸、微生物生物量碳,微生物群落平均吸光率AWCD （BIOLOG法测定）、磷脂脂肪酸（PLFA）含量。通过连续两年,每年两次不同浓度的重复施药,研究氯嘧磺隆长期重复施用对土壤微生物的影响。长期重复施药培养实验结果表明,氯嘧磺隆在土壤中的消解动态符合一级动力学方程,在土壤中的半衰期为24.7～51.0天,长期重复施药会延长氯嘧磺隆的半衰期。微生物呼吸测定结果表明：一年两次、两年两次、两年四次施药后,氯嘧磺隆施药初期对土壤微生物基础呼吸产生显著影响,各处理与对照有显著差异,分别在60天、30天、45天后恢复至对照水平。BIOLOG生态板测定结果表明：一年两次施药后,氯嘧磺隆第不同剂量处理初期对微生物代谢活性产生显著影响,且活性高低与氯嘧磺隆浓度呈正相关,60天后与对照差异逐渐减少；两年两次施药后1-45天,在不同剂量处理下,土壤微生物AWCD值均高于对照处理,不同浓度恢复时间不一致；两年四次施药后在不同剂量处理.下,1-60天土壤微生物AWCD值均高于对照处理,90天后,处理恢复至对照。磷脂脂肪酸测定结果表明：一年两次施药后氯嘧磺隆10倍处理在1-15天PLFA总量显著高于对照,30天恢复后,又显著低于对照,1倍处理中土壤微生物PLFA总量与对照相比无显著变化；两年两次施药后不同处理,其PLFA总量低于对照,且抑制作用与浓度正相关,各处理均在60天后恢复；两年四次施药后10倍处理前15大显著低于对照,30天后恢复,1倍处理与对照无明显差异。Simpson指数和Shannon指数在整个培养过程有所变化但均会恢复到对照无差异,而McIntosh指数在100倍处理和10倍重复处理后显著升高。在施药初期微生物受到抑制,不同处理的土壤微生物量碳的含量和PLFA总量显著低于对照,而后又显著高于对照。在培养初期和后期各处理的GN/GP值与对照有显著差异,中间时期与对照变化一致。各处理的真菌与细菌的比值先高于对照后低于对照然后逐渐恢复一致。主成分分析结果表明除草剂氯嘧磺隆在100倍用量明显改变了十壤微生物的群落结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 农药的作用及我国农药产业现状
• 1.2 农药对土壤微生物影响的研究进展
• 1.2.1 土壤微生物的作用
• 1.2.2 评价农药对土壤微生物影响的主要指标
• 1.2.3 杀虫剂对土壤微生物的影响
• 1.2.4 杀菌剂对土壤微生物的影响
• 1.2.5 除草剂对土壤微生物的影响
• 1.2.6 农药长期重复使用对土壤微生物影响的研究
• 1.3 土壤微生物研究方法简述
• 1.3.1 传统的微生物平板培养法
• 1.3.2 磷脂脂肪酸分析方法
• 1.3.3 BIOLOG微平板法
• 1.3.4 基质诱导呼吸法和氯仿熏蒸法
• 1.3.5 分子生物学方法
• 1.4 本论文的研究目的和主要内容
• 1.4.1 研究的目的和意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.5 技术路线
• 2 材料与方法
• 2.1 供试材料、试剂与仪器设备
• 2.1.1 供试土壤
• 2.1.2 试验试剂
• 2.1.3 主要仪器设备
• 2.2 实验设计
• 2.2.1 温室施药培养实验
• 2.2.2 土壤样品的处理和保存
• 2.3 土壤中氯嘧磺隆残留分析方法的建立
• 2.3.1 标准溶液的配制
• 2.3.2 仪器检测条件
• 2.3.3 样品前处理方法
• 2.4 密闭容器法测定土壤微生物基础呼吸
• 2.5 氯仿薰蒸浸提法测定土壤微生物量碳
• 2.6 BIOLOG微平板法测定土壤微生物功能多样性
• 2.6.1 测定步骤
• 2.6.2 统计分析
• 2.7 磷脂脂肪酸法测定土壤微生物群落结构多样性
• 2.8 数据分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 土壤中氯嘧磺隆残留分析方法的建立
• 3.1.1 检测条件的选择
• 3.1.2 前处理方法的建立
• 3.1.3 分析方法的线性关系
• 3.1.4 方法的回收率和检出限
• 3.2 温室施药培养实验结果与分析
• 3.2.1 氯嘧磺隆一年两次施药结果与分析
• 3.2.2 氯嘧磺隆两年两次施药结果与分析
• 3.2.3 氯嘧磺隆两年四次施药结果与分析
• 4 讨论
• 4.1 土壤中氯嘧磺隆前处理方法的研究
• 4.2 氯嘧磺隆降解动态及残留量的积累
• 4.3 除草剂氯嘧磺隆对土壤微生物的影响
• 4.3.1 氯嘧磺隆对土壤微生物呼吸作用的影响
• 4.3.2 BIOLOG法测定氯嘧磺隆对土壤微生物功能多样性的影响
• 4.3.3 氯嘧磺隆对土壤微生物生物量的影响
• 4.3.4 氯嘧磺隆对土壤微生物群落结构多样性的影响
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 攻读硕士期间发表的学术论文