根际土壤中甲磺隆除草剂快速降解及其生态化学机制

论文摘要

甲磺隆等磺酰脲类除草剂通常用于麦类等作物的阔叶杂草防治,是当今除草剂的重要种类,但其极低残留便可污染土壤,且影响后茬作物的安全性。因此,研究这类除草剂在土壤中的降解途径及其生态化学机制,对合理用药、减轻农药危害、提高土壤和水体环境质量以及保证农业可持续发展等都有重要的理论和实践意义。本研究结合土壤环境化学和环境生物技术的研究方法,从环境生态界面的角度较系统地研究了以磺酰脲类除草剂甲磺隆为代表的有机毒物在根际微生态系统中的快速降解及其生态化学机制,提出了受有机毒物污染土壤的原位植物-真菌联合修复技术。主要结论如下: （1）研究了以甲磺隆为代表的磺酰脲类除草剂对我国南方稻麦轮作区小麦（Triticum aestivum L.）根际与非根际土壤中各微生物区系种群数量和酶活性的影响。结果表明,在2μg·g-1甲磺隆浓度的胁迫下,普通细菌受到了显著抑制（P<0.01）,耐受细菌在前30天也显著性地受到影响,但随着根际效应的加强而逐渐减弱。甲磺隆胁迫下普通真菌的数量变化不大,但耐受真菌数量上升明显,处理根际与非根际土壤中耐受真菌数量与对照相比30天后即达到1%的显著水平。放线菌是甲磺隆胁迫下的劣势菌,至第30天处理非根际土壤中甲磺隆对普通放线菌的抑制率高达90%,耐受放线菌甚至已检测不到,可以作为甲磺隆除草剂残留污染土壤生态环境效应的评价指标。至培养结束甲磺隆胁迫下三大类群微生物区系中真菌的相对数量略有下降,说明土壤性质并未明显降低,且对甲磺隆毒害的响应依次为放线菌>细菌>真菌。甲磺隆驯化以及作物根系生长的协同作用,共同促进了芳香族化合物分解菌的生长和繁殖,这为利用植物和微生物联合修复受芳香族化合物污染的土壤提供了理论依据。氮素转化生理群区系中固氮菌对甲磺隆不敏感;亚硝化菌和反硝化菌受毒害严重,但小麦根系的生长仍然可在一定程度上缓冲甲磺隆的抑制作用。硫化菌和反硫化细菌等硫素转化生理群区系的生长也受到了甲磺隆的强烈抑制,根际效应也很明显。污染土壤中过氧化氢酶、多酚氧化酶和脱氢酶等氧化还原酶的活性均表现为下降的趋势,都不同程度地受到了甲磺隆的抑制作用,同时根际土壤中氧化还原酶活性显著高于相应非根际土壤。土壤微生物特征总体差异主成分分析表明,甲磺隆对微生物的正常生长影响较大,但是随着培养的进行逐渐趋于缓和,这可能与其在土壤中的降解也有关,另外也可见根际微生物活性始终高于非根际土壤,表明了小麦根际对甲磺隆的

论文目录

• 图表索引
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1 农药微生物降解研究进展
• 1.1 农药污染概况
• 1.2 降解农药的微生物
• 1.3 微生物降解农药的机理
• 1.4 农药污染土壤的微生物修复
• 1.5 土壤中农药微生物降解（修复）的影响因素
• 1.6 污染土壤中农药微生物降解展望
• 2 根际生态系统的生物化学过程与农药降解
• 2.1 根际pH和Eh状况
• 2.2 根系分泌物
• 2.3 有机农药的根际降解
• 2.4 农药根际降解研究展望
• 3 磺酰脲类除草剂在环境中迁移转化
• 3.1 磺酰脲类除草剂的基本特性
• 3.2 磺酰脲类除草剂在土壤中的环境行为
• 4 本研究的内容及技术路线
• 第二章 甲磺隆胁迫下根际微生物区系动态
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.3 测定方法
• 2.4 数据处理与分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 三大微生物区系的动态变化
• 3.2 特殊意义微生物生理群区系的动态变化
• 3.3 氧化还原酶活性动态变化
• 3.4 土壤微生物特征总体差异分析
• 4 小结
• 第三章 驯化根际土壤中甲磺隆生物降解潜力
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 试验方法
• 2.3 测定方法
• 2.4 数据处理与分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 土壤中甲磺隆降解动力学
• 3.2 小麦根际对甲磺隆降解的影响
• 3.3 土壤微生物驯化对甲磺隆降解的影响
• 3.4 甲磺隆浓度对其自身降解的影响
• 4 小结
• 第四章 甲磺隆高效降解菌的筛选及其降解特性
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 甲磺隆降解菌的分离
• 2.3 高效降解菌的筛选
• 2.4 筛选菌株的鉴定
• 2.5 最适降解条件确定
• 2.6 筛选菌株的共基质降解
• 2.7 数据处理与分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 甲磺隆降解菌的分离和筛选
• 3.2 筛选高效菌株的鉴定
• 3.3 不同因子对Penicillium sp.降解甲磺隆的影响
• 3.4 纯培养下甲磺隆降解及其动力学
• 3.5 甲磺隆的共基质降解
• 4 小结
• 第五章 甲磺隆胁迫下小麦根系生理生态研究
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 根系分泌物组分测定
• 2.3 根系形态及生理动态试验
• 2.4 甲磺隆浓度响应试验
• 2.5 分泌时间响应试验
• 2.6 根尖细胞透射电镜观察试验
• 2.7 数据处理与统计分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 小麦根系分泌物组分
• 3.2 甲磺隆胁迫下小麦根系形态差异和生理动态
• 3.3 根系分泌物各组分对甲磺隆浓度的响应
• 3.4 根系分泌物各组分对甲磺隆胁迫的分泌时间响应
• 3.5 甲磺隆胁迫下根尖细胞的变化
• 4 小结
• 第六章 根际生态系统中甲磺隆的快速降解模式构建
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.3 测定方法
• 2.4 数据处理与统计分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 根系分泌物组分
• 3.2 微生物生长动态
• 3.3 甲磺隆降解动态
• 3.4 可持续性研究
• 3.5 根系分泌物在有机污染清除中的作用探讨
• 4 小结
• 第七章 结论与展望
• 1 结论
• 2 创新点
• 3 展望
• 参考文献
• 攻读博士期间发表（撰写）论文
• 所获奖励