磺酰脲類除草劑土壤殘留降解方式研究進(jìn)展

張曉瑋

（阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院生化工程系 安徽 阜陽 236031）

磺酰脲類除草劑土壤殘留降解方式研究進(jìn)展

張曉瑋

（阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院生化工程系 安徽 阜陽 236031）

磺酰脲類除草劑是一種能有效防除闊葉雜草的除草劑，它具有低毒和高選擇性的優(yōu)點。但殘留藥害十分突出，較易影響地表水的水質(zhì)，所以，其在生態(tài)方面、尤其是土壤中的安全性受到人們的高度重視。本文從磺酰脲類除草劑的簡況、在土壤中的環(huán)境行為以及影響其降解的因素等方面進(jìn)行了綜述，最后對采用微生物降解磺酰脲類除草劑和通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)解決除草劑的殘留藥害進(jìn)行了展望。

磺酰脲類除草劑；土壤殘留；降解

除草劑的運用一方面有利于農(nóng)作物產(chǎn)量的提升，另一方面還大幅減少了人力除草的工作量?；酋ｋ孱惓輨┦悄壳笆澜缟鲜褂昧孔畲蟮囊活惓輨褟V泛應(yīng)用于禾本科作物的田間除草。但其具有較高的除草活性，易對后續(xù)作物產(chǎn)生不良影響[1]；同時，由于長期使用，其功能靶標(biāo)單一，導(dǎo)致了雜草抗藥性、耐藥性的提升[2-3]，為此，怎樣解決此類除草劑在耕地土壤中的殘留問題受到多方面的重視。作者就此問題的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1.磺酰脲類除草劑概況

上世紀(jì)70年代后期，美國的著名企業(yè)杜邦等發(fā)明首個磺酰脲類除草劑品種氯磺隆之后[3]，該除草劑由于其使用數(shù)量少、毒性有限、容易分解等特性，變成國際上首屈一指的除草劑品種。迄今為止，歐美和日韓等已研發(fā)且在市場上推廣40種左右的磺酰脲類除草劑。南大農(nóng)藥國家工程研究中心耗費10多年研發(fā)的磺酰脲類除草劑，以效果顯著、毒性小、對生態(tài)污染有限的特點，便成為國內(nèi)農(nóng)藥研制歷史上的重要標(biāo)志，也讓中國變成全球第七個享有自主研制新農(nóng)藥能力的國家[4]。國內(nèi)運用較多的磺酰脲類除草劑類型有芐嘧磺隆、氯磺隆、苯磺隆、氯嘧磺隆、芐嘧磺隆、甲磺隆、吡嘧磺隆。

2.磺酰脲類除草劑在土壤中的環(huán)境行為

2.1 磺酰脲類除草劑在土壤中的吸附與解吸行為

磺酰脲類除草劑在土壤中的吸附原理繁雜，不但有配體交換、范德華力系數(shù)、氫鍵結(jié)合，還包括有機(jī)物間的疏水結(jié)合、離子交換吸附、靜電吸附等[5]。學(xué)者程薇[6]等檢測了濃度各異的芐嘧磺隆在十種不同土壤中的吸附行為和解吸行為。得出結(jié)論：土壤對芐嘧磺隆有顯著的吸附性，并且伴隨試驗土壤理化屬性的差異吸附行為也體現(xiàn)出顯著差別。酸堿值和吸附水平體現(xiàn)為明顯負(fù)相關(guān)，也就是PH值愈高的土壤吸附率愈低，PH值愈小的土壤吸附率愈高。學(xué)者Walker A等[7]通過探究指出，除草劑的解吸成效和土壤中含有的微生物有密切關(guān)系，伴隨土壤的逐漸加深，微生物數(shù)目大幅降低，除草劑的解吸行為減弱。

2.2 磺酰脲類除草劑在土壤中的降解行為

磺酰脲類除草劑在土壤中大致利用2種方式降解，一種是化學(xué)水解，還有一種是生物降解，并且此2種方式并非單獨實施，而是互相影響，一同發(fā)揮作用[5]。

土壤酸堿水平對磺酰脲類除草劑的化學(xué)降解影響較大。在PH較小時，除草劑化學(xué)水解釋放二氧化碳；在PH值較高達(dá)到堿性的狀況下，重點是雜環(huán)上烷氧基的親核替代構(gòu)成羥基化的雜環(huán)及芳環(huán)部分酯鍵的水解[5]。

磺酰脲類除草劑降解時微生物發(fā)揮不可忽視的效能。這里所說的微生物大致有真菌、放線菌、細(xì)菌。對同個品種的除草劑來說，在不同的環(huán)境下，微生物降解的效能是不一樣的[5]。參與磺酰脲類除草劑降解的微生物主要有放線菌、細(xì)菌、真菌（見下表）。

表1 可降解磺酰脲類除草劑的微生物種類[8]

從表1中得知，能夠降解磺酰脲類除草劑的微生物大多具有多重活性，即同一種微生物能使多種磺酰脲類除草劑得到降解；同時不同的微生物也能降解相同品種的磺酰脲類除草劑。

3.影響磺酰脲類除草劑微生物降解的要素

由當(dāng)前研究結(jié)果可知，磺酰脲類除草劑的降解和微生物關(guān)系密切，一切對微生物活性產(chǎn)生影響的情況均對它們的降解產(chǎn)生影響。比如一些環(huán)境因子，像pH值、溫濕度和土壤等，此外磺酰脲類除草劑本身的結(jié)構(gòu)也決定著其降解速度。

3.1 pH值

磺酰脲類除草劑微生物降解的主要因素是pH值。首先，微生物類別和數(shù)目在很大程度上被酸堿值影響，其的降解性能就會發(fā)生改變；其次，磺酰脲類除草劑可以被不同的pH值影響其存在方式。在PH值過小與中性狀況下，磺酰脲類除草劑大多以中性方式存在，此種方式對水解的靈敏度較高，較易水解，所以此類除草劑在PH值過低狀況下比在PH值過高或者中性狀況下水解的速度更快[8]；可是在堿性環(huán)境下，磺酰脲類除草劑大多以陰離子方式存在，具有顯著的水溶性，此種存在方式不容易水解，這個時候磺酰脲類除草劑的降解重要依托微生物的性能[9]。

3.2 溫濕度

對于磺酰脲類除草劑在土壤中的降解速度，溫濕度是不可忽視的因素。學(xué)者Thirunarayanan等[10]研究指出在酸堿值為pH7.7的土壤中，含水率達(dá)到75%的狀況下，氣溫從10攝氏度上升為40攝氏度時，氯磺隆的半衰期從229天減少為62.5天。學(xué)者Dinelli[11]等探究了四種磺酰脲除草劑的降解速率和氣溫的關(guān)系后指出，氣溫愈高，降解半衰天數(shù)愈少。此外還有學(xué)者指出在酸堿值為6.4的土壤中，含水率由25個百分點提升到75個百分點的情況下，醚苯磺隆的半衰期由73天減少為20天，而氣溫由21攝氏度提升為35攝氏度時，降解速率提升了50%到 100%[9]。

3.3 其他因素

除上述影響外，其他的如化合物本身的結(jié)構(gòu)、氧氣供應(yīng)、施用時間及用量、降雨量、土壤類別、土壤有機(jī)物質(zhì)含有數(shù)量等均會對磺酰脲類除草劑在土壤中的降解速度產(chǎn)生一定的影響。學(xué)者Jang等[12]探究了芐嘧磺隆在砂性土壤與粘性土壤中的移動與降解速率，指出和砂性土壤比較，芐嘧磺隆在粘性土壤中的降解期更長，可是其移動速率低于砂性土壤。學(xué)者Tang等[13]探究了單嘧磺隆在土壤中的吸附和降解行為，得出結(jié)論：在不一樣的土壤中，單嘧磺隆的吸附性能有所差異，主要取決于土壤的性質(zhì)，土壤中含有的有機(jī)質(zhì)通常被看做單嘧磺隆吸附差別的主要要素，而且單嘧磺隆在土壤中的吸附性能伴隨酸堿值的增高而減弱?？偠灾酋ｋ孱惓輨┰跍囟容^高、日照時間長、含水量高、酸堿值較低的土壤中降解比較迅速，在溫度第、日照時間短、含水量少、酸堿值高的土壤中降解較為緩慢。

4.結(jié)語

盡管除草劑能夠有效抑制雜草的生存，可是較易讓其產(chǎn)生耐藥性，而且容易對后茬作物產(chǎn)生不良影響，另外還會對地表水造成污染。為此殘留藥害的安全、有效的途徑之一，即以基于微生物修復(fù)理論的農(nóng)藥殘留分解技術(shù)，此種技術(shù)具有環(huán)境友好、安全、無殘留等優(yōu)勢。此技術(shù)利用微生物把未降解的的磺酰脲類除草劑轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸寂c水等對生態(tài)沒有影響的物質(zhì)。當(dāng)前對微生物降解磺酰脲類除草劑的研究還局限在菌種的篩選等方面，研究還有待深入。

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S5-3

A

2095-7327（2017）-10-0164-02

安徽省教育廳自然科學(xué)重點項目《生態(tài)農(nóng)業(yè)模式下淮北地區(qū)沼液中微生物多樣性分析及土壤修復(fù)性能的研究》（KJ2015A365）。

張曉瑋（1978.10—），男，漢族，碩士，阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院生化工程系副教授，主要從事植物保護(hù)及微生物等方面研究工作。