二甲四氯胺盐除草剂在稻田环境中的残留及消解动态

在湖南长沙、浙江杭州和贵州贵阳采用田间试验方法,研究了除草剂二甲四氯胺盐在水稻及稻田环境中的残留及消解动态。稻田水、土壤、植株用二氯甲烷和酸溶液混合提取,稻米采用甲醇和水混合提取,经HPLC测定。结果表明,二甲四氯胺盐在稻田水、土壤、鲜植株、糙米样品中的添加回收率均大于80%。在稻田水中二甲四氯胺盐的半衰期为5.75~6.76 d,土壤中二甲四氯胺盐半衰期为6.67~7.38 d,在水稻鲜植株中二甲四氯胺盐半衰期为5.50~6.68 d,降解较快。收获的水稻糙米中二甲四氯胺盐的残留量均未检出。二甲四氯胺盐在糙米中最高残留限量(MRL值)推荐值为0.1 mg/kg。建议75%二甲四氯胺盐水剂的使用剂量为600 g/hm2,施药1次,在正常收获期收获水稻是安全的。     

氟虫双酰胺在水稻和稻田中的残留动态研究

采用超高效液相色谱法(UPLC)测定了氟虫双酰胺19.8%悬浮剂(SC)在水稻及稻田环境中的残留动态.结果表明,当氟虫双酰胺及其代谢产物NNI-des-iodo的添加量为0.05～1.0 mg·kg-1时,其在水稻田土壤、田水、稻秆、稻米和稻壳中的平均回收率为78.2%～104.8%,变异系数为1.1%～4.4%.氟虫双酰胺在2011年三地(福建福州、天津、江苏南京)的稻田水中的降解半衰期为9.8～17.3 d,土壤中10.8～22.4 d,植株中7.6～17.3 d,其在稻田水样品中检出了代谢产物NNI-des-iodo,而在土壤和植株样品中未检出.在推荐使用剂量下,于末次施药10 d后,氟虫双酰胺在水稻稻米中的残留量均低于美国规定的在稻谷上的最大残留允许量(0.5 mg·kg-1).     

稻田环境与除草剂去草胺降解速率的关系

在稻田自然环境中,去草胺乳油和颗粒剂的残留半衰期,在田水中分别为1.65—2.84d和5.78—6.30d,在土壤中分别为2.67—5.33d和4.95—6.30d.经过水稻一个生育期,去草胺在糙米等样品中的最终残留量均降至可检水平以下.土壤微生物对去草胺的降解起着主导性的作用,在灭菌和不灭菌土壤中的残留半衰期分别为433d和18.50—29.40d.去草胶在涂土等四类不同属性的土壤中的渗漏性大小顺序,依次为涂土、小粉土、青紫泥和红壤.     

稻田环境与除草剂去草胺降解速率的关系

在稻田自然环境中,去草胺乳油和颗粒剂的残留半衰期,在田水中分别为1.65-2.84d和5.78-6.30d,在土壤中分别为2.67-5.33d和4.95-6.30d.经过水稻一个生育期,去草胺在糙米等样品中的最终残留量均降至可检水平以下.土壤微生物对去草胺的降解起着主导性的作用,在灭菌和不灭菌土壤中的残留半衰期分别为433d和18.50-29.40d.去草胶在涂土等四类不同属性的土壤中的渗漏性大小顺序,依次为涂土、小粉土、青紫泥和红壤.     

二氯喹啉酸在稻田水、土壤和作物中残留动态研究

二氯喹啉酸为高效、低毒新型除草剂,在天津和吉林２年２地水田残留实验结果表明,此药在田水和茎叶中消解很快。二氯喹啉酸在田水中的半衰期分别为０．８ｄ（天津）和２ｄ（吉林）。在茎叶中的半衰期小于１ｄ。该农药在土壤中残留较低,消解较快,半衰期约为６ｄ;在土肿未检出二氯喹啉酸代谢物,按推荐剂量４２１．５－５２５ｇ／ｈｍ＾２,施药１次,施药间隔期为９６－１０５ｄ,糙米中二氯喹啉酸残留量均小于０．００５ｍｇ／ｋ     

毒死蜱在小麦植株及土壤环境中的残留特性

通过盆栽试验,利用固相萃取和气相色谱氮磷检测器分析方法研究了有机磷农药毒死蜱在小麦植株及其生长土壤中的残留特性. 结果表明:毒死蜱在小麦植株中的降解较快,施药21 d降解率均已超过99%,其中分蘖期比拔节期降解更快,施药14 d降解率已达99.56%,降解规律用指数方程拟合得不够好;毒死蜱在盐碱土中的降解比在通常的生长土壤中快得多,平均半衰期为11.04 d,其中在拔节期比在分蘖期土壤中降解快,降解规律符合指数方程. 毒死蜱在低浓度下降解的半衰期相对更长.      

我国南方四省集中连片水稻田土壤重金属污染评估研究

以2013—2014年南方湖南、江西、浙江、福建四省集中连片水稻田的63个采样数据为基础,利用单因子评价法和内梅罗指数评估南方水稻田土壤重金属的污染情况.结果表明:南方集中连片水稻田土壤Cd点位超标率为0;Hg、As和Ni 3种重金属含量超出《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准的比例最大,分别为6.3%、4.8%和7.9%;研究区水稻田土壤重金属以清洁为主,70%以上符合农业生产和生活要求,但少量样点Hg为中度和轻度污染,As和Ni为轻度污染;从内梅罗综合指数看,研究区土壤重金属仅有3.18%和1.59%的为轻度污染和中度污染,主要分布在湖南和江西.     

苯醚甲环唑在番茄和土壤中的残留动态研究

采用田间试验方法研究苯醚甲环唑在番茄和土壤中的残留与降解动态,应用超高效液相色谱-串联四级杆液质联用法(UPLC-MS/MS)进行定性和定量分析. 结果表明,苯醚甲环唑在番茄中的平均回收率为90.3%～107.1%,变异系数为0.7%～7.8%;在土壤中的平均回收率为80.1%～104.7%,变异系数为7.2%～9.1%. 动态研究结果表明:苯醚甲环唑在番茄中的降解比在土壤中快,在山东和河南两地番茄中的降解半衰期分别为3.3～3.8和3.3 d;在土壤中的降解半衰期分别为19.9～22.4和13.1～18.8 d. 10%苯醚甲环唑微乳剂在番茄上按照推荐剂量最多施药2次,采收期距最后一次施药3 d,番茄中苯醚甲环唑残留量小于0.158 mg/kg. 低于日本和澳大利亚规定的最高残留限量(MRL,0.5 mg/kg),说明苯醚甲环唑为低残留、易降解农药.      

典型土壤双季稻对Cd吸收累积差异

用盆栽试验方法研究典型土壤双季稻条件下水稻对Cd的吸收累积差异.选取典型水稻土黄泥田(板页岩母质发育)和麻砂泥(花岗岩母质发育),通过添加不同浓度梯度外源Cd,进行盆栽试验,研究双季稻不同生育期土壤有效态Cd(DTPACd)、水稻植株各部位以及糙米Cd累积情况.结果表明,双季稻晚稻生育期土壤有效态Cd大于早稻,黄泥田大于麻砂泥,其差异性均达极显著水平(P0.01).水稻植株各器官(根、茎、叶、壳和糙米)Cd累积量随外源Cd增加和生育期的延长而呈现递增的趋势.不同生育期、不同土壤水稻糙米与植株各器官Cd累积量差异显著,具体表现为:早稻小于晚稻,黄泥田小于麻砂泥.水稻各器官(根、茎、叶、壳和糙米)中Cd含量与土壤有效Cd含量呈显著或极显著正相关关系.应用稻米Cd含量预测模型及水稻累积Cd的特征方程推算出土壤Cd安全阈值为:黄泥田早稻0.98 mg·kg~(-1)和晚稻:0.83 mg·kg~(-1);麻砂泥分别为0.86 mg·kg~(-1)和0.56 mg·kg~(-1).不同母质土壤的安全阈值与环境容量不同,其环境质量标准与污染修复控制措施应该有所区别.     

秸秆离田对土壤Cd生物有效性及水稻Cd积累的影响

通过选取湖南省宁乡市某轻度Cd污染稻田开展连续两季水稻秸秆离田田间试验,研究秸秆离田措施对轻度Cd污染稻田土壤Cd有效性及水稻对Cd吸收累积的影响.结果表明：(1)连续两季秸秆离田有效提高了土壤pH值,降低土壤有机质和根际土壤Cd含量;T1～T4处理使土壤pH值提升0.04～0.58个单位,有机质含量降低了0.68%～25.87%,根际土壤Cd含量降低了3.76%～12.78%.(2)连续两季秸秆离田能降低酸可提取态和可氧化态Cd占比,使残渣态Cd占比上升;同时秸秆离田处理降低了根际土壤Cd的生物有效性,使根际土壤TCLP、 DTPA和CaCl₂提取态Cd含量均显著降低.(3)水稻秸秆离田可显著降低土壤孔隙水中DOC和Cd浓度,连续两季秸秆离田处理下(T1～T4)土壤孔隙水中Cd浓度分别降低了4.54%～40.00%和2.75%～67.34%,说明DOC是影响土壤孔隙水中Cd浓度的关键因素之一.(4)连续两季秸秆离田各处理(T1～T4)降低了水稻各部位对Cd的吸收累积,其中秸秆和根系全部离田处理(T4)下,2020年晚稻和2021年早稻糙米Cd含量分别降低了18....     

组配改良剂对稻田系统Pb、Cd和As生物有效性的协同调控

通过水稻盆栽种植试验,研究了两种组配改良剂LST(石灰石+海泡石+二氧化钛)和LSF(石灰石+海泡石+硫酸铁)在不同添加量(0、1、2、4、8、16 g·kg-1)下对水稻土壤Pb、Cd和As的生物有效性以及水稻吸收累积Pb、Cd和As的影响.结果表明:1与对照相比,组配改良剂LST和LSF均使土壤p H值上升,且与对照之间均存在显著差异(P0.05);两种组配改良剂相比,LST比LSF使土壤p H值上升得更多.2施用1~16 g·kg-1的LST和LSF使土壤中Pb、Cd和As的交换态含量分别降低16.8%~88.3%、22.4%~73.7%、2.25%~43.8%和20.2%~86.9%、20.7%~51.2%、18.0%~55.1%,均与对照之间存在显著差异.LST和LSF均能显著降低水稻植株对Pb、Cd和As的吸收.当LST和LSF施加量为16 g·kg-1时,糙米中Pb、Cd和As的含量最高分别降低了50.7%、64.7%、34.1%和40.7%、40.7%、36.2%.3水稻各部位对Pb和As的转运能力为谷壳茎叶根系,对Cd的转运能力为谷壳根系茎叶,水稻中谷壳向糙米转运Pb、Cd和As的能力为CdAsPb.4施加LST和LSF后,水稻糙米中Pb、Cd和As含量与土壤Pb、Cd和As交换态含量之间存在极显著的正相关关系,与土壤p H值之间存在显著的负相关关系.     

复合改良剂对Cd污染稻田早晚稻产地修复效果

选取湖南省长沙市北山镇某中重度Cd污染稻田,连续种植早晚两季水稻,研究复合改良剂(石灰石+硅藻土+硫酸铁)对稻田土壤重金属Cd的生物有效性和水稻各部位累积Cd的影响.结果表明,施用复合改良剂提高了早、晚稻土壤pH值、CEC值,降低了早稻土壤中有机质含量(OM值).Cd的TCLP提取态与交换态Cd含量分别降低了18.0%~33.0%、5.4%~57.9%,但对晚稻土壤中Cd的2种提取态含量与OM值影响不显著.施用复合改良剂显著降低早稻糙米、谷壳、茎叶、根系中的Cd含量,分别降低了29.6%~56.1%、52.1%~54.0%、18.1%~80.7%、24.4%~41.6%.早稻与晚稻之间对Cd的转运能力呈现明显差异,Cd在晚稻植株体内的转运过程更为通畅.晚稻除谷壳中的Cd含量在2 g·kg~(-1)的添加量下有所上升外,复合改良剂对水稻各部位Cd含量影响不显著(P0.05).糙米中Cd含量与土壤中TCLP可提取态含量和Cd的交换态含量存在显著正相关关系.复合改良剂有效地抑制了早稻植株对土壤中Cd的吸收,糙米中的Cd含量显著降低;晚稻期间复合改良剂随水分流失,不能持续地固化土壤中的Cd,建议在各季稻之间补加一次.     

Cd-Pb复合污染土壤钝化修复效率与生物标记物识别

为验证重金属钝化修复效率与植物生理生化特征的关系,采用盆栽试验研究了在Cd-Pb复合污染土壤中添加海泡石后,水稻幼苗叶片和根系中SOD(超氧化物歧化酶)活性、POD(过氧化物酶)活性、w(SP)(SP为可溶性蛋白)、C_MDA(丙二醛含量)、叶片光合色素含量以及稻草和糙米中w(Cd)、w(Pb)的变化情况. 结果表明:添加海泡石后,水稻幼苗叶片和根系SOD活性、根系POD活性均随海泡石添加量的增加呈先增后降趋势,叶片POD活性随海泡石添加量的增加而增大,其中,当海泡石添加量为1.0%时,其最大增幅达33.6%;与之相反,叶片C_MDA、叶片和根系w(SP)均随海泡石添加量的增加而降低,分别比对照处理降低8.0%~30.0%、6.3%~22.3%和17.7%~25.5%. 不同添加量海泡石处理下,稻草和糙米中w(Pb)分别降低20.5%~43.6%和18.7%~43.5%,w(Cd)分别降低8.3%~23.9%和21.2%~55.2%. 幼苗w(Chl)(Chl为叶绿素)、w(SP)与糙米w(Cd)之间,以及叶片C_MDA与糙米w(Cd)、w(Pb)间均呈显著正相关(P<0.05),而叶片POD活性与糙米w(Cd)之间呈极显著负相关(P<0.01),水稻幼苗叶片w(Chl)、w(SP)、C_MDA和POD活性可以作为评估海泡石钝化修复Cd-Pb复合污染钝化修复效率的分子生物标记物.      

基施硅肥对土壤镉生物有效性及水稻镉累积效应的影响

为研究硅肥对土壤Cd生物有效性以及水稻累积重金属Cd的影响,模拟土壤低Cd污染水平(Cd总量为0.72mg·kg~(-1))和土壤高Cd污染水平下(Cd总量为5.08 mg·kg~(-1)),土壤基施0、15、30、60 mg·kg~(-1)的硅肥,进行水稻盆栽种植实验.结果表明,施用15~60 mg·kg~(-1)硅肥能提升水稻各生育期土壤的pH值,降低土壤交换态Cd含量和TCLP提取态Cd含量24.2%~43.7%,12.7%~46.8%,土壤中Si能与Cd形成Si-Cd复合物,降低土壤Cd的生物有效性,且降低效果在土壤低Cd污染水平时优于高Cd污染水平.硅肥提升水稻地上部的生物量尤其是产量.土壤低Cd污染水平下,Si对土壤Cd向水稻地上部的转运有促进和阻碍两种作用,施用量过低(Si 15 mg·kg~(-1))或过高(Si 60 mg·kg~(-1))时均促进土壤Cd向水稻地上部转运,施用量为30 mg·kg~(-1)时则阻碍Cd向上转运.随着Si施用量的增大,糙米Cd含量先上升后下降,范围为0.07~0.15 mg·kg~(-1),均低于0.2 mg·kg~(-1).土壤高Cd污染水平下,Si阻碍Cd向水稻地上部的转运,糙米、谷壳、茎叶的Cd含量分别降低38.7%~48.5%、35.7%~70.7%、30.9%~40.7%,糙米Cd含量范围0.23~0.28 mg·kg~(-1).综合考虑产量和糙米Cd含量,土壤低Cd污染水平下,建议施用30 mg·kg~(-1)的Si;高Cd污染水平下,建议施用Si 15~60 mg·kg~(-1).     

外源锌刺激下水稻对土壤镉的累积效应

采用水稻盆栽实验研究不同含量外源Zn对模拟Cd中度污染和重度污染土壤中水稻低累积品种湘晚籼12和高累积品种威优46水稻各部位累积Cd的影响.结果表明,在Cd中度污染水平,外源Zn分别增大2种水稻各部位Cd含量,湘晚籼12和威优46糙米Cd含量分别增加125.0%~275.0%和6.6%~91.2%,但各处理糙米Cd含量不高于0.2 mg·kg~(-1);在Cd重度污染水平,外源Zn有降低水稻各部位中Cd含量的作用,湘晚籼12和威优46糙米Cd含量相应降低了16.6%~63.5%和15.6%~74.4%,且威优46糙米Cd含量随外源Zn施用含量的增大而逐渐降低,使得糙米中Cd含量低于0.2 mg·kg~(-1).水稻糙米累积Cd含量与土壤中Cd、Zn交换态含量的相关关系,因Cd污染程度和水稻品种的不同而不同.在Cd中度污染水平,湘晚籼12水稻糙米Cd含量与土壤中交换态Zn含量正线性相关,而威优46水稻糙米Cd含量与土壤中交换态Cd和Zn含量正线性相关;在Cd重度污染水平,威优46水稻糙米Cd含量与土壤中交换态Cd和Zn含量为负线性相关.在不造成土壤Zn污染的前提下,可向Cd重度污染土壤施用一定量的Zn肥,以降低糙米Cd含量,提高糙米品质.     

碱性废弃物及添加锌肥对污染土壤镉生物有效性的影响及机制

采用盆栽方法,以石灰作对比研究了2种碱性废弃物(纸厂滤泥和赤泥)及添加锌肥对酸性镉污染稻田土壤的修复效应及其相关机制,同时利用大田试验进行了验证.结果表明,盆栽条件下施用石灰、纸厂滤泥和赤泥(2 g·kg^-1)后土壤 pH显著提高,在淹水平衡7 d和水稻移栽后30 d时土壤交换性钙含量显著高于不施的对照,增幅分别为33.1%～76.0%和31.0%～78.3%,同时土壤有效态镉含量显著降低,淹水平衡7 d时降幅为38.4%～45.0%,水稻移栽后30 d和60 d时降幅分别为37.4%～52.9%和33.2%～38.7%,水稻根系和糙米镉含量显著降低,降幅分别为24.0%～48.5%和26.3%～44.7%.等量碱性物质对提高土壤 pH和降低水稻镉累积的效果为石灰＞赤泥＞纸厂滤泥.纸厂滤泥和赤泥添加锌肥(0.2 g·kg^-1)对降低水稻镉累积的效果均比两者单施更明显.大田试验结果趋势基本相同,施入不同量的纸厂滤泥、赤泥及与锌肥配施后两季作物镉累积量显著减少,当季水稻糙米和第二季油菜籽粒镉含量分别较对照降低了27.1%～65.1%和16.4%～41.6%,糙米镉含量基本达到国家粮食卫生标准(GB 2715-2005).因此,对于中轻度酸性镉污染稻田土壤,利用纸厂滤泥、赤泥及与锌肥配合施用是一种可行的修复方法,通过构建与土壤镉污染程度等特征相适应的碱性废弃物用量与锌肥配施比例,可确保稻米质量安全.     

控源及改良措施对稻田土壤和水稻镉累积的影响

为研究稻草移除/还田、截断大气沉降、清洁水灌溉和石灰调控等途径对土壤和水稻镉(Cd)累积的影响,于2016年4~10月在湘潭、醴陵和株洲选择典型Cd污染稻田开展田间小区综合试验.结果表明,各处理对土壤Cd总量无显著影响.石灰调控下土壤pH平均提高了0.87个单位,土壤中有效态Cd含量平均降低了33.7%,水稻根、茎叶和糙米Cd积累量分别降低了47.9%、46.7%和54.8%,水稻根、茎叶和糙米Cd富集系数均显著低于对照;清洁水灌溉和截断大气沉降对土壤pH的影响整体略呈上升趋势,分别上升了0.44和0.49个单位,土壤有效Cd含量分别降低了18.2%和14.5%,水稻根、茎叶和糙米Cd积累量比对照分别降低了32.6%、24.2%、18.0%和17.6%、11.3%、25.4%.然而,稻草还田对晚稻土壤pH影响情况不明显,但土壤中有效态Cd含量上升了6.1%,水稻植株Cd积累量也整体呈上升趋势.上述研究结果表明,通过施用灌溉清洁水和截断大气沉降源、稻草移除、石灰等措施可以确保中轻度Cd污染稻田水稻安全利用.     

连续4 a施有机肥降低紫泥田镉活性与稻米镉含量

商品有机肥由于可能含镉（Cd）,并在施入后对水稻土中Cd的有效性具有"抑制"和"激活"的双重作用,导致施有机肥的稻米降Cd效应目前仍存在较大不确定性.通过选取湘东地区典型水稻土（紫泥田土种）,连续4 a定位监测了大田施用商品有机肥对双季稻稻米的降Cd效应,探索稻米Cd含量与双季稻不同生育期土壤Cd有效性、土壤因子（pH、土壤活性有机碳组分与铁氧化物）的关系.结果表明,施有机肥降低双季稻糙米Cd含量28%~56%,且晚稻糙米Cd含量降幅（43%~56%）高于早稻糙米Cd含量的降幅（28%~45%）,降幅的年际波动小.一方面,施有机肥也导致双季稻某些生育期（分蘖盛期自齐穗期）土壤有效态Cd含量平均下降6%~7%;土壤交换态Cd含量降低11%,土壤有机结合态Cd含量提高14%,直接反映土壤Cd有效性的降低.另一方面,施有机肥也稳定提升土壤pH值0.1~0.3个单位,促进土壤环境由酸性向微酸性发展,土壤活性有机碳组分（轻组有机碳、粗颗粒有机碳和细颗粒有机碳）含量大幅提升（53%、77%和107%）,间接反映土壤Cd有效性的降低.本研究表明,紫泥田连续施有机肥后,土壤Cd有效性下降是双季稻米Cd含量降低的关键驱动因素.     

复合改良剂对稻田Cd、As活性与累积的协同调控

为同时降低水稻糙米中Cd、As含量,以达到国家标准食品污染物限量标准,选取湘南某矿区Cd-As复合污染稻田土壤,以盆栽实验研究复合改良剂QFJ(羟基磷灰石+沸石+酸改性炭化秸秆)对土壤中Cd、As生物有效性及对水稻各部位累积Cd、As的影响,探讨QFJ对土壤Cd、As生物活性与稻米Cd、As累积的协同调控.结果表明:施用QFJ降低了水稻糙米中的Cd、As含量,施加量2g/kg时,糙米中Cd、As含量分别为0.19mg/kg和0.14mg/kg,均低于对照组的0.49mg/kg和0.27mg/kg,且同时低于0.2mg/kg,达到了国家标准食品污染物限量标准.施用QFJ提高了土壤pH值0.02~0.68单位,增加了土壤CEC、OM含量,同时土壤中Cd 的酸可提取态、交换态及TCLP提取态含量分别降低了7.3%~32.5%、12.6%~39.8%和40.7%~60.1%,对As的交换态和TCLP提取态含量的影响趋势是先降低后增大.糙米中Cd含量与土壤中Cd的3种提取态含量存在极显著正相关关系,As含量与其土壤中TCLP提取态含量存在极显著正相关关系.当QFJ施加量在2g/kg水平时,土壤中Cd、As的生物活性可协同控制在较低水平,从而同时降低了糙米中Cd、As含量.施用QFJ使得Cd在水稻根表铁膜中的含量呈增大趋势,在水稻其他部位含量呈减小趋势;As在谷壳中含量呈减少趋势,在其他各部位呈先减小后增大的趋势.水稻吸收的Cd和As大部分累积在根部和茎叶部,各部位Cd累积率大小是白根 > 茎叶 > 糙米 > 谷壳,As是茎叶 > 白根 > 糙米 > 谷壳.根据Cd-As污染程度不同,可考虑施用2~4g/kg QFJ以达到水稻的安全生产.