草萘胺对土壤环境的影响以及农药多残留分析方法研究

摘要

草萘胺（napropamide）是一种酰胺类的高效广谱除草剂，主要用于防治一年生单子叶杂草和部分阔叶杂草。由于其广谱活性，已在世界范围内的许多国家登记使用，可单独或者与其它农药如利谷隆、西玛津等混合使用，应用于多种水果、蔬菜和农作物上。由于草萘胺在土壤中相对较长的持效期，其在土壤环境中残留问题也引起了广泛关注。然而，关于草萘胺在土壤中的行为以及对土壤微生物影响的报道很少.为此，我们通过室内模拟实验，并应用分子生物学研究方法，对草萘胺在土壤中残留的环境效应进行了较为系统的研究和评价。论文的主要内容如下：
　　 建立了草萘胺在土壤和水中的高效液相色谱和气相色谱-质谱联用的残留检测方法，并对不同提取方法进行了比较。结果表明，土样和水样最佳提取方法分别为超声提取和液液萃取；HPLC和GC-MS均具有操作简便、灵敏度高、回收率较理想、重复性好等特点。
　　 研究了草萘胺在不同土壤中的降解行为。结果表明，草萘胺在三种不同类型土壤中的降解，以黑土最快，黄棕壤最慢。在15～35℃温度范围内，草萘胺降解速率随着温度升高而增加，而25～35℃草萘胺降解速率增加不明显。土壤有机质含量与草萘胺降解半衰期表现出良好的相关性，其相关系数为0.9794，而pH值和CEC等与草萘胺半衰期之间的相关性却很小，说明土壤有机质含量是影响草萘胺降解的最主要因素。土壤中草萘胺的灭菌和未灭菌降解动力学实验表明，灭菌土壤其半衰期远大于未灭菌土壤，草萘胺在土壤中的降解可能与土壤微生物有关。通过GC-MS对草萘胺降解产物进行分析，发现草萘胺在土壤中可能的降解途径是脱烷基和脱二乙氧基，降解产物可能为N-甲基-N-乙基-2-（1-萘氧基）丙酰胺、N-乙基-2-（1-萘氧基）丙酰胺和萘氧乙酰基。
　　 草萘胺在土壤中的吸附行为及其光谱学研究结果表明，草萘胺在黄棕壤、砖红壤和黑土上的吸附等温线可用Freundlich方程较好的描述，吸附系数（Kf）分别为1.29、3.43和13.36，吸附反应偏摩尔自由能变化值（F）分别为1328.7、1964.5和3296.0 Jmol-1，而吸附自由能分别为11.24、10.43和10.58 KJ mol-1，因均小于40KJ mor-1，说明草萘胺在三种土壤上的吸附以物理作用为主，吸附机理可能是氢键、疏水作用、配位键结合和范德华力等作用.草萘胺的有机质吸附常数（KOM）在6686.15～9214.28间，表明其在土壤中只有很弱的移动性。将草萘胺在土壤中的吸附系数Kf值与土壤有机质含量、pH值、阳离子交换量和土壤粘粒进行相关性研究，发现草萘胺在三种土壤上的吸附只与土壤有机质含量密切相关，且吸附系数Kf值与土壤有机质含量间呈显著正相关，厨与OM％间满足关系式：Kf=0.7055OM％+0.0861，r=0.9992.紫外光谱扫描发现相同浓度的三种土壤DOM紫外吸收峰强度差别很大，黑土DOM的吸收最强，黄棕壤DOM吸收最弱，砖红壤居中。三种土壤DOM吸光值的显著差异与三种土壤对草萘胺的吸附能力大小一致，进一步证实了黑土中含有更多能与草萘胺键合的官能团，从而增加了对草萘胺的吸附作用；三种土壤的红外光谱图表明三种土壤均含有一些相同的官能团，但相同位置吸收峰强度有较大差异。三种土壤的拟合红外光谱图分析结果与三种土壤DOM紫外光谱结果相一致，也进一步证实了三种土壤对草萘胺吸附容量的差异是黑土>砖红壤>黄棕壤。
　　 采用室内模拟试验研究了草萘胺对土壤微生物生物量、呼吸强度和土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和脱氢酶活性的影响。结果发现草萘胺对土壤微生物生物量碳和氮都具有抑制作用，并且抑制作用趋势相似。土壤呼吸强度表现为先激活后抑制的总体趋势，处理后0～7 d，不同处理浓度的草萘胺对土壤微生物呼吸都有不同程度的激活作用，并且在2～20 mg kg-1浓度范围内，激活作用与草萘胺施用浓度成正比，即CO2释放量随着草萘胺浓度的增大而增加，但在随后培养时间7～42d，与对照相比各处理土样的呼吸作用都受到抑制，特别是处理后28～42d，各处理浓度对土壤呼吸均产生很强的抑制作用。培养56 d CO2释放总量以80 mg kg-1干土处理最低，而低浓度处理（2～20 mg kg-1）对土壤微生物呼吸作用影响差异不显著（P>0.05），CO2释放总量与对照相近。草萘胺对三种土壤中脲酶活性都具有抑制作用，并且在整个培养过程中黄棕壤和砖红壤的各浓度处理与对照间差异显著（P<0.05）。草萘胺对三种土壤中蔗糖酶活性影响与脲酶相似，三种土壤中不同取样时间各浓度处理和对照间均存在显著差异，并且黄棕壤培养第7 d时，抑制程度随草萘胺施用浓度的增加而增加，表现出良好的相关性（r=0.8480）。三种土壤中过氧化氢酶和脱氢酶活性随培养时间的延长呈不规则的波动，尽管大多数情况下草萘胺处理与酶活性间无剂量效应关系，但在黄棕壤处理第7 d时，过氧化氢酶活性随草萘胺浓度增加而增加（r=0.9796）.
　　 根据草萘胺对黄棕壤酶活性影响变化趋势，以变化显著的7 d和14 d的为取样时间，运用DGGE分子指纹技术，对草萘胺污染条件下土壤微生物种群的基因多样性进行了初步研究。通过对不同培养时间、不同浓度草萘胺污染下土壤微生物进行DGGE基因多样性的分子指纹图谱分析，发现随着培养时间不同，草萘胺处理的土壤微生物基因多样性出现了一定的差异。培养第7d时，各处理条带数均多于对照，草萘胺处理与对照间相似性良好，相似性大于90％，说明处理和对照间菌群结构具有较高的一致性，并且培养初期草萘胺促进了某些细菌的生长，微生物种群丰富度有一定程度的增加，这可能与草萘胺处理7 d时土壤酶活性增加具有一定相关性。与培养7 d相比，当培养14 d时，土壤微生物种群发生了较大变化，优势条带增加，处理与对照间相似性下降，低于40％；说明草萘胺的施用后随着培养时间的延长对土壤微生物具有较大影响，对照和处理之间菌群结构发生较大变化。
　　 建立了中药材丹参、菊花和生鲜牛乳中农药多残留分析方法，中药材丹参、菊花和生鲜牛乳分别以丙酮和石油醚，丙酮和乙腈混合溶剂提取，固相萃取法净化、富集，SPB-5弹性石英毛细管柱程序升温条件下分离样品，电子捕获检测器检测农药多残留量，结果表明方法的准确度、精确度均能满足农药多残留分析的要求。

目录

文摘

英文文摘

术语和缩略表

第一章 文献综述

1 我国农药工业概况

2 酰胺类除草剂在土壤中的行为

2.1 除草剂草萘胺的基本特点

2.2 酰胺类除草剂在土壤中的行为

3 农药对土壤微生物活性的影响

3.1 农药对土壤微生物生物量的影响

3.2 农药对土壤呼吸作用的影响

3.3 农药对土壤酶活性的影响

4 农药对土壤微生物群落结构的影响

4.1 土壤微生物群落结构的概念

4.2 土壤微生物群落结构研究方法

4.3 DGGE方法在土壤微生物群落研究中的应用

5 农药多残留分析方法研究进展

5.1 农药多残留分析的前处理技术

5.2 农药多残留分析的检测方法

6 本论文的研究目的和研究内容

参考文献

第一部分 草萘胺对土壤环境的影响

第二章 草萘胺在土壤和水中残留检测方法研究

1 材料与方法

2 结果与讨论

3 小结

参考文献

第三章 草萘胺在土壤中的降解研究

1 材料和方法

2 结果与讨论

3 小结

参考文献

第四章 草萘胺在不同土壤上吸附行为及光谱学研究

1 材料与方法

2 结果与讨论

3 小结

参考文献

第五章 草萘胺对土壤微生物生物量和呼吸强度的影响

1 材料与方法

2 结果与讨论

3 小结

参考文献

第六章 草萘胺对土壤酶活性的影响

1 材料与方法

2 结果与讨论

3 小结

参考文献

第七章 草萘胺对土壤微生物群落结构的DGGE分子指纹分析

1 材料与方法

2 结果与讨论

3 小结

参考文献

第二部分 农药多残留分析方法研究

第八章 中药材丹参、菊花中农药多残留量检测方法研究

1 材料与方法

2 结果与讨论

3 小结

参考文献

第九章 生鲜牛乳中农药多残留分析方法研究

1 材料与方法

2 结果与讨论

3 小结

参考文献

全文总结

创新点

附录

攻读博士学位期间发表论文

致谢