除草剂氟噻草胺与咪唑喹啉酸在土壤中的吸附行为、残留毒性及其控制

摘要

土壤中残留除草剂对后茬作物的药害现象时有发生。残留毒性的评价也得到越来越多的关注。由于土壤性质及共存化合物的影响，土壤中残留除草剂总浓度不能准确地评价其毒性。生物有效性在除草剂残留毒性的风险评估中起到至关重要的作用。本实验根据OECD标准(106和227)开展了氟噻草胺和咪唑喹啉酸吸附及毒性的研究，从生物有效性着手对土壤中氟噻草胺、咪唑喹啉酸的单独毒性及复合毒性进行评价，并提出毒性控制的方法。主要结果可归纳如下:
　　批处理方法用于氟噻草胺与咪唑喹啉酸吸附、解吸的研究。试验结果显示氟噻草胺与咪唑喹啉酸的吸附受土壤性状的影响较大，吸附系数(Kfads）分别为0.78-6.24和0.01-0.65。表明土壤对氟噻草胺吸附强于咪唑喹啉酸。相关性分析结果表明土壤有机质是主导氟噻草胺与咪唑喹啉酸吸附的重要因子。两者共存于土壤中，发生吸附位点的竞争，从而导致吸附减弱。咪唑喹啉酸浓度为3.21、32.1和128.5μM时，氟噻草胺吸附系数(Kfads）分别比氟噻草胺单独存在时的吸附系数降低了49.40％、51.35％和51.41％;同样地，氟噻草胺浓度为13.76、41.28和68.81μM时咪唑喹啉酸的吸附系数(Kfads）分别单独存在时降低了14.40％、18.89％和25.39％;生物炭对氟噻草胺的吸附系数(Kfads)为583.74，表明其对氟噻草胺吸附较强。施入土壤后促进了土壤对氟噻草胺的吸附，吸附系数与生物炭施用浓度呈正比。
　　为了能够准确的评价毒性并获得不同土壤中可比较的抑制中浓度(IC50)，氟噻草胺与咪唑喹啉酸的氯化钙提取液浓度(CCaCl2)、水提取液浓度(CH2O)及原位孔隙水浓度(CPW)用于其对高粱IC50的估测。氟噻草胺的CCaCl2和CH2O对应的IC50分别为0.08-0.33μM及0.19-0.69μM，变异系数分别为46.39％和39.67％;而基于CPW的IC50在0.30-0.72μM之间，变异系数为31.13％。对于咪唑喹啉酸而言，基于CCaCl2和CHO提取浓度的IC50分别为0.19-0.42μM及1.03-2.28μM。变异系数分别为38.32％和34.93％。而基于CPW的IC50为2.89-3.83μM，变异系数仅为10.42％。表明不同土壤中基于CPW的IC50基本一致。即孔隙水浓度能够对不同土壤中同一除草剂的残留毒性进行评价。
　　本试验采用氟噻草胺及咪唑喹啉酸的土壤总浓度及原位孔隙水浓度对两者的复合毒性进行评估。结果显示基于原位孔隙水浓度的复合毒性评价结果(拮抗作用，TU=2.18;TU0=1.42)明显区别于总浓度的评价结果(协同作用，TU=0.95)。营养液中除草剂毒性试验结果显示氟噻草胺与咪唑喹啉酸复合后产生拮抗作用，与使用原位孔隙水浓度的判断结果一致。表明原位孔隙水浓度是评价土壤残留除草剂对后茬作物复合毒性的有效工具。
　　生物炭的施用显著降低了土壤氟噻草胺的消解，同时孔隙水浓度分别比未添加生物炭土壤降低了26.26％、34.17％、42.63％和73.20％。生物炭的施用显著减轻了土壤中氟噻草胺对高粱的毒性，IC50值由原土壤中的2.34μM升高到添加生物炭10.0％土壤中的25.07μM。相关性分析结果表明生物炭增强了土壤对氟噻草胺的吸附并降低了原位孔隙水中氟噻草胺的浓度，两者综合较好地控制了氟噻草胺对高粱的毒性。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 综述

1 土壤有机化合物的生物有效性

1．1 土壤中有机化合物生物有效性的定义

1．2 土壤中有机化合物生物有效性的影响因素

1．3 土壤中有机化合物生物有效性的评价及应用

2 复合毒性

2．1 相关概念

2．2 复合污染作用类型

2．3 土壤中化合物复合类型

2．4 土壤化合物的复合对其有效性的影响

2．5 复合毒性的表征方法

3 生物炭对土壤污染物有效性的影响及其在土壤污染控制中的应用

3．1 生物炭定义

3．2 生物炭的基本性质

3．3 生物炭在土壤污染物控制中的应用

4 本研究的提出及意义

第二章 氟噻草胺及咪唑喹啉酸的吸附

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 药品及试剂

2．2．2 仪器

2．2．3 供试土壤及生物炭

2．2．4 试验方法

2．2．5 统计分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 氟噻草胺与咪唑喹啉酸的HPLC分析

2．3．2 氟噻草胺与咪唑喹啉酸的吸附解吸

2．3．3 氟噻草胺与咪唑喹啉酸的竞争吸附与解吸

2．3．4 生物炭对氟噻草胺的吸附解吸

2．3．5 生物炭对土壤中氟噻草胺吸附解吸的影响

2．4 小结

第三章 咪唑喹啉酸与氟噻草胺的植物毒性及评价

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 供试作物及除草剂

3．2．2 供试土壤

3．2．3 主要仪器及试剂

3．2．4 试验方法

3．2．5 统计分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 氟噻草胺与眯唑喹啉酸在CaCl2提取液、水提取液及原位孔隙水中的浓度

3．3．2 不同土壤中氟噻草胺与咪唑喹啉酸对高粱的毒性

3．3．3 土壤性质对氟噻草胺与咪唑喹啉酸高粱毒性的影响

3．3．4 暴露水平浓度对氟噻草胺与咪唑喹啉酸高粱毒性的评价

3．4 小结

第四章 孔隙水浓度对氟噻草胺及咪唑喹啉酸复合毒性的评估

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 供试作物及除草剂

4．2．3 供试土壤

4．2．4 主要仪器及试剂

4．2．5 试验方法

4．2．6 数据分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 土壤中氟噻草胺与咪唑喹啉酸的孔隙水浓度

4．3．2 土壤中氟噻草胺与咪唑喹啉酸的单独毒性及复合毒性

4．3．3 土壤孔隙水中氟噻草胺与咪唑喹啉酸单独毒性及复合毒性

4．3．4 营养液中氟噻草胺与咪唑喹啉酸单独毒性及复合毒性

4．4 小结

第五章 生物炭对氟噻草胺残留毒性的控制

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 主要材料、试剂及仪器

5．2．2 试验方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 添加回收率

5．3．2 土壤及土壤孔隙水中氟噻草胺浓度的变化

5．3．3 生物炭对氟噻草胺高粱毒性的影响

5．4 小结

第六章 结论与研究展望

6．1 结论

6．2 主要创新点

6．3 研究展望

参考文献

致谢

博士期间发表文章