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              土壤農藥污染與微生物修復技術

                 日期:2018-04-24     來源:《卷宗》    瀏覽:25    評論:0    

                農藥是化學品中的重要種類,它在防治、殺害、驅避或減少農作物的病蟲草害和保證穩產高產起著極為重要的作用,然而大量事實證明,化學農藥的廣泛使用已成為環境污染的重要因素之一。農藥進入環境后會不斷地從施藥區向四周擴散,從而導致對水、大氣、土壤及生物產生污染和危害,影響周圍環境的安全。它通過主要農業應用進入農田環境,及土壤、水及植物的農田生態系統。

                農藥

                農藥,作為人類文明進步的產物,為解決人類溫飽、增強社會穩定、促進社會發展做出了貢獻,對人類健康起到了積極作用。尤其是20世紀三四十年代,有機農藥的成功發現和生產,為控制害蟲的危害提供了有效的手段。然而,從現階段看,農藥的使用已不可避免,為了人類更加健康安全地生存,了解、避免、減緩和解決這一越發嚴重的問題,有必要和必須探索和研究農藥的環境污染機理。

                1概述

                1.1農藥的定義

                農藥廣義的定義是指用于預防、消滅或者控制危害農業、林業的病、蟲、草和其他有害生物以及有目的地調節植物、昆蟲生長的化學合成或者來源于生物、其他天然物質的一種物質或者幾種物質的混合物及其制劑。是指在農業生產中,為保障、促進植物和農作物的成長,所施用的殺蟲、殺菌、殺滅有害動物(或雜草)的一類藥物統稱。特指在農業上用于防治病蟲以及調節植物生長、除草等藥劑。

                1.2農藥的毒性

                農藥對人體的危害主要表現為急性毒性和慢性毒性。農藥經口、吸呼道或接觸而大量進入人體內,在短時間內表現出的急性病理反應為急性中毒。急性中毒往往導致神經麻痹乃至死亡,甚至造成大面積死亡,成為最明顯的農藥危害。據世界衛生組織和聯合國環境署報告,全世界每年有300多萬人農藥中毒,其中20萬人死亡。時至今日,由于農藥在各方面的廣泛應用,任何一個生活在現代生活中的人都不可能避免每天接觸很低濃度的各種不同種類的農藥,或是通過食物,或是通過飲水。由此所產生的可能對人體健康的危害屬于連續的低水平暴露,這是一種潛在的慢性毒性效應。

                1.3農藥對土壤的污染

                土壤是污染物的匯也是污染物的源。農藥土壤污染是農藥污染最典型的例子之一。農藥的理化特性決定了它在土壤中的分布、降解速率及對環境的影響。農藥在土壤中經土壤微生物作用,可以遷移、轉化直至礦化。土壤污染了,土壤上所生長的作物和所結的果實也會吸收污染空氣。一種簡單的植物物種,吸收也是多種多樣的,植物根系可以吸收土壤溶液中的農藥,土壤中固體顆粒也能吸收土壤溶液中的農藥。有些農藥易揮發,植物的葉子可以吸收空氣中的農藥蒸氣;而根又能吸收土壤中的農藥,再從葉面上蒸發出它,過程相當復雜。植物根莖葉吸收農藥后,繼而在植物體內提升,最后可殘留在植物體內,人們攝入該植物可直接攝入農藥。

                2農藥在土壤中的環境行為與降解機理

                2.1農藥在土壤環境中的滯留、遷移

                一般而言,如果農藥能被強烈地吸附,則它們就容易滯留在土壤的固相,不易進一步造成對周圍環境的污染;反之,就容易發生遷移,如被淋溶進入地下水而造成污染。農藥滯留、遷移的物理化學原理有:表面功能基團;表面配合物;表面吸附。

                2.2農藥在土壤中的水解作用

                農藥的水解是農藥分子與水分子發生相互作用的過程,它是農藥在環境中遷移轉化的一個重要途徑。水解反應是許多農藥如有機磷、菊酯、氨基甲酸酯及羧酸脂等降解的主要步驟,與農藥在環境中尤其是在水體中的持久性是密切相關的,是影響農藥在環境中歸宿機制的主要判據之一,也是評價農藥在水中殘留特性的重要指標。研究農藥在環境系統中的水解,尤其是一些有機磷酸脂類殺蟲劑、磺酰脲類除草劑水解反應是其在環境中降解轉化的初始步驟,對于了解這些農藥在環境系統中的歸宿機制、殘留特性及其對靶標與非靶標生物的毒理效應具有重要意義。

                2.3農藥在環境中的光降解

                農藥可以吸收一定的光能量或光量子,發生光物理和光化學反應。光物理反應包括輻射能以光、熱等能量形式吸收或釋放,但農藥分子形態沒有變化;而光化學反應則是通過農藥分子的異構化、鍵斷裂、分子重排或分子間反應生成新的化合物。環境中農藥的光化學反應可在氣相、水相、固相中發生。盡管評價農藥在環境中遷移、轉化行為時,有一些農藥光化學降解可以忽視,但許多農藥的光降解還是其在環境中主要的降解途徑之一。農藥光解釋農藥真正的分解過程,它不可逆地改變了反應分子,強烈影響著某些農藥在環境中的趨勢。因此研究農藥的光化學降解具有非常重要的意義。

                3農藥污染土壤的生物修復技術

                微生物修復技術是利用微生物的生命代謝活動對有機農藥的降解作用使受污染土壤恢復到健康狀態。所利用的微生物主要有土著微生物、外來微生物和基因工程菌3種類型。微生物修復技術可分為原位修復、現場修復和異位修復,其中原位修復不僅操作簡單、成本低,而且不破壞植物生長所需要的土壤環境,污染物氧化安全,無二次污染,處理效果好,是一種高效、經濟和生態可承受的環保技術。

                微生物降解農藥有2種方式:一是微生物直接作用于農藥,以農藥成分作為唯一的碳源或氮源、磷源,通過酶促反應降解農藥;另一種是將農藥與其它有機質進行共代謝。微生物修復與植物修復不同,通常一種微生物能降解多種農藥,

                如假單胞桿菌可降解DDT、艾氏劑、毒殺酚和敵敵畏等。另外,微生物也可通過改變土壤的環境理化特征降低農藥有效性,從而間接起到修復污染土壤的作用。如:劉憲華等人用假單胞菌AEBL3降解呋喃丹污染,結果發現未加菌土壤呋喃丹在0~7cm土層中含量已達90mg/kg,加菌土壤呋喃丹含量為48mg/kg,后者降解率達96.4%。

                現今微生物修復農藥污染已進入基因水平,通過基因重組、構建基因工程菌來提高微生物降解農藥的能力。目前對微生物修復技術的研究已相當成熟。世界各國的科研工作者分離篩選了大量的降解性微生物,利用基因工程技術,人們按照需要構建具有特殊功能、降解效率高、降解范圍廣和表達穩定的新菌株。

                有微生物原位修復技術的構成提高修復效果的技術措施的成功例子,但存在的問題也非常突出。首先,雖然已經篩選到許多有機農藥降解菌,但高效菌種不多;其次,降解菌的降解譜不夠廣,不能完全代謝有機農藥中各組分;另外,許多實驗室得到的高效降解菌在實際應用中效率不高,修復效果不理想。為此,有機農藥高效降解菌的篩選及降解效果的改良是環境科學工作者的研究熱點課題。

                基因工程菌用于污染物處理的研究成果令人鼓舞,發展潛力很大。但是,基因工程菌的應用研究尚停留在實驗室水平,真正投入污染物處理的還很少,而且基因工程菌在實際應用中存在一些問題,主要包括基因工程菌構建的技術問題和應用的安全性問題。如今,微生物修復技術作為一種有效的環境治理措施,在治理土壤污染方面的作用已越來越突出。

               
              標簽: 土壤污染
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