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烟区土壤中除草剂残留研究进展及降低残留药害的探讨(1)


烟区土壤中除草剂残留研究 进展及降低残留药害的探讨
赣州市烟草科学研究所 钟秋瓒 陈荣华 申昌优 2011.10.29

一、背景
1、烟草是对除草剂较为敏感的一类 作物,早在2001 作物,早在2001 年,江西、广东、湖 江西、广东、 云南等主要烟区, 南、云南等主要烟区,零星地发现土壤 中除草剂残留引起的药害。 中除草剂残留引起的药

害。随着除草剂 在烟草上的广泛使用, 在烟草上的广泛使用,烟区土壤中除草 剂残留药害发生面积和受害程度逐年扩 一旦发生,呈整块田同时发生药害。 大,一旦发生,呈整块田同时发生药害。

2、产生药害的症状主要表现: 产生药害的症状主要表现:

叶片畸形、黄化、白化等; 叶片畸形、黄化、白化等;有的似 黄花菜状、花叶状或鼠尾状; 黄花菜状、花叶状或鼠尾状;老叶片枯 新叶正常;生长停滞,幼苗皱缩, 焦,新叶正常;生长停滞,幼苗皱缩, 植株矮小严重的会出现死亡 。

药害症状

百草枯药害

草甘膦药害

苯氧羧酸类除草剂药害( 苯氧羧酸类除草剂药害(2甲4氯)

三嗪类除草剂药害 莠灭净、 莠灭净、莠去津等

3、当前烟草除草剂药害问题已成为 烟草行业越来越关注的焦点, 烟草行业越来越关注的焦点,而烟区土 壤除草剂残留是烟草除草剂药害的一个 重要因素,自然也备受关注。 重要因素,自然也备受关注。

二、烟区土壤中除草剂残留研究进展
除草剂的广泛使用, 除草剂的广泛使用,节省了大量劳 动力,增加了农作物产量, 动力,增加了农作物产量,给农业生产 带来巨大的经济效益。但是, 带来巨大的经济效益。但是,除草剂在 土壤中的残留毒性, 土壤中的残留毒性,对后茬作物烟草可 产生危害。 产生危害。

1、 异丙甲草胺在土壤中的残留质量分数 e-0.0383t,相关系数r=0.9831 r=0.9831, Ct=11.809 e-0.0383t,相关系数r=0.9831, 半衰期为18.1 李荣玉等 半衰期为18.1 d (李荣玉等); 异丙甲草胺在土壤中的半衰期分别为10.30 d、 异丙甲草胺在土壤中的半衰期分别为10.30 d、 d;施药量100 11.12 d;施药量100 g/667m2 ~ 150 g/667m2 , 土壤中残留为0.004 0.004~ 土壤中残留为0.004~0.052 mg/kg。说明异丙甲草 胺是易降解农药,在正常条件下, 胺是易降解农药,在正常条件下,烟草上使用是安 全的(刘少平等 全的(刘少平等); 异丙甲草胺在施药后,如遇干旱高温天气, 异丙甲草胺在施药后,如遇干旱高温天气,残 留对后茬轮作物烟草作物会产生一定的药害( 留对后茬轮作物烟草作物会产生一定的药害(陈国 参等)。 这些结论可为烟叶安全生产与评价提供依据。 这些结论可为烟叶安全生产与评价提供依据。

2、 在稻田施用一次二氯喹啉酸后,种植烟草 在稻田施用一次二氯喹啉酸后, 的安全间隔期342d 342d; 的安全间隔期342d;当水稻田施用二氯喹啉 酸后,下茬种植烟草将会产生烟叶畸形生长。 酸后,下茬种植烟草将会产生烟叶畸形生长。 根据研究结果, 根据研究结果,他们提出前茬作物停止使用 含有二氯喹啉酸等有害成份的农药建议, 含有二氯喹啉酸等有害成份的农药建议,基 本消除了烟叶畸形生长的现象; 本消除了烟叶畸形生长的现象; 试验中还发现其它的农药如二甲四氯及其 与磺酰脲混配的除草剂, 与磺酰脲混配的除草剂,也有可能引起烟叶畸 形生长(陈泽鹏等 形生长(陈泽鹏等)。

3、硝磺草酮在正常农作条件下,半衰期5~l5 硝磺草酮在正常农作条件下,半衰期5 一般不会对后茬作物造成不良影响, 天,一般不会对后茬作物造成不良影响,但 在土壤有机质含量较低的沙质土中, 在土壤有机质含量较低的沙质土中,下茬作 物烟草易发生残留毒害;在研究中, 物烟草易发生残留毒害;在研究中,也发现 水田使用二氯喹啉酸对后茬作物烟草引起药 害尤为突出(梁志刚等 害尤为突出(梁志刚等)。

4、水稻田上年使用过二氯喹啉酸单、复方制 水稻田上年使用过二氯喹啉酸单、 剂和二甲四l氯除草剂, 剂和二甲四l氯除草剂,残留土壤对下年所种 烟叶生长产生毒害, 烟叶生长产生毒害,表现为整块烟田受害均 匀一致,或明显随水流方向变化, 匀一致,或明显随水流方向变化,轻者旺长中 后期出现毒害症状,影响上部叶片, 后期出现毒害症状,影响上部叶片,重者烟 苗团棵时即出现毒害症状,造成绝收( 苗团棵时即出现毒害症状,造成绝收(梁许 清) 。

5、到目前为止,研究发现烟区土壤中除草剂 到目前为止, 残留易对后茬作物烟草发生残留药害有以下 除草剂: 除草剂:

二氯喹啉酸、 二氯喹啉酸、二甲四氯苯氧羧酸类除草 )、百草枯 草甘膦、 百草枯、 剂(2甲4氯)、百草枯、草甘膦、苯氧基除 草剂( D)、三嗪类除草剂(莠灭净、 草剂(2,4-D)、三嗪类除草剂(莠灭净、莠 去津)和氯乙酰胺类(乙草胺、 去津)和氯乙酰胺类(乙草胺、异丙甲草 胺)。

三、降低烟区土壤除草剂残留药害 的途径
除草剂在烟区土壤中的残留药害问 题引起了烟草界的普遍, 题引起了烟草界的普遍,解决药害的手 段与方法不断地被提出和更新, 段与方法不断地被提出和更新,其中利 微生物降解土壤中除草剂残留和 土壤中除草剂残留和除草 用微生物降解土壤中除草剂残留和除草 剂解毒剂的研究已成为近年来讨论比较 剂解毒剂的研究已成为近年来讨论比较 热烈的问题, 热烈的问题,国内外已有相关的研究报 道。

1、微生物降解

近年来农药残留的微生物降解是热门的 研究方向。 研究方向。农药降解微生物主要是从长期接 触该农药的土壤、 触该农药的土壤、水体或污泥等污染环境中 直接分离筛选或经富集培养获得。 直接分离筛选或经富集培养获得。即以目标 农药为微生物生长的限制性底物, 农药为微生物生长的限制性底物,在这种选 择条件下可获得或诱发出降解目标。 择条件下可获得或诱发出降解目标。 目前已研究的除草剂有: 目前已研究的除草剂有:莠去津 、2, 咪唑啉酮类除草剂等。 4-D 、草甘膦 、咪唑啉酮类除草剂等。

除草剂残留微生物降解技术是一项新型的生物 修复技术。李顺鹏带领的南京农业大学研究团队以农 修复技术。李顺鹏带领的南京农业大学研究团队以农 药残留降解菌为主要成分制成农药残留降解剂, 药残留降解菌为主要成分制成农药残留降解剂,利 用降解菌产生的酶类来降解土壤中除草剂残留, 用降解菌产生的酶类来降解土壤中除草剂残留,此 项成果已实现了工业化生产,生产出“农药净” 项成果已实现了工业化生产,生产出“农药净”系列 产品。 产品。 目前, 目前,微生物降解已成为一项有效治理长效残 留除草剂的手段, 留除草剂的手段,有必要更多研究除草剂在烟区土壤 中的微生物降解种类、降解机制、降解特性、 中的微生物降解种类、降解机制、降解特性、影响因 降解效果, 素、降解效果,通过改变烟区土壤的一些特性或施加 优势降解菌来加速其降解, 优势降解菌来加速其降解,减少其长期残留对后茬作 物烟草的药害。因此, 物烟草的药害。因此,微生物对烟区污染土壤的修 复,特别是优势降解菌的筛选和应用成为促进除草剂 在烟区土壤中降解的研究方向。 在烟区土壤中降解的研究方向。

2、解毒剂 为解决除草剂的药害问题, 60年代起 为解决除草剂的药害问题,从60年代起 人们开始研究除草剂的解毒剂。 人们开始研究除草剂的解毒剂。除草剂解毒 剂这一概念是Hoffmann 剂这一概念是Hoffmann在多年研究的基础上 Hoffmann在多年研究的基础上 1962年提出的[22], 年提出的[22] 于1962年提出的[22],解毒剂 (antidotes) (safeners)、拮抗(antagonist) 又称安全剂 (safeners)、拮抗(antagonist) 以及保护剂(protectant) 简单说来, (protectant), 以及保护剂(protectant),简单说来,是指 用来保护作物免受除草剂的药害, 用来保护作物免受除草剂的药害,从而增加 作物的安全性和改进杂草防除效果的化合物。 作物的安全性和改进杂草防除效果的化合物。

2.1在烟稻轮作地区, 2.1在烟稻轮作地区,试验研究了除草安全剂奈安对 在烟稻轮作地区 烟株生长发育的影响,试验表明: 烟株生长发育的影响,试验表明: 叶面喷施奈安在一定程度上可分解除草剂的残 缓解烟叶体内的药害, 留,缓解烟叶体内的药害,但在土壤残 留较重的情 况下, 况下,尤其是团棵前就表现药害症状的仅采用叶面 喷施奈安,缓解作用不大。 喷施奈安,缓解作用不大。 土壤处理加叶面处理的结果却明显好于仅叶面 处理,其原因可能是奈安施入土壤中,能与残留土 处理,其原因可能是奈安施入土壤中, 壤除草剂发生某种化学反应,从而降低毒性, 壤除草剂发生某种化学反应,从而降低毒性,减轻 除草剂在烟株体内的积累,从而减轻对烟株的危害。 除草剂在烟株体内的积累,从而减轻对烟株的危害。 而叶面喷施奈安的作用较小的主要原因可能是奈安 在烟株体内分解残留土壤除草剂的速度要慢于根系 吸收残留土壤除草剂所积累的速度, 吸收残留土壤除草剂所积累的速度,所以逐渐造成 危害(周梅荣) 危害(周梅荣)。

2.2为了缓解土壤中二氯喹啉酸残留对烟 2.2为了缓解土壤中二氯喹啉酸残留对烟 草生长的影响, 草生长的影响, 评价其解毒的效果:采 用盆栽试验,模拟田间施用二氯喹啉酸 的不同的剂量,混土处理可造成烟草畸 形生长,并且随着质量分数的加大, 形生长,并且随着质量分数的加大,畸形 症状加重。 选用赤霉素、植保素、油菜素内酯、 选用赤霉素、植保素、油菜素内酯、 水杨酸、生石灰和活性炭对畸形烟草进 水杨酸、生石灰和活性炭对畸形烟草进 行解毒试验(陈泽鹏等)。 陈泽鹏等

解毒试验结果表明: 解毒试验结果表明: 生石灰施用量为 用量为300 当生石灰施用量为300 kg/hm2和600 kg/hm2时,虽生石灰对二氯喹啉酸引起的烟草 畸形有一定的减轻症状作用, 畸形有一定的减轻症状作用,但不能使烟草恢 复正常。 活性炭质量分数为 质量分数为93.75 复正常。当活性炭质量分数为93.75 kg/hm2 烟草生长正常, 时,烟草生长正常,畸形症状可恢复到正常 的生长水平,继续增大活性炭的用量, 的生长水平,继续增大活性炭的用量,对烟 草生长不产生不良影响(陈泽鹏等) 草生长不产生不良影响(陈泽鹏等)。 该解毒效果研究对残留二氯喹啉酸的土 壤处理具有指导意义。 壤处理具有指导意义。

随着除草剂研制、开发和使用时间的延 随着除草剂研制、 暴露出来的问题也日益增多, 长,暴露出来的问题也日益增多,尤其是除 草剂的药害问题越来越突出,因此除草剂解 草剂的药害问题越来越突出,因此除草剂解 毒剂的研发和应用就成为了迫切需要解决的 毒剂的研发和应用就成为了迫切需要解决的 问题。 问题。

3、其他措施 除了应用微生物降解和解毒剂以降低除 草剂残留药害外,还必须配以其他措施, 草剂残留药害外,还必须配以其他措施,改 善烟草生长条件: 善烟草生长条件: 如采取耕作措施 疏松土壤, 耕作措施, 如采取耕作措施,疏松土壤,排水降 提高土壤透气性,改善土壤呼吸作用; 渍,提高土壤透气性,改善土壤呼吸作用; 根据作物生长状况,适时喷施一些速效肥 速效肥, 根据作物生长状况,适时喷施一些速效肥, 如磷酸二氢钾混入适量氮肥进行叶面喷施; 如磷酸二氢钾混入适量氮肥进行叶面喷施; 一些多元素复合叶面肥和腐殖酸类 多元素复合叶面肥和腐殖酸类有较明显 一些多元素复合叶面肥和腐殖酸类有较明显 减轻或者缓解药害的作用, 减轻或者缓解药害的作用,如因磺酰脲类引 起的药害,及时叶面喷施绿勃康、黄腐酸盐、 起的药害,及时叶面喷施绿勃康、黄腐酸盐、 稀土等,可起到较好的效果; 稀土等,可起到较好的效果;

喷施一些助长及助壮的植物生长调节剂 喷施一些助长及助壮的植物生长调节剂,如 植物生长调节剂, 喷施赤霉素,云苔素内酯等对2 丁酯和2 喷施赤霉素,云苔素内酯等对2、4-D丁酯和2 氯等造成的药害有缓解药害程度的作用。 甲4氯等造成的药害有缓解药害程度的作用。

四、展望
1、利用DNA重组技术,构建工程菌,改造微 利用DNA重组技术,构建工程菌, DNA重组技术 生物降解能力。 生物降解能力。
DNA重组技术 recombinantDNAtechnique) DNA重组技术(recombinantDNAtechnique)又 重组技术( 称遗传工程,在体外重新组合(DNA)分子, 称遗传工程,在体外重新组合(DNA)分子,并使它 们在适当的细胞中增殖的遗传操作。 们在适当的细胞中增殖的遗传操作。这种操作可把 特定的基因组合到载体上, 特定的基因组合到载体上,并使之在受体细胞中增 殖和表达。 殖和表达。

分子生物学的迅猛发展为农药降解菌从实验 室走向实际应用提供了可能。 室走向实际应用提供了可能。人们寄希望通过基因 工程技术将农药降解酶基因或降解质粒克隆到合适 的宿主菌中并使其高效表达,构建“ 的宿主菌中并使其高效表达,构建“高效农药降解 为农药的微生物降解开辟一条新途径。 菌”,为农药的微生物降解开辟一条新途径。这一 领 域已成为当今环境生物技术的研究热点之一, 域已成为当今环境生物技术的研究热点之一,也是 今后工作的重点。 今后工作的重点。 Richard等构建的带有有机磷水解酶基因的 等构建的带有有机磷水解酶基因的工程 Richard等构建的带有有机磷水解酶基因的工程 大肠杆菌能够快速降解有机磷农药 能够快速降解有机磷农药。 大肠杆菌能够快速降解有机磷农药。沈标等采用三 亲接合法成功地将带有lux AB基因的Ptrl02质粒转 基因的Ptrl02 亲接合法成功地将带有lux AB基因的Ptrl02质粒转 甲基1605降解菌DLL 1605降解菌DLL入甲基1605降解菌DLL-1中,获得的接合子荧光非常 而且标记质粒非常稳定。此外,除草剂2 强,而且标记质粒非常稳定。此外,除草剂2,4-D 降解质粒、莠去津降解酶基因等已成功地克隆表达 降解酶基因等已成功地克隆表达。 降解质粒、莠去津降解酶基因等已成功地克隆表达。

目前的研究发现,降解酶往往比产生这类酶的 目前的研究发现, 微生物菌体更能忍受异常环境条件, 微生物菌体更能忍受异常环境条件,而且酶的降解 效果远胜于微生物本身。 效果远胜于微生物本身。降解酶基因经过生物工程 技术改造之后,可以高效表达, 技术改造之后,可以高效表达,这样就显著提高了 对除草剂的降解率。 对除草剂的降解率。 从被有机磷农药污染的土壤中筛选出了能够降 解多种有机磷农药的细菌, 解多种有机磷农药的细菌,从中克隆出了有机磷降 解酶的编码基因, 解酶的编码基因,并成功地利用毕赤酵母高效表达 了有机磷降解酶, 6g/ 了有机磷降解酶,有机磷降解酶表达量达到 6g/L 以上, 以上,这是国内外目前报道的有机磷降解酶最高的 表达量。 表达量。

目前,改造后的工程菌,主要应用以下两方面: 目前,改造后的工程菌,主要应用以下两方面: 首先, 首先,直接将人工快繁的工程菌株施用到已受 污染的土壤小环境中,来迅速降解除草剂。 污染的土壤小环境中,来迅速降解除草剂。南京农 业大学和中国科学院动物研究所在有机磷农药降解 微生物的筛选、 微生物的筛选、菌株的基因改造方面都取得了很大 进展。 进展。 其次,还可以通过工程菌得到降解酶, 其次,还可以通过工程菌得到降解酶,制成酶 制剂,进而施用到已受污染的土壤小环境中。 制剂,进而施用到已受污染的土壤小环境中。用微 生物产生的酶来处理农药残留而不是直接使用微生 物菌株, 物菌株,那么对环境造成威胁或潜在威胁的风险即 可降低。 可降低。

2、利用生物测定技术评价土壤中残留的 利用生物测定技术 生物测定技术评价土壤中残留的 除草剂对后茬作物烟草的毒害。 除草剂对后茬作物烟草的毒害。
除草剂生物测定(Bioassay) 除草剂生物测定(Bioassay)是通过测定除草剂 (Bioassay)是通过测定除草剂 对生物影响程度,来确定它的生物活性、毒力等。 对生物影响程度,来确定它的生物活性、毒力等。 在人参的生产上,利用生物测定技术, 在人参的生产上,利用生物测定技术,评价土 壤中残留的除草剂的毒害,已有报道, 壤中残留的除草剂的毒害,已有报道,技术非常成 熟。 在烟草生产上,目前,华南农大已经开始尝试: 在烟草生产上,目前,华南农大已经开始尝试: 0.0005~ 采用生物测定技术,发现二氯喹啉酸在0.0005 采用生物测定技术,发现二氯喹啉酸在0.0005~5 mg/L浓度范围内 烟苗的根短、茎长、鲜重轻, 浓度范围内, mg/L浓度范围内,烟苗的根短、茎长、鲜重轻,根 长和烟芽鲜重明显受到抑制;在浓度为5 mg/L时 长和烟芽鲜重明显受到抑制;在浓度为5 mg/L时, 畸形苗率达35 畸形苗率达35 %。

3、 培育抗除草剂品种。 培育抗除草剂品种 抗除草剂品种。
通过可降解除草剂微生物得到降解酶, 通过可降解除草剂微生物得到降解酶,逆转 得到其cDNA 克隆抗性基因, cDNA, 录,得到其cDNA,克隆抗性基因,进而进行抗农药 转基因作物的转育。 转基因作物的转育。抗除草剂转基因大豆和芥菜等 许多转基因作物就是通过这种方法得到了相应的抗 性基因。 性基因。 目前,在实验室培育抗除草剂的烟草主要有: 目前,在实验室培育抗除草剂的烟草主要有: 草甘膦、 咪唑啉酮、 磺酰脲类、 溴苯腈、 抗草甘膦、抗咪唑啉酮、抗磺酰脲类、抗溴苯腈、 阿特拉津、 莠去津、 抗阿特拉津、抗莠去津、抗2,4-D等。

随着人类对土壤中除草剂残留药害问题 认识的深化,合理使用除草剂, 认识的深化,合理使用除草剂,配以微生物 土壤修复、 土壤修复、除草剂解毒剂的使用和烟草科学 耕作等措施推广应用, 耕作等措施推广应用,烟草避免土壤残留药 害发生是完全可能的 。

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