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赵玲等:中国农田土壤农药污染现状和防控对策(7)

时间:2017-07-03 08:50:00 来源: 作者: [] 浏览量:427

  3.1 微生物修复
  大量的研究表明,农药的微生物降解是能够彻底消除农药土壤污染的主要途径。微生物降解农药的作用方式可以分为两大类,一是微生物直接作用于农药,通过酶促反应降解农药,常说的微生物降解有机磷农药多属于此类;二是通过微生物的活动改变了化学和物理的环境而间接作用于农药,一般有矿化作用、共代谢作用、生物浓缩或累积作用及其他的间接作用等。农药微生物降解的研究始于 20世纪40年代,细菌、真菌、放线菌、藻类等对农药都有降解作用,现已发现了大量农药降解菌及其降解的农药。以毒死蜱为例,毒死蜱在非灭菌土壤中的降解比在灭菌土壤中快得多,证明了土壤微生物对毒死蜱的降解作用。杨丽等从蔬菜大棚土壤中分离到一株能以毒死蜱为唯一碳源和能源生长的粪产碱杆菌 DSP3(Alcaligenesfaecalis DSP3),在含100 mg/L毒死蜱的土壤中,20天后该菌对毒死蜱的降解率接近100%。真菌以毒死蜱为唯一碳源,对毒死蜱浓度在20 ~200 mg/L,pH6.5 ~9.0,温度30 ~40℃时的降解效果较好。Mukherjee等利用绿藻门中的小球藻进行毒死蜱的降解实验,发现该藻不仅能够降解毒死蜱,对毒死蜱的两种降解产物 3,5,6-trichloropyridirol和 hlorpyrifosoxone也有降解效能。由于微生物种类和功能的多样性,一种毒死蜱降解菌往往可以降解多种农药,如产碱杆菌(Alcaligenes sp.)、布鲁氏杆菌(Brucella sp.)对甲基对硫磷、对硫磷、毒死蜱、辛硫磷等都有一定的降解效果。微生物的种类、数量、活性对于农药的代谢至关重要,而改善土壤的环境条件,特别是营养条件,如勤松土、少积水、多光照、多通气以及定期投加营养物等,以满足污染环境中已经存在的降解菌的生长需要,以便增强土著降解菌的降解能力。微生物降解的本质是酶促反应,即农药通过一定的方式进入细菌体内,然后在各种酶的作用下,经过一系列的生理生化反应,最终将农药完全降解或分解成分子量较小的无毒或毒性较小的化合物的过程。可降解农药的酶主要有加氧酶、脱氢酶、偶氮还原酶和过氧化物酶等。在许多情况下,农药的微生物降解是在多种酶的协同作用下完成的。因此,利用固定化酶对农药的降解研究国内外均已有报道,如颜慧等将三嗪类除草剂扑草净降解酶固定化后应用于受污染土壤的生物强化研究,结果表明,以海藻酸钠作包埋剂将降解酶固定化,纤维为最佳的添加剂,利用固定化酶对受污染的土壤进行处理6周后,土壤中扑草净的含量减少85%。
  3.2 植物修复
  利用植物能忍耐和超量积累环境中污染物的能力,通过植物的生长来清除环境中的污染物,是一种经济、有效、非破坏型的污染土壤修复方式。植物对土壤中农药的修复主要包括有3种机制:①许多植物可以直接从土壤中吸收农药等污染物进入植物体内,通过木质化作用或在植物生长代谢活动中发生不同程度的转化或降解;②植物释放到根际土壤中的酶可直接降解有关化合物,其中农药类有机污染物的降解起着重要作用的植物酶是水解酶类和氧化还原酶类等降解酶,这些酶通过氧化、还原、脱氢等方式将农药分解成结构简单的无毒小分子化合物;③植物根际与微生物的联合代谢作用,根分泌物和分解物给微生物提供营养物质,而微生物活动也促进了根系分泌物的释放,两者互惠互利,共同加速根际区农药的降解。目前,人们在利用植物对一些杀虫剂污染土壤的修复研究方面取得了一定的成果,如有机氯农药、有机磷农药以及拟除虫菊酯类农药。Lunney 等研究西葫芦、大牛毛草、紫花苜蓿、黑麦草和南瓜5种植物在温室内对DDT及其代谢产物DDE运输传导和修复能力时发现,两种葫芦科植物南瓜和西葫芦具有较强的运输和富集能力。Pereira等研究了地中海蓟和埃里卡藻对杀虫剂HCHs同分异构体的吸收和分布,在地中海蓟和埃里卡藻的组织中β-型的HCHs所占的比例最大,且地上组织比在根中的HCHs含量要大得多,这些结果对于修复HCHs污染的土壤有很重要的意义。文献报道香蒲对甲基对硫磷有很高的去除率,是一种很有应用前景的植物修复候选物。Flocco等将紫花苜蓿放在 10mg/L的保棉磷中培养,结果显示种植紫花苜蓿可以使保棉磷的半衰期由10.8天下降到3.4天。Garcinu?o 等研究表明了狭叶羽扇豆种子对杀虫剂甲萘威、苯线磷和氯菊酯有极强的保留能力。
  植物修复几类常用除草剂的研究也有一些报道。研究发现狼尾草在污染土壤中生长80天后,能将莠去津和西玛津的降解率分别提高23%和32%。Lin等发现风倾草降解了80%以上的莠去津;Kruger等研究发现地肤草可明显地吸收多年沉积的莠去津,降低土壤中生物可利用的莠去津量,且莠去津的降解不受污染土壤中其他农药存在的影响。Gaskin等研究表明在外部根际菌群与宿主植物松树共存时,对于土壤中的莠去津其修复效率比单独的植物修复高 3倍。这些研究表明利用植物降解污染土壤中的莠去津是可行的。虞云龙等通过对根际土壤和非根际土壤中丁草胺降解的研究发现,棉花、水稻、小麦和玉米的种植明显促进了丁草胺的降解,其降解半衰期缩短了26.6% ~ 57.2%。Olette 等研究了浮萍、伊乐藻和水盾草对磺酰脲类除草剂啶嘧磺隆的吸收能力,发现吸收能力从高到低依次是浮萍、伊乐藻和水盾草。Li 等研究发现,多花黑麦草能吸收氟乐灵,并在植株体内将其代谢。Conger和 Portier研究发现黑柳、北美鹅掌楸、落羽杉、黑桦及栎属植物都能有效地降解除草剂灭草松。近年来,将特定外源基因导入植物以提高植物对农药的降解效率的研究也有一些进展,如表达 CYP2B6基因的水稻植株对除草剂呋草黄的降解作用至少增强了 60倍;表达大豆CYP71A10和P450 还原酶基因的烟草植株,对苯脲型除草剂降解能力提高20% ~ 23%。植物修复具有的经济有效、绿色环保、以太阳能为驱动等优点使得该技术成为非常适合我国国情的实用技术,但是植物修复也存在其局限性,比如不能降解环境中所有的有机农药污染,且对农药浓度有要求,只有适宜浓度范围植物修复才能实现,此外植物修复周期比较长。

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