叢 鑫, 王冬琦, 鄧艷玲, 劉寒冰, 薛南冬*

1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 遼寧 阜新 123000 2.中國環(huán)境科學(xué)研究院, 北京 100012

毒死蜱是一種廣譜、高效有機磷殺蟲劑，常用于玉米、小麥、水稻、蔬菜和果樹等作物害蟲防治. 在我國旱地農(nóng)業(yè)中，毒死蜱施用尤為廣泛[1]. 然而作用于靶標(biāo)生物的毒死蜱不足施加量的1%，其大部分進(jìn)入了環(huán)境中，其中土壤是毒死蜱在環(huán)境中的主要歸宿[2-4]. 毒死蜱在土壤中可進(jìn)行物理、化學(xué)和生物降解，主要降解產(chǎn)物有TCP (3,5,6-三氯-2-吡啶酚)和DETP (O,O-二乙基硫代磷酸酯)，其中DETP可以直接被生物利用生成硫代磷酸和乙醇[5]，而TCP由于具有較強的抗菌活性降解較慢，因此毒死蜱在土壤中的降解產(chǎn)物以TCP為主[6]. 毒死蜱在防治病蟲害的同時也對人體健康產(chǎn)生風(fēng)險，研究[7]表明，毒死蜱主要通過抑制乙酰膽堿酯酶的活性來影響人體神經(jīng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時還可引發(fā)新生兒缺陷和癌癥[8]；另有研究[9-10]表明，TCP的生物毒性強于母體毒死蜱，且二者存在協(xié)同效應(yīng)，因此土壤中毒死蜱及TCP的環(huán)境行為日益受到重視.

土壤中毒死蜱的消解速率決定了其對環(huán)境風(fēng)險的大小. 目前，已有大量關(guān)于毒死蜱在作物中殘留及在土壤中消解的動態(tài)報道[11-13]，但關(guān)于農(nóng)藝調(diào)控措施對土壤中毒死蜱消解影響的研究較少. 研究[14-15]表明，毒死蜱在不同土壤中的消解速率不同，農(nóng)田土壤中毒死蜱的半衰期為2～145 d. 毒死蜱的半衰期與是否種植作物及種植作物種類有關(guān)，種植作物土壤中毒死蜱的半衰期較短，且作物種類不同，半衰期也有差異[16-19]. 此外，土壤中毒死蜱的消解還受微生物和環(huán)境因素(如土壤溫度、pH、有機質(zhì)含量等)的影響[20-22]. 根據(jù)旱地作物需水特性和干旱區(qū)域的氣候特點，適時灌溉是確保旱地農(nóng)業(yè)豐收的基本措施，但不同的水量灌溉會引起土壤條件和土壤理化性質(zhì)的變化，可能改變毒死蜱的遷移、吸附解吸和消解等環(huán)境行為而帶來生態(tài)風(fēng)險[23]. 土壤中毒死蜱主要通過非生物降解(光解)和生物降解(微生物降解)作用來進(jìn)行轉(zhuǎn)化和消解，而毒死蜱生物降解的第一步屬于水解反應(yīng)，土壤中的水解途徑以堿性水解為主[24]. 可見，土壤水分條件是影響旱地土壤中毒死蜱消解的重要因素. 為研究不同水分調(diào)控條件下旱地土壤中毒死蜱的消解特性，該研究選取北方旱地常見作物玉米、大豆和小麥為目標(biāo)農(nóng)作物，研究不同水分條件下毒死蜱及TCP在作物種植土壤中的消解行為，探討水分調(diào)控下影響毒死蜱消解速率的關(guān)鍵因素，以期為降低毒死蜱在北方旱地土壤中的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

高效液相色譜儀(LC-20AT，日本島津公司)；C18反相色譜柱〔Syncronis (250 mm× 4.6 mm×5 μm)，美國Thermo Fisher Scientific公司〕；TOCTN分析儀(MultiNC 3100，德國耶拿分析儀器股份公司)；土壤水分測定儀(XM60，瑞士普利賽斯公司).

標(biāo)準(zhǔn)品毒死蜱(99.6%)，標(biāo)準(zhǔn)品TCP (99.8%)均購自美國AccuStandard公司；40%毒死蜱乳油購自深圳諾普信農(nóng)化股份有限公司；甲醇、乙酸乙酯均為色譜純，購自上海安譜科學(xué)儀器有限公司；氯化鈣、氯化鉀、乙酸、活性炭和過氧化氫均為分析純，購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司；氯化鈉、氫氧化鈉和次氯酸鈉為分析純，購自天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司.

1.2 樣品前處理與檢測

供試土壤采自北京市順義區(qū)(40°11′N、116°35′E)旱地農(nóng)田(0～20 cm)，土壤類型為潮土. 采集的土壤經(jīng)去除碎石、樹枝等雜物，自然風(fēng)干，過2 mm網(wǎng)篩后備用. 土壤pH為7.16(水土質(zhì)量比為2.5∶1)，含水率為3.19%，田間持水量為21.35%，w(有機質(zhì))為1.15%，w(TN)為0.08%，土壤中未檢出毒死蜱及TCP.

供試作物為玉米(品種：京單28)、大豆(品種：中黃38號)和小麥(品種：春碩18). 將玉米、大豆、小麥種子置于陰暗處，使用3%的H2O2浸泡15 min消毒，經(jīng)自來水沖洗數(shù)遍以去除殘留的H2O2，再用去離子水沖洗2～3遍，用濾紙拭干后置于底部墊有紗布的培養(yǎng)皿中，加入適量去離子水后置于黑暗的培養(yǎng)箱中催芽.

土壤中毒死蜱及TCP的分析方法：稱取15 g土壤樣品于250 mL錐形瓶中，加入50 mL乙酸乙酯-乙酸混合液(乙酸乙酯、乙酸、超純水的體積比為98∶1∶1)，在200 rmin下振蕩1 h，收集上層清液，并用30 mL上述乙酸乙酯-乙酸混合液洗滌土壤殘渣，合并濾液于250 mL錐形瓶中；加入20 mL 20%的NaCl溶液，在150 rmin下振蕩10 min，靜置20 min分液后除去水相，取上層有機相經(jīng)無水硫酸鈉脫水，濃縮至10 mL，將濃縮液轉(zhuǎn)移至加入40 mg活性炭的50 mL離心管中，經(jīng)振蕩、過濾、濃縮、定容，過0.22 μm有機濾膜，待測.

土壤中毒死蜱和TCP用高效液相色譜法測定，標(biāo)準(zhǔn)樣品和加入毒死蜱及TCP標(biāo)樣土壤樣品的液相色譜圖見圖1. 流動相為甲醇和0.02%的乙酸超純水(二者體積比為90∶10)，流速為1 mLmin，檢測波長為293 nm，柱溫為30 ℃，進(jìn)樣體積為10 μL. 土壤中毒死蜱和TCP的添加回收率分別為81%～118%和90%～116%，最低檢出限分別為0.04和0.02 mgkg.

圖1 標(biāo)準(zhǔn)樣品和加入毒死蜱及TCP標(biāo)樣土壤樣品的液相色譜圖Fig.1 Liquid chromatogram of standard and spiked samples

土壤pH、含水率分別采用電位法、烘干法測定；土壤田間持水量采用環(huán)刀法測定；土壤中w(有機碳)、w(DOC)(DOC為可溶性有機碳)采用TOCTN分析儀測定；土壤中w(TN)采用凱氏定氮法測定；土壤粒徑采用激光粒度儀測定；w(MBC)(MBC為微生物量碳)采用氯仿熏蒸提取法測定；土壤中w(NH4+-N)采用2 molL KCl浸提靛酚藍(lán)比色法測定；土壤中w(NO3--N)采用酚二磺酸比色法測定[25].

1.3 試驗方法

盆栽試驗：將10 kg過2 mm篩的土壤裝入直徑25 cm、高30 cm的盆缽中，調(diào)節(jié)水分至40%FC (田間持水量，field capacity)，培養(yǎng)1周，播種作物(玉米、大豆、小麥)，每個盆分4穴，每個穴3粒，深度約4 cm. 播種作物1周后在每盆分別加入不同水量調(diào)節(jié)水分至設(shè)定水平，模擬田間實際環(huán)境條件從干旱到水分充足共設(shè)置5個水分處理，即20%FC、40%FC、60%FC、80%FC和100%FC，表示田間持水量依次為20%、40%、60%、80%和100%，對應(yīng)的含水率分別為4.27%、8.54%、12.81%、17.08%和21.35%，該試驗設(shè)計的最高水分處理為100%FC，同時盆栽試驗進(jìn)行前對試驗容器底部進(jìn)行了密封處理，以杜絕因灑水滲漏等外部原因而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確. 播種作物2周后，將毒死蜱按田間推薦劑量400 mgL(40%毒死蜱乳油配制)按照150 mL盆均勻噴灑在土壤表面開始試驗. 生長期間不施其他農(nóng)藥，蝸牛等蟲害采用手工去除. 溫室中保持25～32 ℃，自然光照，盆缽的位置每1周調(diào)換1次，盡量減少因光照、氣溫等條件差異對試驗的影響. 在作物生長期間，多次測定采樣點土壤含水率，發(fā)現(xiàn)60%FC更接近于實際土壤含水率，同時60%FC在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也更容易實現(xiàn)，因此模擬實際農(nóng)田作物生長水分處理選擇60%FC，在該條件下3種作物分別增加1組用以比較根際土壤與非根際土壤毒死蜱消解的差異. 試驗設(shè)置對照組(不種植任何植物)，每個處理均設(shè)3個重復(fù).

分別于施農(nóng)藥處理后第0、1、3、5、10、15、20、30、45天采用多點隨機采樣法分別采集容器上層(0～10 cm)和下層(10～20 cm)土壤，采用四分法混勻裝于自封袋中，-20 ℃下保存，用于土壤中毒死蜱及TCP的檢測分析；同時測定處理后第45天的土壤性質(zhì)，分析處理后土壤性質(zhì)變化對毒死蜱消解的影響；其中1組60%FC處理，分別于施農(nóng)藥處理后第0、1、3、5、10、15、30、45天在每個盆中隨機選取1株長勢良好的作物植株，挖取植株根周3 cm范圍內(nèi)的全部根系，用手輕抖以去除附著土，用軟毛刷刷取根際土，裝于自封袋，-20 ℃下保存，用于根際與非根際土壤樣品分析. 試驗期間采用稱重法保持各處理的土壤濕度. 每2 d稱量、澆水各一次，澆水時間為08:00—10:00. 澆水量按式(1)計算.

m3=m0-(m1+m2)

(1)

式中：m3為當(dāng)日澆水量，g；m0為盆土固定質(zhì)量，g；m1為當(dāng)日盆土質(zhì)量，g；m2為取土總質(zhì)量，g.

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

土壤中w(毒死蜱)及其變化率采用一級動力學(xué)方程進(jìn)行擬合：

Ct=C0e-kt

(2)

式中：Ct為t天時土壤中w(毒死蜱)，mg/kg；C0為首次采集土壤中w(毒死蜱)，mg/kg；k為消解速率常數(shù).

毒死蜱的半衰期(DT50)計算方法：

DT50=(ln 2)k

(3)

運用Microsoft Excel 2010和SPSS 24. 0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，使用Origin 2017軟件繪圖.

2 結(jié)果與討論

2.1 不同水分處理土壤中毒死蜱及TCP消解變化情況

圖2 不同水分處理下各作物土壤中毒死蜱隨時間的消解情況Fig.2 Dissipation of chlorpyrifos in various crop soils under different moisture treatments

不同水分處理土壤中施用毒死蜱后，各作物土壤中毒死蜱隨時間的消解情況如圖2所示. 由圖2可見，不同水分處理下種植玉米、大豆和小麥的土壤中毒死蜱在前期(0～10 d)和后期(10～45 d)的變化趨勢具有相似性. 前期土壤中毒死蜱消解速率較快，后期w(毒死蜱)變化趨于平緩，可能是因為前期表層土壤中毒死蜱受到太陽光影響以及微生物作用[26]，相應(yīng)的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂迅速降解，當(dāng)w(毒死蜱)較高時土壤吸附點位可能已達(dá)到飽和狀態(tài)，剩余的毒死蜱溶解在土壤溶液相中，通過生物和非生物機制降解[27]. 隨著時間的延長，土壤中毒死蜱降解產(chǎn)生大量TCP，由于TCP對土壤中酶活性和微生物活力具有抑制作用，導(dǎo)致毒死蜱的消解速率降低，隨著土壤中w(毒死蜱)的進(jìn)一步降低，土壤中毒死蜱大部分被吸附，毒死蜱消解曲線趨于平緩.

不同水分處理土壤中毒死蜱消解速率有明顯差異，作物種植土壤中毒死蜱消解速率表現(xiàn)為80%FC>60%FC>40%FC>100%FC>20%FC，對照組土壤中毒死蜱消解速率表現(xiàn)為60%FC>80%FC>100%FC>40%FC>20%FC. 可見，無論是否種植作物，土壤中毒死蜱的消解速率均隨著土壤含水量的增加呈先增后降的趨勢，表明適宜的水分條件有利于土壤中毒死蜱的消解，水分含量過高或過低均不利于毒死蜱的消解. 與其他水分條件相比，種植作物土壤在80%FC處理下毒死蜱的消解明顯較快，可能是由于80%FC處理下土壤性質(zhì)變化明顯，進(jìn)而影響毒死蜱的消解. 有研究[28]表明，土壤含水量的適度提高不僅可以增強微生物的活性，也可以增加土壤中微生物的數(shù)量，從而加快土壤有機碳的礦化速度，80%FC處理下土壤有機碳含量明顯降低. 這與Fernández-Alberti等[29]研究不同含水量下生物混合物中毒死蜱降解效果所得結(jié)論基本一致.

不同水分處理土壤中毒死蜱的消解過程符合一級動力學(xué)方程. 不同水分處理(20%FC、40%FC、60%FC、80%FC和100%FC)土壤中毒死蜱的半衰期分別為13.10～23.58、11.44～21.87、10.12～17.82、7.61～18.87和11.75～19.42 d (見表1). 施毒死蜱45 d后，不同水分處理(20%FC、40%FC、60%FC、80%FC 和100%FC)土壤中毒死蜱的消解率分別為65.58%～85.56%、70.71%～89.64%、76.30%～95.33%、72.53%～97.60%和70.57%～90.80%. 可

表1 不同水分處理各作物土壤中毒死蜱消解速率常數(shù)(k)與半衰期

見，80%FC處理下，土壤中毒死蜱半衰期最短，消解速率最快；60%FC處理下毒死蜱消解稍慢于80%FC處理；20%FC、40%FC和100%FC處理下毒死蜱半衰期有不同程度增加，這可能是由于20%FC和40%FC土壤處于干旱和低濕度條件，在這種條件下土壤微生物活性降低以及毒死蜱的水解反應(yīng)受到一定的限制；100%FC處理下，土壤通透性發(fā)生變化，微生物活動受到抑制，導(dǎo)致毒死蜱消解速率降低，這主要與不同水分處理土壤中有機質(zhì)含量及微生物活性不同有關(guān)[30]，溶解性有機質(zhì)有促進(jìn)毒死蜱在土壤中消解的作用，進(jìn)而顯著降低植株對毒死蜱的吸收[31-32]. 不同水分處理下，作物生長狀態(tài)確有不同，與其他處理相比，20%FC處理下作物生長較慢，作物植株較小，但40%FC、60%FC、80%FC和100%FC處理下，作物植株長勢基本一致，無明顯差異，故筆者未關(guān)注作物生長狀態(tài)指標(biāo). 在60%FC處理下3種作物(大豆、玉米、小麥)土壤中毒死蜱的消解均較快，僅次于80%FC 處理下毒死蜱的消解速率，這可能由于60%FC 處理下微生物較為活躍，加速了土壤中毒死蜱的消解. 毒死蜱在土壤中的消解是一個涉及生物、化學(xué)和物理的復(fù)雜過程，不同水分條件使土壤處于不同的理化及生物學(xué)性狀，從而對毒死蜱的消解產(chǎn)生重要影響. 可見，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通過灌溉適當(dāng)調(diào)節(jié)土壤水分保持在60%FC～80%FC的條件下可加快毒死蜱消解、降低毒死蜱的環(huán)境風(fēng)險. 我國北方旱地土壤通常約在60%FC條件下，在施用毒死蜱期間通過適當(dāng)增加土壤含水率可降低毒死蜱的環(huán)境風(fēng)險.

對不同水分處理土壤中施用毒死蜱后主要代謝產(chǎn)物TCP變化的分析結(jié)果(見圖3)顯示：施藥當(dāng)天，不同水分處理土壤中均可檢出TCP，20%FC、40%FC、60%FC、80%FC和100%FC處理土壤中w(TCP)分別為0.10～0.21、0.15～0.21、0.16～0.27、0.21～0.34和0.17～0.25 mg/kg；施藥后0～5 d，不同水分處理土壤中w(TCP)均呈遞增趨勢；施藥后10～15 d，除20%FC處理外，其余處理土壤中w(TCP)均先出現(xiàn)一個短暫的下降而后達(dá)到峰值，然后開始逐漸降低，這可能因為毒死蜱前期快速降解生成大量TCP，TCP對土壤微生物的抑制作用導(dǎo)致其降解緩慢，隨著時間延長，TCP繼續(xù)甲基化而進(jìn)一步降解. Singh等[33]研究土壤中毒死蜱降解時也發(fā)現(xiàn)，隨著土壤中w(TCP)的增加，毒死蜱的半衰期不斷增加，TCP本身的降解速率也逐漸降低. 不同水分處理土壤中TCP的變化情況與毒死蜱基本一致，均在80%FC處理下積累達(dá)到最高濃度并且隨后迅速消解，60%FC處理下次之. 這進(jìn)一步證明不同水分條件會顯著影響毒死蜱的消解與轉(zhuǎn)化.

2.2 不同水分條件下土壤理化性質(zhì)對毒死蜱消解的影響

土壤中毒死蜱的消解受到土壤理化性質(zhì)的影響，已有研究[34]證實，土壤理化性質(zhì)(如含水率、pH和有機質(zhì)含量等)顯著影響土壤中毒死蜱的消解. 為進(jìn)一步分析不同水分條件下土壤中毒死蜱消解速率的影響因素，以玉米種植土壤為例，對其理化性質(zhì)變化進(jìn)行分析(見表2)，并采用相關(guān)性分析探討土壤中毒死蜱消解速率與土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系(見表3). 由表3可見，土壤中毒死蜱的消解速率(k)與w(DOC)和w(MBC)均呈顯著正相關(guān)，與w(有機碳)呈顯著負(fù)相關(guān)，即水分對土壤毒死蜱消解的影響主要是通過影響有機碳、MBC和DOC而實現(xiàn)的.

土壤有機碳對土壤中毒死蜱的吸附具有顯著影響，隨著土壤w(有機碳)的降低，有機碳對毒死蜱的吸附作用逐漸減弱，加速其水解[35]，從而對毒死蜱消解產(chǎn)生影響. DOC是土壤微生物可直接利用的碳源，同時也是污染物移動的載體，其與有機污染物的競爭

圖3 不同水分處理下各作物土壤中w(TCP)隨時間的變化Fig.3 Changes in the contents of TCP in various crop soils under different moisture treatments

水分處理w(有機碳)∕(g∕kg)w(DOC)∕(mg∕kg)w(MBC)∕(mg∕kg)w(NH4+-N)∕(mg∕kg)w(NO3--N)∕(mg∕kg)pH20%FC11.39±0.6039.62±1.64166.88±7.156.56±0.8510.57±0.617.11±0.0240%FC9.43±0.6243.32±3.45198.10±12.4110.26±0.5711.93±0.297.22±0.0460%FC7.24±0.5949.94±2.15235.79±5.647.85±0.648.16±0.336.87±0.0280%FC5.99±0.4660.35±2.25263.97±5.785.08±0.955.80±0.407.31±0.03100%FC7.96±0.2652.61±3.44213.11±4.169.44±0.573.48±0.516.56±0.12

表3 玉米種植土壤理化性質(zhì)之間及其與消解速率常數(shù)(k)之間的相關(guān)性分析

注：*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；** 表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

吸附作用會使更多的有機污染物留在土壤溶液中，從而提高了微生物對有機污染物的利用率，加快了有機污染物的降解[36-38]. 微生物作用也是土壤中毒死蜱消解的重要途徑[39]，土壤中MBC的增加，在一定程度上反映微生物活動旺盛，其對土壤中毒死蜱降解作用增強.

由表3可見，土壤理化性質(zhì)之間也存在相關(guān)關(guān)系，如w(有機碳)與w(DOC)、w(MBC)，w(DOC)與w(MBC)間均呈顯著相關(guān). 水分在引起某方面土壤性質(zhì)變化時也會引起其他理化性質(zhì)的變化，水分對土壤中毒死蜱消解的影響，可能是多個理化性質(zhì)的綜合作用，而且各理化性質(zhì)對土壤中毒死蜱消解的作用方向和強度也有所不同.

為進(jìn)一步探討消解速率常數(shù)與土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系，以玉米種植土壤為例進(jìn)行了通徑分析(見表4). 由表4可見，不同土壤理化性質(zhì)對消解速率常數(shù)的直接通徑系數(shù)大小依次為w(有機碳)>w(DOC)>w(MBC)>w(NH4+-N)>w(NO3--N)>pH，表明在直接影響土壤毒死蜱消解的各項因素中，有機碳作用最大，其次為DOC和MBC. 從表4還可以看出，土壤各理化性質(zhì)對消解速率常數(shù)的影響具有直接作用和間接作用，但不同土壤理化性質(zhì)對消解速率常數(shù)的間接影響程度不同，影響程度由大到小依次為w(有機碳)>w(DOC)>w(MBC)>w(NH4+-N)>pH>w(NO3--N).

表4 玉米種植土壤理化性質(zhì)與消解速率常數(shù)(k)之間的通徑分析

此外，從決定系數(shù)(dij)可知，w(有機碳)、w(DOC)和w(MBC)對土壤中毒死蜱消解的影響要略大于其他因子(見表5). 各因子對通徑分析中回歸方程R2的貢獻(xiàn)表現(xiàn)為w(有機碳)(0.578)>w(DOC)(0.297)>w(MBC)(-0.192)>w(NH4+-N)(0.092)>w(NO3--N)(-0.063)>pH(0.036). 無論從決定系數(shù)還是各因子對R2的貢獻(xiàn)，w(有機碳)、w(DOC)和w(MBC)對土壤中毒死蜱的消解均有顯著影響. 不同水分處理下，土壤中毒死蜱消解速率的不同可能是由于水分改變了土壤中w(有機碳)、w(DOC)和w(MBC)造成的.

2.3 作物根際與非根際土壤中毒死蜱及TCP消解情況

在適宜作物生長的水分條件(60%FC)下，3種作物根際與非根際土壤中w(毒死蜱)及w(TCP)變化情況如圖4所示. 由圖4(a)可見，無論作物根際土壤還是非根際土壤，毒死蜱均在前期快速消解、后期變化平緩，但毒死蜱消解差異明顯. 土壤中w(毒死蜱)表現(xiàn)為大豆根際土壤>玉米根際土壤>小麥根際土壤>玉米非根際土壤>大豆非根際土壤>小麥非根際土壤>對照組土壤. 由表6可見，玉米、大豆和小麥根際土壤毒死蜱的半衰期分別為8.60、7.00和9.96 d，非根際土壤毒死蜱的半衰期分別為10.22、10.25和11.97 d，3種作物根際土壤中毒死蜱消解速率均快于非根際土壤. 由圖4(b)可見，3種作物根際和非根際土壤中TCP均在前期大量積累至峰值后又快速消解，但w(TCP)變化也有明顯差別. 相比于非根際土壤，3種作物根際土壤中TCP前期積累達(dá)到峰值所需時間較短，隨著時間延長，TCP消解也較迅速. 根際是土壤中消解外源有機物的最佳環(huán)境，根系細(xì)胞有大量分泌物和脫落物，此外根系分泌物不僅可以通過促進(jìn)微生物活性從而增強有機污染物消解，根系分泌物在微生物消解有機污染物時還起到“共代謝”基質(zhì)或協(xié)同作用[40]. 3種作物根際土壤中毒死蜱消解的變化速率表現(xiàn)為大豆土壤>玉米土壤>小麥土壤，不同作物根系分泌物的差異，導(dǎo)致根際微環(huán)境有所不同，進(jìn)而影響根際土壤中毒死蜱的消解過程. GUO等[41]通過模擬根際環(huán)境，研究玉米和大豆根系分泌物對有機污染物多環(huán)芳烴消解和土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響時發(fā)現(xiàn)，添加玉米和大豆根系分泌物可使污染物質(zhì)消解顯著增強. 玉米根系分泌物對土壤中污染物質(zhì)的去除率高于大豆根系分泌物.

表5 玉米種植土壤理化性質(zhì)與消解速率常數(shù)(k)之間通徑分析的決定系數(shù)值(dij)

圖4 不同作物根際與非根際土壤中w(毒死蜱)及w(TCP)變化Fig.4 Changes of chlorpyrifos and TCP content in rhizosphere and non-rhizosphere soils

各作物非根際土壤中毒死蜱消解速率表現(xiàn)為小麥土壤>玉米土壤>大豆土壤，這可能是由于作物葉面覆蓋度不同，導(dǎo)致土壤表面遮蔭面積有差異，從而進(jìn)一步影響不同作物土壤中毒死蜱的消解過程. 施藥后，從作物生長情況看，作物對盆栽土壤遮蔭面積表現(xiàn)為大豆>玉米>小麥，這可能導(dǎo)致大豆非根際土壤溫度較低，光解較少，因此大豆非根際土壤中毒死蜱消解較慢. Chai等[42]研究毒死蜱在熱帶土壤中的消解時發(fā)現(xiàn)，在15～35 ℃范圍內(nèi)隨溫度的升高，毒死蜱降解速率顯著增加，表明溫度對土壤中毒死蜱的降

表6 不同作物根際與非根際土壤中毒死蜱消解速率常數(shù)(k)與半衰期

解有很大影響.

3 結(jié)論

a) 不同水分下土壤中毒死蜱的消解速率有明顯差別，種植作物土壤中毒死蜱的消解速率均表現(xiàn)為隨水分增加呈先增后降的特征，施藥45 d后，20%FC、40%FC、60%FC、80%FC和100%FC處理土壤中毒死蜱消解率分別為65.58%～85.56%、70.71%～89.64%、76.30%～95.33%、72.53%～97.60%和70.57%～90.80%. 在80%FC處理下土壤中毒死蜱消解最快，60%FC處理下次之，表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通過灌溉適當(dāng)調(diào)節(jié)土壤水分在60%FC～80%FC條件可加快毒死蜱消解、降低毒死蜱的環(huán)境風(fēng)險.

b) 水分調(diào)控下土壤中毒死蜱的消解速率與土壤有機碳、DOC和MBC均呈顯著相關(guān). 水分對土壤中毒死蜱的消解主要通過影響土壤有機碳、DOC和MBC起作用.

c) 玉米、大豆和小麥根際土壤毒死蜱半衰期分別為8.60、7.00、9.96 d，非根際土壤中分別為10.22、10.25、11.97 d. 根際土壤中毒死蜱的消解速率均快于非根際土壤，種植不同作物的根際土壤中毒死蜱的消解速率也有所差異.

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