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随着现代农业的发展,农药的施用对土壤有较严重的污染,其使用质量也在逐步提高。20世纪初,在大量使用的约50种农药中,有机氯、有机磷农药,含汞、砷、铅等重金属农药,及某些具有特异性的除草剂,使用较多,特别是有机磷农药,有些毒性较大的,还最易导致人畜中毒。
生产上广泛使用的农药,目前按化学结构类型可以分为有机磷类、有机氯类、拟除虫菊酯类和氨基甲酸酯类。进入21世纪,有机磷、有机氯和氨基甲酸酯类的农药,在农业生产上使用的越来越少,取而代之的是杀虫剂中的第二大类——拟除虫菊酯,其约占世界杀虫剂市场的20%;随着人工合成的拟除虫菊酯的广泛使用,及新产品相继投产,其已占世界农药的1/4以上。拟除虫菊酯类农药较有机氯、有机磷和氨基甲酸酯等农药有高效、广谱、低毒、低残留、生物活性优异、环境相容性好、能被生物降解等优点,已成为农用及卫生杀虫剂的主要支柱之一。
根据菊酯类农药的结构特点、电生理特征、中毒症状等。可将其分为两大类型,即类型Ⅰ和类型Ⅱ。类型Ⅰ包括天然除虫菊酯、无苯氧基苄基醇的拟除虫菊酯(如丙烯菊酯、胺菊酯)和无氰基的3-苯氧卞基醇的拟除虫菊酯(如二氯苯醚菊酯);类型Ⅱ包括含α-氰基-3-苯氧苄基醇的拟除虫菊酯(如氰戊菊酯、氯氰菊酯)。本研究课题主要采用的供试农药为联苯菊酯(2.50、5.0、10.0mg·kg-1)、溴氰菊酯(0.25、0.5、1.0mg·kg-1)和氯氰菊酯(2.50、5.0、10.0mg·kg-1),及溴氰菊酯(0.5、5.0、50.0mg·kg-1)和氯氰菊酯(0.5、5.0、50.0mg·kg-1)。
通过三个水平上的土壤盆栽试验,平板计数法,高锰酸钾滴定法和磷酸苯二钠比色法,研究了种植植株后,联苯菊酯和氯氰菊酯对紫色土土壤微生物数量及土壤酶活性的影响。联苯菊酯试验的结果表明,低浓度联苯菊酯对土著细菌和放线菌有显著的促生效应,依联苯菊酯浓度从低到高,土壤细菌和放线菌数量随时间逐次出现最高峰值:第6天,LB-L处理下的细菌和放线菌数分别达9.02×10-6和2.77×106个·克土-1,约为相应对照的9倍和3倍:第11天,LB-M的细菌数约为对照的77倍,达到5.19×107个·克土-1;第16天时,LB-H的细菌数为1.71×107个·克土-1,LB-M和LB-H处理下的放线菌数分别为4.04×106和4.35×106个·克土-1。其次,联苯菊酯残留对土著真菌有显著且迅速的抑制作用,即使在2.50 mg·kg-1残留水平下,真菌数量也会在施加联苯菊酯后第二天发生显著降低。第三,紫色土中三种土著微生物类群,对残留态联苯菊酯均表现出一定的生态适应性,但表现有所不同:土著细菌的生态响应存在阈值、土著放线菌表现为较长时期内稳定的促生效应、土著真菌则表现为可恢复的抑制效应。试验表明。土壤微生物数量等生物因素可作为联苯菊酯对紫色土根际微生态影响的重要评价指标。
氯氰菊酯试验表明。其对紫色土细菌的影响表现为“促进-抑制-恢复”,第6和11天,LQ-L、LQ-M和LQ-H处理下的细菌数分别由2.75×106、5.67×106和2.30×107个·克土-1,降至第21天的1.29×106、2.09×106和5.83×105个·克土-1,26天后细菌数量基本恢复至对照水平;紫色土土著真菌对氯氰菊酯极其敏感,处理后真菌数量显著降低,三周后恢复至对照水平;氯氰菊酯对紫色土过氧化氢酶和磷酸酶活性有促进作用,对磷酸酶活性的促进作用尤为显著,LQ-M处理下的土壤磷酸酶活性始终处于最高水平,第1、11、16和21天分别较对照提高79.7%、67.7%、65.3%和26.9%。结果表明,氯氰菊酯能够促进细菌生长,抑制真菌生长,真菌可作为指示紫色土环境污染的菌群;过氧化氢酶活性与土壤中残留态氯氰菊酯的降解有关,氯氰菊酯通过影响土壤微生物群落结构,可以间接增强土壤磷酸酶活性。
而溴氰菊酯和氯氰菊酯对土壤微生物数量影响的结果表明:溴氰菊酯和氯氰菊酯对土壤真菌生长有较强的抑制作用,且这种抑制作用呈持续性,其不随农药浓度的增加而增大,各浓度对真菌生长的抑制作用大致相同,但这种抑制作用最终不能恢复至对照的107的水平:而对细菌生长的抑制作用呈非持续性影响,且抑制作用随浓度的增加而增大,高浓度下更为显著。
两组试验结果显示:真菌对菊酯类农药最为敏感,说明真菌有可能成为指示农药残留的微生物种类之一,细菌则应是土壤修复的主要菌群,而放线菌对农药毒性的耐受性最强,肯定了菊酯类农药对土壤微生态区系有较大的影响。
另外,在研究中发现,施用菊酯类农药后,植株根系生物量对土壤酶活性有一定的影响,但农药本身对植株没有影响,而对土壤微生态系统有影响,从而间接对植株的生长状况、营养需求等造成影响;土壤酶活性与土壤微生物数量间也有一定的相关性,溴氰菊酯处理下的放线菌、氯氰菊酯处理下的真菌分别与过氧化氢酶活性呈正相关和负相关,而联苯菊酯处理后土壤微生物与土壤酶活性之间无显著的相关性。这些指标的影响还需要在今后的研究中进行更进一步地分析。
现代土壤环境评价指标中,尤于没有考虑生物因素,大多只从物理、化学方面讨论其毒性效应,缺少生物学效应方面的研究。因此,土壤微生物数量的研究可以成为评价土壤微生态环境的、新型的、重要的指标,特别是关于紫色土受菊酯类农药污染后的微生态环境评价指标报道较少,甚至未见报道。
由此可见,土壤微生物数量等生物因素可作为拟除虫菊酯对紫色土根际微生态影响的重要评价指标,在更深入系统的研究中,能够逐步形成土壤微生物菌群检测菊酯类农药污染土壤的评价标准,从而能够丰富环境污染检测方法和理论系统,为三峡库区的农业生态建设提供实践依据。