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南京土壤所在新型農藥的土壤生態安全影響研究方面取得新進展

2021-06-03 分享到:

新型農藥的應用正快速推進,但其生態安全性評價卻相對滯後。以往開展農藥的環境安全評價通常關注其在環境中的殘留、移動、富集及其對陸地生物(一般是動物)的毒性與危害。然而,農藥釋放進入土壤後,對土壤微生物群落和生態功能産生何種影響,卻一直未能得到足夠重視和清楚認識,這嚴重影響了農藥的生態安全性科學評價。以土壤微生物做爲敏感指標,研究新型農藥對生態環境的影響,將對正確理解新型農藥的環境行爲以及科學評價其生態安全性有重要的理論和實踐意義。

中國科學院南京土壤研究所李忠佩研究团队围绕新型农药-氯虫苯甲酰胺(CAP)的生态安全影响问题开展了系列工作。首先选取我国亚热带三种母质发育的典型水稻土,设置不同施药水平,观测了CAP在不同土壤中的降解动力学特征,分析了其降解过程对土壤微生物群落和活性的影响。研究发现,较低施药量下(1mg/kg),降解初期CAP会抑制土壤基础呼吸、微生物代谢熵、酸性磷酸酶和蔗糖转化酶活性,并且对土壤微生物碳源代谢活性和细菌群落结构产生显著影响;但降解后期土壤微生物群落、活性和功能会逐渐恢复(Ecotoxicology and Environmental Safety,2017)。然而,高施药量(10mg/kg)下,CAP对土壤微生物碳源代谢和细菌群落结构则会产生较大和较长时间的影响,很难恢复(Science of The Total Environment,2018)。

上述研究雖然明確了CAP本身對土壤微生物群落的影響,但仍缺乏CAP降解産物影響的了解。對此,該研究團隊首先通過HPLC確定了CAP降解過程中的兩個主要轉化産物,並通過半制備色譜分離純化得到了兩個轉化産物Z1,Z2(圖1),然後通過1H-NMR、13C-NMR、HRMS等谱图解析了他们的化学结构。随后,通过培养试验,比较了CAP、Z1、和Z2对土壤微生物群落的影响。研究发现,三者对土壤微生物群落均有潜在危害,但是他们对于土壤微生物的α-多样性、β-多样性、微生物共存网络的影响大小不同。其中,Z2对土壤微生物的影响更大,要大于CAP本身,而Z1的影响要小于CAP。因此,对新型农药的土壤生态安全评价不能忽视降解转化产物的影响。该研究结果已在线发表在Journal of Hazardous Materials(2021)上。

以上系列研究論文均以吴萌副研究员和李忠佩研究员分别为第一作者和通讯作者。研究得到了国家自然科学基金面上项目和青年基金项目资助。

文章鏈接:1,2,3

 

氯蟲苯甲酰胺及其轉化産物的風險評價