笋用竹林地有机农药污染土壤微生物修复机理研究

论文摘要

在生态与食品安全备受全社会普遍关注的大背景下,本研究以浙江省主要产竹（县）市的竹林地土壤和竹笋为研究对象,对土壤和竹笋有机农药污染状况作了深入研究,并对残留状况作出了科学评价。鉴于竹林地土壤、竹笋存在有机农药残留的现状,针对性地开展了竹林地土壤有机农药污染微生物修复、修复效果影响因子及降解微生物分离鉴定等研究工作。研究结果如下:1.竹林地土壤和竹笋有机农药残留现状竹林地土壤中共检测到17种有机农药,其中,有机氯农药及其异构体11种,拟除虫菊酯类农药2种,有机磷农药4种。HCH检出率达100%,显著高于DDT（70.37%）。甲基对硫磷检出率96.30%,拟除虫菊类农药检出率较低（62.96%）。土壤中检测出的有机农药中,除顺-氰戊菊酯残留量超过1000μg·kg-1外,其它种类农药的残留量均低于150μg·kg-1。HCH、DDT残留量均低于50μg·kg-1,有机磷农药最大残留量低于40μg·kg-1。这说明浙江省主要竹产区商品竹林土壤有机农药残留具有普遍性,有机氯、有机磷农药残留量较低,拟除虫菊酯类农药残留较高。竹笋中检测到9种有机氯农药,有机磷农药和氨基甲酸酯类农药均低于检测限。HCH和DDT检测率均达100%,在竹笋中DDT更加稳定。五氯硝基苯检出率达75%。竹笋检测出的有机氯农药残留量均低于100μg.kg-1,符合浙江省优质竹笋标准,但部分竹笋样品农药残留超过国家蔬菜水果标准（50μg.kg-1）,其中,DDT超标率17.9%,HCH超标率3.6%。综合污染指数和系统聚类分析表明,试验笋样可以分为两类,即安全类（P<1）,占82.14%,基本安全类（P=1～1.2）,占17.86%。商品竹林经营类型、经营水平和土地利用方式对竹林地土壤及竹笋有机农药残留有一定的影响,集约经营竹林显著高于粗放经营竹林,笋用竹林较毛竹笋材两用林高,山地竹林较原农业耕作地改种为竹林的低。2.竹林地有机农药残留微生物原位修复技术有机农药的原位微生物修复效果明显。使用菌剂15d内甲基对硫磷、丁硫呋喃丹、六六六三种有机农药降解率超过62%,分别达到83.08%、82.66%、62.21%,显著高于对照。雷竹林不同林分密度对甲基对硫磷微生物修复效果影响显著,在中密度下,既能获取较高的竹笋产量和经济产出,15d内甲基对硫磷降解率达84%以上。因此,应结合雷竹林丰产林分结构的建立,使竹林达到中密度水平,即立竹度12000-15000株·hm-1,再进行微生物修复。在退化雷竹林土壤中共检测到3种有机磷农药,即乐果、甲基对硫磷、乙酰甲胺磷,且随着竹林退化程度的加剧残留量升高。采用有机磷农药降解菌剂进行田间微生物修复,15d内残留降解率超过50%,最高达100%。退化程度对降解率有显著影响,随着退化程度的加剧,降解率显著下降。3.环境因子对微生物修复效果的影响环境因子温度、光照、土壤pH值、土壤含水量对有机磷农药甲基对硫磷的微生物降解有着显著的影响。虽然随着时间的推移,甲基对硫磷的降解率逐渐增加,但降解速率逐渐降低。正交试验表明温度、土壤水分、土壤pH三因子在有机磷农药甲基对硫磷微生物降解过程中起到关键作用。获得最佳修复效果的环境因子组合为:温度25℃、光照60%、土壤含水率15%、土壤pH值6.03。4.土壤养分元素含量对生物修复效果的影响通过二次正交回归设计,确立了土壤主要养分元素含量与有机磷降解菌剂对甲基对硫磷农药降解效果的关系,推导出了二次方程,5d、10d、15d的回归方程均达显著水平,其中,5d时回归方程极显著。根据回归方程,推导出5d、10d、15d最佳降解率的土壤养分元素含量分别为:氮素（N）0.112 g·kg-1、0.113 g·kg-1、0.122 g·kg-1,磷素（P2O5）0.083 g·kg-1、0.096 g·kg-1、0.093 g·kg-1,钾素（K2O）0.077 g·kg-1、0.078 g·kg-1、0.088 g·kg-1。降解率分别为62.09%、84.79%和96.13%。5.有机磷农药降解微生物分离从取自化工厂排水口附近的土壤中分离出了2株有机磷农药降解菌,定名为OPDM-1、OPDM-2,二者均属于假单胞菌属（Pseudomonas sp.）。对目标菌株OPDM-2特性研究表明,菌株对有机磷农药具有较好的降解作用,液体培养条件下,72h菌株对100mg·L-1有机磷农药乙酰甲胺磷降解率达59.72%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 农药污染及生物修复研究进展
• 1.2.1 农药污染的危害
• 1.2.2 农药污染对土壤微生物影响
• 1.2.3 农药对土壤酶活性的影响
• 1.2.4 农药污染的微生物修复
• 1.2.5 有机氯农药微生物降解研究进展
• 1.2.6 有机磷农药降解研究进展
• 1.2.7 农药微生物修复的影响因素研究
• 1.2.8 农药污染土壤的微生物修复技术应用研究
• 1.3 研究的目的意义
• 1.4 主要研究内容
• 1.4.1 浙江省主要产竹区商品竹林地土壤及竹笋有机农药污染状况及其评价
• 1.4.2 竹林土壤有机农药污染微生物原位修复技术研究
• 1.4.3 有机磷农药高效降解微生物筛选
• 1.5 重点解决问题
• 第二章 商品竹林土壤有机农药污染现状研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 样点设置与取样
• 2.1.2 土壤基本性质分析
• 2.1.3 农药残留测定
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 商品竹林土壤有机农药残留种类
• 2.2.2 商品竹林土壤有机农药残留量
• 2.2.3 竹林经营与土壤有机农药残留的关系
• 2.3 小结
• 第三章 笋用竹林土壤有机农药污染主成分分析
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 数据来源
• 3.1.2 数据处理
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 主成分识别
• 3.2.2 主成分因子识别
• 3.2.3 笋用小径竹林土壤有机农药污染因子相关性分析
• 3.2.4 笋用竹林土壤有机农药污染状况评价
• 3.3 小结
• 第四章 笋用竹笋体有机农药残留研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 样点选择
• 4.1.2 竹笋取样
• 4.1.3 农药残留测定
• 4.1.4 数据处理
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 竹笋农药残留特征
• 4.2.2 竹笋农药残留评价
• 4.2.3 竹林经营对竹笋有机农药残留的影响
• 4.3 小结
• 第五章 竹林土壤有机农药污染微生物修复技术
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 毛竹林有机农药残留土壤微生物原位修复
• 5.1.2 雷竹林林分密度对微生物修复效果的影响
• 5.1.3 退化雷竹林土壤有机磷农药残留微生物修复
• 5.1.4 农药残留测定
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 毛竹林有机农药残留土壤微生物原位修复
• 5.2.2 雷竹林林分密度对微生物修复效果的影响
• 5.2.3 退化雷竹林土壤有机磷农药残留微生物修复
• 5.3 小结
• 5.3.1 有机农药残留毛竹林土壤微生物原位修复
• 5.3.2 雷竹林林分密度对微生物修复效果的影响
• 5.3.3 退化雷竹林土壤有机磷农药残留微生物修复
• 第六章 环境因子对有机磷农药微生物降解的影响
• 6.1 材料方法
• 6.1.1 试验设计
• 6.1.2 土壤处理
• 6.1.3 农药残留测定
• 6.1.4 数据分析
• 6.2 结果分析
• 6.2.1 试验5d 时环境因子对甲基对硫磷微生物降解效果影响
• 6.2.2 试验10d 时环境因子对甲基对硫磷微生物降解效果影响
• 6.2.3 试验15d 时环境因子对甲基对硫磷微生物降解效果影响
• 6.3 小结
• 第七章 土壤养分元素含量对甲基对硫磷微生物降解效果的影响
• 7.1 材料方法
• 7.1.1 试验设计
• 7.1.2 土壤处理
• 7.1.3 农药残留测定
• 7.1.4 数据分析
• 7.2 结果分析
• 7.2.1 试验5d 时土壤养分含量组合对甲基对硫磷降解效果影响
• 7.2.2 试验10d 时土壤养分元素含量对甲基对硫磷降解效果影响
• 7.2.3 试验15d 时土壤养分元素含量对甲基对硫磷降解效果影响
• 7.3 小结
• 第八章有机磷农药降解菌的分离筛选与鉴定
• 8.1 材料与方法
• 8.1.1 供试土壤来源
• 8.1.2 供试试剂及农药
• 8.1.3 实验仪器
• 8.1.4 培养基
• 8.1.5 菌株分离方法
• 8.1.6 菌种鉴定
• 8.1.7 酶抑制法测定有机磷农药残留
• 8.1.8 菌株OPDM-2 降解特性研究
• 8.2 结果与分析
• 8.2.1 酶抑制法测定有机磷农药残留
• 8.2.2 菌种筛选
• 8.2.3 降解菌的培养特征及生理生化鉴定
• 8.2.4 培养基优化
• 8.3 小结
• 第九章 结论与展望
• 9.1 结论
• 9.1.1 竹林地土壤和竹笋有机农药残留现状及其评价
• 9.1.2 竹林地土壤有机农药残留微生物原位修复技术
• 9.1.3 有机磷农药高效降解微生物筛选
• 9.2 讨论与展望
• 9.2.1 竹林地土壤和竹笋有机农药残留
• 9.2.2 竹林地有机农药残留微生物原位修复技术
• 9.2.3 有机磷农药降解微生物分离
• 参考文献
• 在读期间的学术研究
• 致谢