长残留除草剂氯嘧磺隆对土壤微生物生态的影响

论文摘要

氯嘧磺隆是20世纪80年代美国杜邦公司开发的一种磺酰脲类除草剂,其具有杀草谱广、超高活性、高选择性等特点,主要用于大豆田防除阔叶杂草和某些莎草科及禾本科杂草。该除草剂在土壤中残留时间长,属长残留除草剂,其长期大量重复使用对后茬敏感作物产生药害,严重影响了农业种植结构的调整及土壤资源的可持续利用。本文结合田间调查及室内培养实验研究了长残留除草剂氯嘧磺隆对土壤微生物种群数量、微生物群落和功能多样性及生态系统能流和碳流的影响,初步探讨了其影响土壤健康的微生物生态多样性的变化。主要研究结果如下:1.建立了土壤中氯嘧磺隆残留量检测的方法。土壤样品经0.2 mol/L的磷酸缓冲液(pH=7.8)提取、加入磷酸酸化至pH=2.5,用乙腈萃取后浓缩,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/z 414.8>212.9、m/z 414.8>120.9定性,以m/z 414.8>185.9定量。在0.1～1 mg/kg添加水平范围内氯嘧磺隆的平均添加回收率为80.52～94.11%;相对标准偏差为1.80～7.96%。该方法对氯嘧磺隆的定量限(LOQ)为5μg/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.将田间调查实验和室内培养实验相结合,研究了长残留除草剂氯嘧磺隆对土壤微生物生态的影响。(1)采集黑龙江省牡丹江和苇河两地不同施药历史的大豆田土壤,分别测定其残留量、土壤微生物生物量碳和磷脂脂肪酸含量。结果表明:两地不同施药历史的土壤中均未检测到氯嘧磺隆的残留;牡丹江和苇河地区连续施药多年的土壤中微生物量碳的含量和PLFA总量都显著低于空白对照;两地不同施药年限的土壤微生物GN/GP比值和真菌/细菌比值显著低于未施药的土壤,且随着施药年限的增加而降低;而不同施药年限土壤微生物的压力指数高于对照土壤,且存在显著差异;通过主成分分析也可以看出,两地不同施药年限的土壤微生物群落结构与未施药土壤明显不同,土壤中微生物的群落结构组成发生了改变。(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实验进一步研究氯嘧磺隆影响土壤微生物的变化情况,采集的土壤在温室中预培养10 d后,添加一定浓度(田间推荐高剂量的1倍、10倍、100倍和1000倍的浓度)的氯嘧磺隆。施药后1、7、15、30、45、60、90和120 d采集土样,分别测定氯嘧磺隆残留量、土壤微生物的基础呼吸和诱导呼吸、微生物生物量碳、BIOLOG方法测定碳源利用率和磷脂脂肪酸(PLFA)含量。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24.8~31.5 d;在施药初期土壤微生物的基础呼吸强度增强了,各处理与对照有显著差异,而整个培养过程中对诱导呼吸没有显著性影响;BIOLOG生态板测定结果显示,各处理的微生物群落平均吸光率AWCD值在初期高于对照,到45 d后明显低于对照;Simpson指数和Shannon指数在整个培养过程中与对照无差异,而McIntosh指数在前60 d低于对照,有显著差异,之后逐渐恢复到对照水平;在施药后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,到30~40 d时恢复到对照水平,60 d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。不同处理的压力指数随培养时间与对照的差异逐渐减小。主成分分析结果表明除草剂氯嘧磺隆改变了土壤微生物的群落结构,在培养过程的初期和末期各处理的土壤微生物群落结构与对照差异显著。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 本论文的研究目的和主要内容
• 1.1.1 研究的目的和意义
• 1.1.2 主要研究内容
• 1.1.3 技术路线
• 1.2 农药对土壤微生物生态的影响
• 1.2.1 农药对土壤微生物生物量的影响
• 1.2.2 农药对土壤微生物群落的影响
• 1.2.3 农药对土壤微生物呼吸作用的影响
• 1.3 土壤微生物的研究方法
• 1.3.1 传统的微生物平板培养法
• 1.3.2 BIOLOG 微平板分析方法
• 1.3.3 磷脂脂肪酸分析方法
• 1.3.4 氯仿熏蒸法和基质诱导呼吸法
• 1.3.5 分子生物学方法
• 1.4 氯嘧磺隆的特性、应用及存在的问题
• 1.4.1 品种简介
• 1.4.2 理化性质
• 1.4.3 毒性
• 1.4.4 氯嘧磺隆作用机理及使用方法
• 1.4.5 氯嘧磺隆环境行为及对后茬作物安全性
• 1.4.6 氯嘧磺隆对土壤微生物影响的研究
• 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 仪器设备
• 2.1.3 试验试剂
• 2.2 实验设计
• 2.2.1 田间调查实验
• 2.2.2 室内培养实验
• 2.3 氯嘧磺隆在土壤中的残留分析方法
• 2.3.1 标样溶液的配制
• 2.3.2 液相条件/质谱检测条件
• 2.3.3 样品前处理方法
• 2.4 土壤微生物呼吸作用的测定
• 2.4.1 土壤微生物基础呼吸的测定方法
• 2.4.2 土壤微生物底物诱导呼吸的测定方法
• 2.5 土壤微生物量碳的测定方法（氯仿薰蒸浸提法（FE））
• 2.6 土壤微生物功能多样性的测定（BIOLOG 微平板法）
• 2.6.1 测定步骤
• 2.6.2 统计分析
• 2.7 土壤微生物群落结构多样性的测定（磷脂脂肪酸法，phospholipid fatty acid，简写PLFA）
• 2.7.1 PLFA 法的步骤
• 2.7.2 数据分析
• 3 结果与分析
• 3.1 氯嘧磺隆在土壤中残留分析方法的建立
• 3.1.1 检测条件的选择
• 3.1.2 分析方法线性关系的测定
• 3.1.3 方法的回收率和检出限
• 3.2 田间调查试验结果与分析
• 3.2.1 氯嘧磺隆在土壤中的残留量
• 3.2.2 氯嘧磺隆对土壤微生物生物量的影响
• 3.2.3 PLFA 法测定氯嘧磺隆对土壤微生物群落结构的影响
• 3.3 温室实验结果与分析
• 3.3.1 氯嘧磺隆在土壤中的消解动态
• 3.3.2 氯嘧磺隆对土壤微生物呼吸作用的影响
• 3.3.3 氯嘧磺隆对土壤微生物生物量的影响
• 3.3.4 氯嘧磺隆对土壤微生物群落功能多样性的影响
• 3.3.5 氯嘧磺隆对土壤微生物群落结构多样性的影响
• 4 讨论
• 4.1 土壤中氯嘧磺隆前处理方法的研究
• 4.2 除草剂氯嘧磺隆对土壤微生物生态的影响
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士期间发表的学术论文