（环境工程专业论文）三唑酮在土壤中的吸附迁移及对土壤酶活性影响研究.pdf

三唑酮在土壤中的吸附迁移及对土壤酶活性影响研究 摘要 本文采用批量平衡法研究三唑酮在土壤中的吸附性能，以柱淋溶法研究三唑酮在土 壤中的垂直移动能力，并测定了三唑酮在不同浓度处理下不同培养时间内对土壤过氧化 氢酶和脲酶活性的影响，主要研究结果如下： 三唑酮在土壤中的吸附符合f r e u n d l i c h 方程，l g 与1 9 g 的相关系数达 o 9 6 7 7 一o 9 9 2 6 ，呈极显著相关性。随着土壤溶液中三唑酮浓度的开高，土壤吸附三唑 酮的量呈非线性等温吸附，吸附等温式c 。= i ( l c 。“中，1 n 的值为o 7 7 5 3 一o 9 8 7 4 ，可认 为是一种非线性关系。其吸附性能k d 值与土壤有机质含量、粘粒含量有很大的关系，两 者的相关系数r ：分别为0 9 3 6 4 和0 9 5 ，而与土壤阳离子不呈线性相关性。平均i ( i j 。为 2 5 6 ，表明三哗酮在土壤中移动性属于中等类化合物。三唑酮在土壤中的吸附量随温度 的升高而减少，吸附性减弱；在土壤中的吸附为物理吸附。 在2 0 0m m 模拟降雨下经2 4h 的不饱和淋溶，三唑酮在四种土壤中的移动能力从大 到小的顺序为：河潮土 红壤 红黄泥 麻沙泥，分别有1 5 8 7 、9 5 6 、o 7 2 、o 6 8 的三唑酮被淋出。相对于不饱和淋溶，在饱和淋溶下，淋出液中三唑酮的量增加了 2 0 ，2 1 ，表明三唑酮在土壤中的移动性增强。在模拟酸雨的淋溶作用下，三唑酮在土壤 中的移动性呈减弱趋势，并且随着酸雨p h 的降低，淋出液中的三唑酮含量相对于对照 分别减少了2 2 8 9 ( p h 4 5 ) 和3 4 3 6 ( p h 3 5 ) ，淋溶迁移能力减弱，说明三唑酮在土 壤中的吸附量随p h 值的降低而增加，在土壤中的移动能力减弱。 在低浓度( 1 1 0 m g k g ) 下三唑酮对土壤过氧化氢酶活性的抑制作用时间较短，仪 为一天，随着培养时恻的延长，抑制作用减弱，主要表现为激活作用，激活率呈现“增 强一减弱”的变化趋势。而高浓度下( 5 0 m g k g ) 则抑制作用较强，抑制期长达2 0 天。 对土壤脲酶活性的抑制作用较强，恢复的速度也较慢。各浓度下的脲酶活性受到不同程 度的抑制作用，抑制期长达2 0 天以上。在整个试验条件下，脲酶活性呈现出“抑制一恢 复”变化规律。 关键词：三唑酮土壤吸附迁移过氧化氢酶脲酶 s t u d i e so n a d s o r p t i o n a n d m o b i l i t ) ，o f 1 m a d i m e f o ni ns o i l a n di t se f k c t so ne n z y m e s a b s t r a c t t h ea d s o 甲t i o no ft r i a d i m e f o ni nf o u rt e s t e ds o i l sw i 山ab a t c he q u i l i b r i u mm e 血o da n d l e a c h i n gi ns o i ic o i u m n sw e r es t u d i e d t h ei n f l u e n c eo f t r i a d i m e f o no n t h ea c t i v i t yo f c a t a i a s e a n du r e a s ei ns o i lu n d e rd i 丘色r e n tc o n c e n t r a t i o na n dd i f f 爸r e n tc u l t i v a t e dt i m ew a sa i s o s t u d i e d ，t h em a i nr e s u l t sw e es u m m a d z e d a sf o l i o w i n 晷 t h ea d s o r p t i o no ft r i a d i m e f o ni nt e s t e ds o i l sg a v ea na p p r o x i m a t en tt ot h ef r e u d l i c h e m p i r i c a le q u a t i o n ，t h e r a n g e o fr 2v a l u e sb e t w e e n l g a n d l g q w a sf r o m o 9 6 7 7 o 9 9 2 6 ，w h i c hi n d i c a t e dt h em o s td i s t i n c tc o r r e l a t i o n a d s o 叩t i o nw a s n o tp r o p o n i o n a l t os o l u t i o nc o n c e n t r a t i o n 、v i t hac o n s t a n tp a n i t i o n i n go ft r i a d i m e f o nb e t w e e nt h es o l u t i o n p h a s ea n dt h es o r b e n t i nt h ei s o m e me q u a t i o nc s = 硒c e q “，t h em g e o f1 7 nv a l u e sw a s o 7 7 5 3 o ，9 8 7 4 ，w h i c ha l s os h o w e dt h ed e g r e eo fi s o t h e n nn o n i i n e a r i t y ，t h ea d s o r p t i o nm a i n l y i n n u e n c e db yo 唱a n i ca n dc l a yc o n t e n t ，w h i c hw e r ep o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t h 】k dv a l u e s ，t h e r 2v a l u e sr e s p e c t i v e l yw e r eo 9 3 6 4a n d0 9 5 b u tt h ec a t i o nw a sn o tc o r r e l a t e dw i t hk d v a l u e s t h ea v e r a g e k o cv a i u e sf o rf o u rt e s t e ds o i i sw a s2 5 6 a c c o r d i n g t ot h ec l a s s i f i c a t i o no f m o b i l i t yo fp e s t i c i d ei ns o i l ，t h em o b i l i t yo f t r i a d i m e f o ni ns o i lb e l o n g e dt om em e d i u m t h e q u a j l t i t i e s o ft r i a d i m e f o na d s o r b e db ys o i l g o td o w nw i t ht h ei n c r e a s i n gt e m p r e a t u r e t h e a d s o 叩t i o ni ns o i lb e l o n g e d t op h y s i c a la d s o i p t i o n u n d e rt h ec o n t r o lo f2 0 0m mw a t e rf a l l i n gt h r o u 曲t h ef o l l ru n s a t u r a t e ds o 1c o l u m n s d u r i n g2 4 h ，t h eo r d e r o ft h cm o b m t yo ft r i a d i m e f o ni ns o i lw a sh e c h a os o i l r e ds o i l 他d d i s h y e l i o ws o i l m a s h as o i l ，t h eq u a n t i t i e s o ft r i a d i m e f o ni e a c h e do u t r e s p e c t i v e i y w e r e 1 5 8 7 、9 5 6 、 o ，7 2 、0 6 8 c o m p a r e dw i t hu n s a t u r a t e ds o i lc o l u r n n ，i ns a t u r a t e ds o i i c 0 1 u r n n ，m eq u a n t i t i e so ft r i a d i m e f o nl e a c h e do u ti n c r e a s e d2 0 21 ，w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h e m o b i i i t yo ft r i a d i m e f o ni n s a t u r a t e ds o i li n c r e a s e d w h i l e2 0 0 哪s t i m u l a t e da c i d er a i n f a l l i n gt h r o u g h u n s a _ u r a t e ds o i lc o l u m n s ，t h em o b i l i t yo ft r i a d i m e f o n 证s o i lg o td o v ma st h e a c i d i t yo f s i m u i a t e da c i dr a i nw e r e 豫i s e d ，t h eq u a n t i t i e so f 州a d i m e f o ni n1 e a c h i n gw a t e r d e c r e a s i n g2 2 8 9 ( p hw a s4 5 ) a 1 1 d3 4 3 6 ( p hw a s3 5 ) w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h ea d s o 甲t i o n o f t r i a d i m e f o ni ns o i li n c r e a s e dw i t ht h ed e c r e a s i n go fp hv a l u e s w 1 1 i l eu n d e rt h ec o n c e n t r a t i o no f1 m 非g a n d5m g 瓜g ，t h ea c t i v i t yo fc a t a l a s ew a s i n h i b i t e db y m a d i m e f o n ，t h et e 肌、v a ss h o r t ，o n l yo n ed a y a sm e c u l t i v a t e dt i m eg o tl o n 昌山e i n h i b i i t i o ng o tw e a k ，s h o w e da ss t i m u l a t i o n t h et e n d e n c yo fa c t i v a t i o nw a s “g e ts t r o n g g e t w e 水u n d e r5 0m g k g ，t h et i m eo f i 出b i t i o nw a sa sl o n ga s2 0d a y s t h ei 出b i t i o no f t r i a d i m e f o nt ou r e a s ew a ss t r o n g e rm a n t h a to fc a t a l a s e a n di t sr e v i v et i m ew a sa l s ov e r y1 a t e t h et i m eo fi n h i b i t i o nw a so v e r2 0d a y s d u r i n gt h ew h o l ee x p e r i m e n t ，t h ea c t i v i t yo f u r e a s e e x d r e s s e da s “i n h i b i t i o n r e v i v e ” a u t h o r ：z h o ua n w e n ( e n c i r o 啪e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db y ：a s s o c i a t e dp r o f e s s o rg u o z h e n g y u a n k e y w o r d s ： t r i a d i m e f o n ，s o 订，a d s o r p t i o n ，m o b i l i t y ，c a t a l a s e ，u e a s e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在指导老师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得湖南农业大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一起工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 f 渺 研究生签名：周要文 时间：彩卯年6 月5r 关于论文使用授权的说明 本人完全了解湖南农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅，可以采用影印、缩放或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。同意湖南农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的 全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 f 拟 周要文 时间：嬲年占月j 只 导师签名 霭勺它j 时间：钐蛐中年易月r 。日 刚若 1 研究目的和意义 通过研究三唑酮在土壤中的迁移变化及其对土壤酶活性影响，比较不同壤性质、 不同淋溶方式及p h 值对三唑酮在土壤中的吸附迁移影响：了解三唑酮进入土壤环境后， 对土壤环境的生态毒理效应，为判断农药对环境和地下水污染，评价其环境安全性，以 及安全合理使用提供依据。 吸附、降解及迁移性是农药重要的环境行为。吸附迁移对农药的转化有着重要的影 响，在一些地下水位比较浅，砂性比较中的地区，农药易随水渗入地下水，由于地下水 生物量少，水温低，无光解，一旦污染，为农药污染治理带来难度；对于一些易降解的 农药，由于大量使用，也会造成大面积的土壤污染。土壤微生物是土壤生态系统中的主 要组成部分，是土壤中所存在的多种酶的主要来源，也是土壤肥力的一个重要指标。农 药的污染的对土壤微生物将产生定的毒性作用，从而使酶的活性受到抑制，影响到作 物的生长。三哗酮作为一种被广泛使用的杀菌莉，其在土壤中的环境行为及生态毒性在 国内尚未川报道，本文对三唑酮农药在土壤中迁移及对土壤酶活性进行研究了解三哗 酮进入土壤环境后的迁移规律及对土壤环境生态影响，对判断三唑酮污染，防治土壤环 境污染，了解其生态毒性，制定防治对策均有重要的理论意义和使用价值，也为三畔酮 及其它三唑类杀菌剂的合理使用提供参考依据。 2 国内外研究进展 2 1 农药的使用 自上世纪4 0 年代至今，世界农药获得了迅猛发展，并在农业、林业和非农业的各个 领域得到了广泛的应用。掘统计，世界农作物的病虫草害，约有5 0 0 0 0 种真菌，1 8 0 0 种杂草和1 5 0 0 种线虫，使世界粮食减产5 0 ，使用农药可以大概夺回其中的3 0 一4 0 “ 】9 6 2 年一】9 9 2 年，全世界农作物的产量提高了3 倍，基本上解决了世界5 5 亿人口的饥 饿问题，因而农药在防治病虫草害，保证农作物高产稳产方面起着重要的作用“1 。 随着科学技术的发展，农药检测水平的日益改进提高，加之农药的长期应用，农 药在环境中的问题逐渐暴露出来了。6 0 年代出版的寂静的春天一书中称农药杀害野 生动物、危害儿章健康、污染表土，引起了第一世界国家的高度重视，制定了一系列严 厉的法规，对农药的生产与应用做了许多限制。随后，一批高毒、高残留的农药如有机 氯、有机砷、有机汞等被禁用。目前世界上生产、使用的农药已达3 3 0 0 多种其中大 量使用的约2 5 0 多种，每年化学农药的产量约3 0 0 万t ”3 。我国是一个农业大国，农药 的生产和使用在我国农业生产中有着广泛的市场。上世纪5 0 年代初我国农药使用较少， 品种主要是砷酸铅，氟化钠等无机杀虫剂，有机汞类杀菌剂。鉴于该类农药毒性高，性 质稳定，在土壤中残留时间长，我国7 0 年代不再使用。6 0 一8 0 年代初，有机氯农药的生 产和使用量一直占我国农药总产量的一半以上，随着该类农药的大量使用带来的不良影 响，1 9 8 3 年后又被有机磷、菊脂类、氨基甲酸脂类农药所取代。目前我国拥有约5 0 万 t 原药a 的生产能力，居世界第二“1 ，使用的农药仍以杀虫剂为主，占总用量的6 8 ， 杀菌剂和除草剂占总用量的1 8 和1 2 5 。1 。 农药对环境产生危害主要有两个途径：一方面是因其自身毒性强，短期内即对人和 其他生物造成危害，另一方面是因其残留水平高，难降勰，持续时间长，逐渐在环境中 积累到一定程度而造成危害“1 。农药的使用是农业生产上的一次飞跃，但f 如任何事情 都有其两面性一样，农药的使用也带来了许多环境问题： ( 1 ) 农药的中毒事故。近十年来，我国平均每年有l o 万人发生中毒事故，死亡人 数约l 万人”。 ( 2 ) 农药对农作物的污染。由于六六六、d d t 等高残留农药的使用，到1 9 8 3 年禁 用时，各地粮食中有机氯的残留量己达较高水平。而作为替代品种的有机磷类等农药在 施用量大时，污染情况也十分严重，目前，在我国蔬菜和一些畜产品中已发现了农药残 留“1 。 ( 3 ) 对生态平衡的影响。由于农药的不断使用，造成病虫草害抗药性的增强，为 加强农药的效果，人们往往加大使用剂量，造成更为严重的污染，使大量生物甚至害虫 天敌受害，造成生态平衡严重失调。“。 ( 4 ) 农药残留对环境的影响。农药在大气中残留，并可长距离迁移，但浓度较低， 一般不会产生严重的影响。但在一些地下水位高，土壤砂性重的地区，农药容易进入地 下水中，由于地下水生物量少，水温低，无光解作用，一旦污染，极难治理。对于易降 解农药，长期大量的使用，也会造成大面积土壤污染，另外，土壤中的残留农药是地下 水内污染农药和农作物体内积累农药的主要来源，还会导致重金属在土壤中的富集而引 起植物中毒。”。 2 2 农药在土壤中的吸附迁移研究方法及进展 2 2 1 土壤中农药吸附、迁移的研究方法 长期以来，研究者们在吸附脱附方面已作了大量的工作，建立了比较完整的研究方 法和理论，如l a n g m u i r 等温式及f r e u d l i c h 等温式。而且，大多数农药在浓度很低条 件下在土壤中的吸附符合f r e u d l i c h 等温式。采用数学模型描述土壤中农药的吸附解 吸过程也包括平衡吸附和非平衡吸附( 或动力学吸附) 两种基本模式，有时还需考虑变温 条件下动力学吸附这一更为复杂的情况。f r e u n d l i c h 吸附等温线是描述土壤对农药平衡 吸附的主要形式，偶尔也会出现l a n g m u i r 吸附“1 。 对于农药在土壤中的吸附研究，其方法有四种“： 方法一：将一定的吸附剂( m ) ( 如土壤颗粒) 按一定比例加入已知浓度( c ) 和体 积( n 的农药溶液中，充分振荡、搅拌，直至农药在两相达平衡。然后，通过离心 将吸附剂和土壤溶液分开，也可用薄膜将两相分开，通过测定平衡前后溶液中农药浓 度的变化( f = e 一) ，间接求出单位质量吸附剂吸附农药量( s ) 。计算公式为： 乒( 临) f = ( 嘶) ( g g ) 其中c 是平衡时溶液浓度。此法是一种应用广泛的简易方法，已被美国环保局( e p a ) 指定为获得农药吸附数据的可行方法。 方法二：将已知浓度的农药连续流入含有土壤悬浮液的混合搅拌环中，借助磁力搅 拌使其中的农药吸附一解吸达成平衡，通过测定流出液中农药浓度的变化，并与流入农 药浓度比较，以确定吸附量。 方法三：该法与方法二相似，只是流体环中放入的不是悬浮液，而是吸附剂。 方法四：将吸附剂装在一微型柱中，然后，用己知浓度的农药淋沈，直至吸附一解 吸平衡，即流入液中农药浓度和流出液中农药浓度相等，再用新的取代剂淋洗微型杜， 淋洗出的农药浓度即未被吸附的农药量。 方法一和方法二是在搅拌或振荡条件下进行吸附研究，这虽能使农药尽快在固、液 两相中达成平衡，但振荡，尤其是搅拌往往会破坏土壤团聚体，产生新的吸附面，导致 测定结果偏高。在对某种农药吸附行为尚不清楚的情况下，多选择方法一。 农药在土壤中的扩散有两种形式：一种是由于农药分子的不规则运动而使农药迁移 的过程；而另一种则是由于外力发生的结果。土壤中的农药在流动水或在重力作用下向 下渗滤，并在土壤中逐层分布。后一种形式是土壤中农药扩散的主要模式。这个过程与 吸附、降解和挥发等过程密切相关1 。化学物质随渗透水在土壤中沿土壤垂直剖面向下 的运动，是化学物质和土壤颗粒之间吸附一解吸的一种综合行为。实验室内的研究可采 用土壤柱法和土壤薄层层析法，土柱法是将化学物质蜀于土柱的表层，模拟一定的降水 量，降雨结束后，测定每段土柱中化学物质的含量，从而找出化学物质在土柱中的分布 规律；土壤薄层层析法是以土壤为吸附剂涂于层析板上，点样后，以水为展开剂，展丌 后，测定土壤薄板每段的农药含量，以r t 值作为衡量农药在土壤中的移动性能指标“。 土壤对农药的吸附能力直接影响农药在土壤中的吸附。 2 2 2 农药在土壤中吸附迁移研究进展 进入土壤的农药，可以通过物理吸附、化学吸附、氢键结合及配位键结合等形式吸 附在土壤颗粒的表面。各种农药在土壤中的吸附能力的强弱，主要决定于土壤和农药两 者的性质及相互作用的条件“。 首先是土壤性质对农药的影响。农药在土壤中的吸附能力与土壤粘力及土壤有机质 的种类和数量密切相关，可分为粘土矿物的吸附和有机质的吸附。有机质和各种粘土矿 物对农药的吸附能力按下列顺序依次递减：有机胶体 蛭石 蒙脱石 伊利石 绿泥石 高 岭石“。农药在粘土矿物中的吸附有利于降解的进行，这是由于粘土矿物层问的金属 阳离于能与农药分于发生反应。吴平霄等“”提出了农药在蒙脱石层间域中的吸附模式： 分子吸附模式、氢键吸附模式、不可逆交换吸附模式、质于化吸附模式、吸附分解模式 以及层电荷对吸附模式的影响，但通过大量的研究发现“，由于无机矿物具有较强的极 性，矿物与水分于之间强烈的极性作用，使得极性小的有机物分子很难与土壤矿物发生 作用，它们对农药的吸附量几乎是微不足道的，壤中的有机质是吸附农药的主要成分。 m i n g e l g r i n 等“”认为，有机污染物在t 壤上发生表面吸附作用，浓度相当低时可以观察 到线性关系。土壤对农药的吸附随着有机质的增加和含水量的减少而增加，这是因为当 有机质含量增加时，它的吸附位也相应的增加，从而增大对农药的吸附“，而水是极性 分子，能与农药竞争土壤中的吸附位，所以当土壤中的含水量减少时，就有更多的农药 被吸附”。周风帆等“”研究发现土壤对农药的吸附量随着有机质含量的增加而增加，两 者呈显著的线性关系。农药在土壤中的吸附还与温度有关”。 其次是农药性质对吸附作用的影响。化学农药的性质直接影响到土壤对它的吸附作 用，农药脂溶性强，易被土壤吸附，如在同一类型的农药品种中，农药的分子量越大越 容易被土壤所吸附。农药的溶解度对土壤的吸附也有影响，溶解度小的易被吸附。凡带 有r 。n + 、一c o n 心、一0 h 、一n h 。c o r 、一n 也、一0 c o r 、一n h r 等功能团的农药都能增加其吸附能 力1 。 水气的流动是导致农药在环境中迁移的动力，而土壤的吸附作用，是制约农药移动 的主要因素。土壤吸附作用对农药在环境中再分配过程的影响很大，土壤吸附作用的强 弱，用吸附系数也或吸附常数k 。表示，土壤吸附系数k d 的大小与农药的分配系数k 。 成丁f 相关，与农药的水溶性成负相关。“。 农药进入土壤后，除了被吸附外，还可通过挥发、扩散的形式迁移进入大气，引 起大气污染，或随水迁移扩散而进入水体，引起水体污染。农药在土壤中的移动性与农 药本身的溶解度有关，水溶性大的农药，则直接随水流入江河湖泊，难溶性的农药则吸 附于土壤颗粒表面，随雨水冲刷，连同泥沙一起流入江河。农药在土壤中的移动性与土 壤的吸附有关，农药在吸附能力小的砂质土壤易随水迁移，而在粘质和富含有机质的土 壤中则不易随水移动”“。 农药在土壤中随水垂直向下移动的现象称为农药的淋溶作用。随着农药的向下移动， 扩大了农药在土层中的分布范围。水溶性强的农药品种，可随水渗漏到土壤深层，从而 可能导致对地下水的污染。农药进入土壤深层后，生物降解、化学降解、物理降解的条 件都之减弱，因此将会延长其在土壤中的残留“。 土质也影响农药对地下水的污染，当砂土成分含量高时，渗滤速率大，当粘土成分 含量低时，渗滤速率小。农药在土柱中淋溶快慢和持留多寡主要与土壤中沙粒含量和有 机质含量有关，在沙粒含量低、有机质含量高的土壤中淋溶慢、反之则快“3 ”1 。c z a p a r 等“。考察土壤结构对农药渗滤行为的影响，发现土壤中孔隙的多少对水的扩散和污染 物迁移有显著的影响。当前对农药在环境中的迁移转化已有较多的研究”3 ，但大多以 土壤为环境介质。”1 ，以其他物质为介质的研究较少，研究的对象多以农药母体，对其降 解产物的研究相对薄弱，研究其在土壤中的淋溶行为时一般只就表层土壤或某一层位土 层进行研究，因此以后要较强这些研究工作。 2 3 土壤酶研究进展 2 3 1 土壤酶的来源与作用 所有土壤酶均来自生物有机体，具体来源主要有以下两个方面。”1 ： ( 1 ) 植物根系的分泌和土壤中有机残体。土壤中的动植物贱体是土壤酶的一个重要 来源，当它们分解时，其中所含的各种酶类便释放到土壤中去。植物根系能向土壤环境 中分泌各种酶系，不同的植物其根系分泌的酶类不仅量上不同，而且质上也不同。 ( 2 ) 土壤微生物生命活性。微生物是土壤酶的形成与累计的主要动力。在土壤微生 物的生命活动过程中，向土壤环境分泌大量的酶( 胞外酶) ，微生物死亡后，由于细胞 自溶作用把胞内酶也释放到土壤中去。因此，土壤微生物的主要类群决定了土壤酶的性 质。土壤酶是相应的微生物的产物，土壤酶活性与土壤微生物总数有一定的相关性。通 常的土壤酶研究中，土壤酶实际上是胞外酶和累计酶的同义词。 目前存在于土壤中，已发现的酶约5 0 余中。较为重要的酶有脱氢酶、蔗糖酶、脲 酶、磷酸酶、过氧化氢酶、纤维酶、淀粉酶等。土壤酶在物质循环中的作用是非常重要 的，特别是c 、n 、p 、s 循环。在评价土壤肥力状况方面，土壤酶可以作为土壤发生过 程较好的指标。实验证明，土壤有机质作为土壤肥力主要物质基础，是土壤酶底物的主 要给源，两者密切相关。如蔗糖酶能够反映土壤呼吸强度，酶促作用产物葡萄糖是植物、 微生物的营养源；脲酶、蛋白酶能够反映土壤有机氮的转化情况，酶促作用产物氨是植 物氮素营养源之一：过氧化氢酶和脱氢酶与土壤有机质的转化速度有密切关系3 。 2 3 2 农药对土壤酶活性影响的研究进展 化学农药通过各种途径进入土壤，与酶的相互作用可表现为两个方面。：农药直 接与酶发生作用，抑制土壤酶活性，主要表现在当农药亲体或某官能团的结构与酶底物 结构相似，使得酶失活，称为酶效应；某些化学农药，特别是土壤杀菌剂与熏蒸剂，对 土壤中的微生物具有较大毒性，使得土壤中微生物的数量和种群结构发生较大改变，影 响酶的数量和种类：化学农药本身能够直接被酶所分解，成为可被微生物利用的营养 物质，使土壤中的酶和微生物的数量大大增加，呈现激活作用。即使不能被酶分解，且 毒性较大的农药土壤中仍存在耐药微生物，经过变异后，这些微生物将会产生分解酶， 分解该农药。实际上，农药、酶、微生物之问是相互作用，相互影响的，且与微生物活 性是相关的。 到目前为止，关于各种农药对土壤酶和微生物的影响有关学者作了大量的研究。”， 同时利用酶修复土壤农药污染研究在国内外也有较多的报道”一“3 ，他们认为农药的，生物 降解主要是在微生物作用下进行的归根结底是通过其分泌的酶来完成的，因此直接采 用酶进行农药修复比微生物、植物处理更具有优势。 3 本论文的研究背景、内容和目标 3 1 研究背景 三唑酮，又名粉锈宁，英文名为t r i a d i m e f o n ，商品名为b a y l e t d n ，化学名称卜( 4 一 氯苯氧基) 一3 ，3 一二甲基一l 一( 1 ，2 ，4 一三唑一卜基) 一丁一2 一酮，分子结构： c l c h 3 分于式：c 。h l 。c l n ：，o ：相对分于量：2 9 3 5 是德国拜尔( b a y e r ) 公司生产的一种三唑类杀菌剂，具有高效、广谱、低残留、持效 6 期长、有较强的内吸性等特点，对人、畜低毒，无致畸、致癌、致突变作用，适于防治 麦类、玉米、高粱、果树、蔬菜等作物上多种病害，对锈病和白粉病有很好防治作用。 三唑酮纯品为无色晶体，熔点8 2 3 。c ，蒸汽压 1 0 0 0 m g k g ，埘鲤鱼的急性毒性l c 。( 4 8 h ) 为7 6m g 几”。f a o w h o 推荐小麦中m r l 值为o ，1 m g k g ，麦杆为2m g k g ，黄瓜为0 2m g k g 。与其他杀菌剂一起使用时+ 对防治病害有 协同增效作用：误食粉锈宁可引起呕吐、激动、昏晕等症状。“，有研究表明，三哗酮对 小鼠骨髓细胞染色体有一定的诱变性，慢性毒性作用的部位主要是肝脏，对大鼠无明显 致畸作用”“1 。 迄今为止，国内外对三唑酮对植物的生理尘化方面的影响进行了大量的研究，结果 表明三唑酮具有类似于细胞分裂素( c t k ) 的作用，可提高叶片膜脂过氧化作用的保护 能力，延缓许多植物叶片的衰老和叶绿素分解，提高s o d ，a s a p o d ，c a t 等酶活性，抑制 p o d 酶活性升高旧。6 ”：增强黄瓜幼苗抗寒的作用“；以一定浓度的三唑酮浸种后，能起 到壮苗作用“6 6 ”。可与多种杀菌剂混用，在防治病害上有增效作用”1 。 三嚷酮在植物体内能迅速转化为三哗醇和另外两种未知化合物”“，三唑酮在环境中 散失的主要途径是通过挥发和光降解。“。关于三唑酮的光解研究颇有报道”3 。”，s kn a g 等”研究发现在水溶液和植物叶表的光降解产物。m o z apn 。6 1 等检测出三哗酮在水中 的7 种主要光解产物；在土壤中的光解速率受土壤质地和土壤温度的影响，在砂质土壤 中光解较快，粘质土壤中光解较慢，说明粘粒是土壤质地中影响农药光解的重要因于 而与土壤有机质含量、土壤p h 值的关系不大”。 国内外研究者对三唑酮在环境中的残留分析和测定方法也做了大量的研究”，但 关于他在土壤环境中的吸附迁移研究很少见，对土壤酶活性的影响尚未见报道，因此， 开展三唑酮在土壤中的吸附迁移和对土壤酶活性的影响研究，为推广和合理使用该农药 和环境生态安全性评价都是有重大的现实意义。 3 3 研究内容 3 3 1 三唑酮在不同性质土壤、不同温度下的吸附行为研究 3 3 2 三唑酮在不同性质的土壤、不同淋溶方式及模拟酸雨淋溶下在土壤中的淋溶迁移 行为研究 3 3 3 不同三唑酮浓度在不同培养时间条件下对土壤酶活性的影响研究 3 4 预期目标 3 4 1 通过吸附实验，探讨土壤性质对三唑酮吸附行为的影响，并研究了不同温度下， 三唑酮在土壤中的吸附行为的变化规律，判断三唑酮在土壤一水系统中的移动性强弱及 受自然条件变化的影响，预测三唑酮对土壤环境及地下水污染的可能性，并为三哗酮的 合理使用提供参考依据。 3 4 2 通过模拟降雨淋溶，探讨三哗酮在不同淋溶方式条件下在土壤中纵向迁移的深 度，以及在模拟酸雨淋溶下，三唑酮的迁移变化规律，为判断三唑酮对地下水污染的可 能性。 3 4 3 通过研究三唑酮对土壤过氧化氢酶、脲酶活性的影响，探讨三唑酮对土壤酶活性 影响，为评价三哗酮对土壤生态环境的安全性提供依据。 第一章三唑酮在土壤中的吸附 农药在土壤中的吸附是农药的一个重要的环境化学行为，通过农药在土壤中吸附 的研究，可以了解其在土壤环境中的存在状况、迁移转化规律，以及向大气挥发的趋势， 以此作为农药是否造成对环境和地下水污染的一个重要依据。三唑酮是一种内吸性较强 的杀菌剂，具有预防、铲除、治疗和熏蒸作用，持效期较长。主要用于防治谷类，咖啡， 柑橘，蔬菜等作物的白粉病及锈病。关于农药在土壤中的吸附行为，有关学者进行了大 最的研究。6 。“1 = ；，但关于三唑酮在土壤中的吸附行为研究在国内鲜见报道，本试验对三 唑酮在土壤中吸附行为进行研究，探讨三唑酮在自然环境中某些因素对吸附行为的影 响，为合理使用三唑酮，维护生态平衡，保护生态环境有十分重要的意义，同时也为其 它三唑类杀菌剂的合理使用提供参考依据。 1 材料与方法 1 1 试验材料 1 1 1 供试土壤 供试土壤四种，分别为红壤、河潮土、红黄泥、麻沙泥。采于湖南长沙，土样取地 表o 一2 0c m 。土壤经风干后，除去植物、碎石，过2 0 目筛，按文献( ( 土壤理化分析) ) 【9 1 ：测定方法测定土壤的基本理化性质，其结果见表1 1 。试验前将土壤以间歇式灭菌2 次。 表1 1 土壤的基本理化性质 1 1 2 供试试剂 三唑酮标准样品( 纯度 9 9 ) ( 由中国环境科学研究所提供) ，用o 0 l m c a c lz 配成 7 8 4f r i g l 三唑酮贮备液，保存在o 一4 。c 冰箱中，用时以o 0l mc a c l ! 溶液稀释至相应 浓度。 丙酮、二氯甲烷、正己烷、氯化钠、无水硫酸钠、盐酸、氢氧化钠，均为分析纯( a r ) 。 1 2 3 仪器设备 6 8 9 0 型气相色谱仪( 带此c d k i “，美国a g i l e n t 生产) 高压灭菌锅( c r d x 一2 8 0 ，上海中安医疗器械厂) 水浴恒温振荡器( i y 一2 a s 型，江苏环保仪器厂) 超速离心机( 从j i i ，上海医用分析仪器厂) p h 计( p h s 一3 c 数字式酸度计，国营江苏电分析仪器厂) 电光分析天平( t g 3 3 2 a 型，湘仪天平仪器厂) 1 2 实验方法 1 2 1 水土比的选定 水土比对测定结果的准确性有很大影响，b o e s t o n 系统研究了水土比对农药在土 壤一水体中吸附的影响，结论指出：农药平衡浓度的变化除了取决于壤理化特性和农 药的结构外，水土比亦很重要。对弱吸附性农药应选用较小的水土比，对吸附性强的 农药应选用大的水土比，以期获得最大的浓度变化。但水土比有一个上限，即在振荡 或搅拌过程中保持一个稳定的土壤悬浊液为准。经过预实验，确定本试验所采用的水 土比如表【2 所示。 表1 2 水土比的选定 t a b l e1 2t h es 0 1 u t i o n s o i lr a t i ou s e di n t e s t l _ 2 2 振荡平衡时间的确定 选择河潮土( s e 2 ) 、麻沙泥( s e 4 ) 进行吸附试验，称取灭菌后的土壤5 o og 置于 2 0 0m l 的具塞三角瓶中，按如表1 2 所示的水土比加入配制好的一定浓度的三唑酮水溶 液，摇匀，塞好瓶盖，于恒温振荡器( 2 5 。c l 。c ) 上振荡2 4h ，每隔2h 取一次样，每 次一个重复，振荡结束后，将混合液到入塑料离心杯中，于高速离心机上离心分离水土， 准确移取1 0m l 上清液，用二氯甲烷萃取，浓缩后以正己烷定容，由g e 测定其中三唑 酮的浓度。计算固相中三唑酮浓度，确定试验振荡平衡时间。同时测定2 4h 后混合体 中三唑酮总量。 l - 2 2 吸附动态实验 l o 试验采用批量平衡法，将j 0 0g 上述土壤和配置好的三唑酮水溶液( = o 、o t j 6 、 o 7 8 | l 、1 5 6 、3 13 、6 2 7m g 几) 加入到2 0 0m l 的具塞三角瓶中，试验设最一次重复。 将三角瓶于( 2 j 2 ) 。c 下振荡达平衡时间，振荡结束后，取下三角瓶，将混合液倒入 塑料离心杯中进行离心。准确移取l om l 上清液，经萃取定容后，由g c 测定其中三唑 酮的浓度。计算三唑酮在水土两相中的分配比，求出三唑酮的土壤吸附常数，绘制三_ 三唑 酮的吸附等温线。实验同时设置空白试验，即在不加吸附剂土壤的条件下以相同条件进 行试验，检验仪器器壁对三唑酮的吸附。 1 2 3 箍盂度对吸附的影响 按与上同样的试验方法，在2 0 。c 、2 j 。c 、3 0 。c 、3 j 。c 、4 0 0 c 五种温度条件下测定单 一浓度f 温度对三唑酮在红壤和红黄泥中吸附量的影响，同时设置空白对照。 1 3 测定方法 1 3 1 提取方法 准确移取离心后的l 二清液l om 1 ，鼹于2 0 0m l 分液漏斗中，加2 0m l 二氯甲烷振摇 2m i n ，静置分层，水相再用2 0m 【，、l om l 二氯甲烷萃取2 次，合并二氯甲烷层，过无 水硫酸钠脱水后浓缩至lm l 左右，用氮气吹干，用正己烷定容至5m l 待测。 l 3 2 气相色谱测定条件 色谱拄：3 0 m 3 2 0 m o 2 5 m 固定液：h p 一5 ，5 p h e n y lm e t h y i s i l o x a n e 检测条件：迸样口温度2 8 0 。c ，柱温1 7 5 。c ，检测器温度3 0 0 。c ，流动相n 2 流速4 o m l m i n ，补偿气5 2 0m l m i n ，进样量1 儿。三唑酮的最小检出量为2 6 l o _ ：g ，最 低检出浓度为o 0 0 2 6m g l 。 1 3 3 结果计算 土壤中吸附的三唑酮含量计算公式为： 5 = ( 眵白) ( 一c ) 式中：s 单位质量吸附剂吸附农药量( m g k g ) 加入的三唑酮浓度( m g l ) 平衡时水相中三唑酮浓度( m g l ) 册加入的土壤质量( g ) r 加入的三唑酮水溶液体积( m l ) 2 结果分析 2 1 吸附平衡时间的确定 本试验中吸附等温线的测定方法与m c c a ll 等。”1 人采用的方法一致。为研究机械振 荡时间对吸附的影响，确定在试验振荡条件下三唑酮在土壤中达到吸附平衡所需的时 间，选择了河潮土( s e 2 ) 、麻沙泥( s e 4 ) 进行吸附试验，其结果如图1 1 。结果表明三 唑酮水溶液加入土壤后，振荡l oh 已达到吸附平衡，为保证吸附充分平衡，试验以1 2 h 作为吸附振荡平衡时间。通过总量分析测定，振荡2 4h 内三唑酮降解率小于2 。 图1 1 振荡时问与吸附曲线 f i g1 1e q u i l l b r u mt l e c u r v ef o ra d s o r p t i o no ft r i a d i m e f o n i ns o 订 2 2 三唑酮在四种上壤中的吸附动态 农药在水一土系统中的吸附平衡通常可用f r e u n d l i c h 经验公式来描述： c ：= k 。c 。“” 式中：e 一平衡时吸附于土壤上的化学物质的浓度( m g k g ) ； 。平衡时土壤溶液中化学物质的浓度( m g k g ) ： k 。一吸附常数；l n 为指数项常数。 只有当水相中的浓度很低时，1 n 接近于l ，两相浓度呈线性关系，通常1 n l ， 即与。是非线性关系。 k 。值反映的是化学物质对土壤的亲和力大小。有研究表明，对中性有机物，影响吸 附的主因素是土壤的有机质的含量。1 。中性有机物在水土系统中的吸附性质可用土壤有 机碳吸附常数k 。来表征： k 。= k 。有机碳含量 相对于k d 来说，k 。比较稳定，基本不随土壤性质变化，因而可用来表征化学物质的 疏水性。用k 。来估计某一化学物质在水土系统中的迁移趋势，也是预测有机物染物在 环境中的归宿的数学模型中必不可少的参数。 试验结果如表1 3 所示，空白试验( 不加土壤) 显示，三唑酮的回收率达9 7 一9 9 可见仪器器壁对三唑酮的吸附可忽略不计。以平衡时水相中三唑酮的浓度g 为横坐标 土壤中三唑酮的浓度c 为纵坐标绘制吸附等温线，其结果见图1 2 。试验结果表明三唑 酮在土壤中的吸附可以用f r e u n d l i c h 方程描述。 表1 3 三唑酮在土壤中的吸附 ! 些! ! ! ：! ! ! ! ! 鲨! 塑! ! 蔓型竺塑! ! 竺! 型! ! 尘 土样编三唑酮在 弓水、土两相 中的浓度 三唑酮水溶液浓度( m g l ) o 1 5 6o 7 8 4i 5 6 8 3 ，1 3 662 7 2 水相 0 0 5 302 4 1o 5 6 6 1 2 0 32 6 3 6 s e l【m g l ) 土相o 5 2 0 27 1 45 0 l o9 6 6 5 1 7 5 1 0 1 1 1 11 11 水相 0 9 孔0 5 0 9 1 0 7 819 j l3 8 6 7 s e 2 ( g l ) 土相 0