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丁草胺(Butachlor)作为一种高效性内吸传导型苯乙酰胺类除草剂,是中国生产量最大的三种除草剂之一。大面积施用及缺乏完善的管理,使得生态环境中除草剂残留量剧增,对人类和整个生态系统存在潜在的威胁,如何净化环境中丁草胺污染成为人们关注的焦点。根际是植物-土壤-与环境交互作用的场所,是根系自身生命活动和代谢对土壤影响最直接的区域。本文对黑麦草根系分泌物及根系微生物对修复土壤丁草胺的机理进行初步探索。研究一:采用水培方式,选择耐药性黑麦草在不同丁草胺浓度下进行培育,明确丁草胺对黑麦草根系形态的抑制情况,了解不同丁草胺浓度胁迫下,黑麦草根系分泌物的种类及含量的变化、黑麦草生理生化指标的变化。探讨根系分泌物种类及含量的变化与丁草胺残留之间的线性关系。研究二:采用土培方式,对土壤进行灭菌及未灭菌处理,以及是否添加根系分泌物,探讨黑麦草-微生物一根系分泌物联合修复土壤丁草胺的效果,研究根系分泌物是否能够提高土壤微生物的群落多样性,进而提高微生物对土壤丁草胺的降解能力,同时对土壤脲酶、磷酸酶、过氧化物酶、蔗糖酶与土壤丁草胺残留之间的相互关系进行探讨。主要研究结果如下:
随着丁草胺浓度的提高,黑麦草根总长、表面积、投影面积、根总面积均呈下降趋势,而根部直径则随着丁草胺浓度的提高而变粗。低浓度丁草胺下,黑麦草根系分泌物中能检出草酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、苹果酸、乙酸。高浓度丁草胺下,只检出草酸、顺丁烯二酸及反丁烯二酸。所检测到的有机酸中以草酸为主,其含量超过总酸量的90%。黑麦草根系分泌物中可溶性有机碳随着丁草胺浓度的升高而增加,而氨基酸含量基本稳定。丁草胺各浓度梯度下,黑麦草植株的生理生化指标呈现出不同的规律。其中,POD及SOD酶活性随着丁草胺浓度的增加而有所增加;CAT酶活性则呈现先下降后上升的趋势;MDA含量则显著增加。
添加根系分泌物能提高土壤微生物的多样性。与空白对照相比,施加根系分泌物后土壤中微生物的AWCD值,Shannon多样性指数均提高,增强了土壤微生物对不同碳源的利用程度。土壤酶与丁草胺去除率呈正相关,有可能参与丁草胺的去除,其中,蔗糖酶、过氧化物酶活性与土壤丁草胺去除率的相关系数分别为0.625、0.441。
本研究结果阐明了植物修复丁草胺的优势,补充了植物根系分泌物-根系微生物联合修复丁草胺的数据。为农田除草剂残留植物修复的进一步推广应用提供基础信息。