安徽农学通报，Ａｎｈｕｉ Ａｇｒｉ．Ｓｃｉ．Ｂｕｌ１．２０１７，２３（０８） ９３ 土壤中残留有机磷农药的环境行为及生物修复研究进展 宁诗琦 （东北师范大学环境学院，吉林长春１３０１１７） 摘要：该文分析了土壤施用有机磷农药后，有机磷农药在土壤中的主要环境行为和迁移转化规律，概述了 生物修复技术的研究进展。 关键词：有机磷农药；土壤；生物修复；农药残留 中图分类号Ｘ５９２．０２ 文献标识码Ａ 文章编号１００７—７７３１（２０１７）０８—００９３—０３ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｒｅｓｉｄｕｅｓ ｉｎ Ｓｏｉｌ ｆｏｒ ｏｒｇａｎＯｐｈＯｓｐｈ０ｒｕｓ Ｐｅｓｔｉｃｉｄｅｓａｎｄ ａｎｄ ｉｔｓ Ｂｉｏｒｅｍｅｄｉ－ ａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ Ｎｉｎｇ Ｓｈｉｑｉ （Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３０１ １７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｉｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｇａｎｏｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｐｅｓｔｉｃｉｄｅ ｗａｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｔａｉｎｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｅｎｖｉ— ｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｏｒｇａｎｏｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｐｅｓｔｉｃｉｄｅｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｕｌｅ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｏｒｇａｎｏｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ ｐｅｓｔｉｃｉｄｅｓ；Ｓｏｉｌ；Ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ；Ｐｅｓｔｉｃｉｄｅ ｒｅｓｉｄｕｅｓ 随着经济社会的发展，为了满足生产和生活需求，提 高农作物的生产力，人们大量使用农药来抵御病虫害，提 高作物产量。大量以及不合理施用农药，使得农药污染日 益严重，农药已经一跃成为我国五大食品污染源之首“ ， 严重威胁人类健康。目前被广泛使用的农药可以分为： 壤中残留有机磷农药治理的主要生物修复技术的研究进 展，以期对该领域的研究提供参考。 １土壤中有机磷农药的环境行为 １．１滞留 与难降解农药例如有机氯农药相比，有机磷 农药在土壤中残留的时间较短。而有机磷农药能够对人 有机磷类、有机氯类、拟除虫菊酯类和乙酰胺类４类，除此 之外还有苯氧基烷醇酸类及相关除草剂ｎ 。其中有机磷 类健康造成潜在威胁的主要原因是土壤对有机磷农药具 有吸附和结合残留作用“ 。有机磷农药被施人土壤或 者落在土壤表面后，有一部分会通过扩散作用进入大气 或者受到太阳光照射后而发生分解作用，但大部分农药 农药因其对有害靶生物的去除效果好，已经成为目前我 国使用最多的农药种类。一般而言，有机磷农药的化学 性质不稳定，其在土壤中残留量较小，毒性小，但近来也 有学者发现，部分有机磷农药的化学性质稳定，能较长时 间残存在土壤中成为造成土壤污染的主要物质 ，对当地 生态系统造成一定程度的干扰和破坏 。 会与土壤粒子结合，立即被土壤吸附 。当外界环境条 件改变时，被土壤所吸附的有机磷农药也有机会被重新 释放进土壤中，重新达到吸附一解吸平衡ｎ 。土壤粘粒含 量、有机质含量、温湿度、ｐＨ值等条件不同，都会影响土 壤对有机磷农药的吸附能力。其中粘粒含量和有机质含 量被认为是影响土壤吸附性能的关键条件，因为土壤粘 粒和土壤有机质在吸附过程中起到决定性作用ｎ 。此 外，不同的土地利用方式也会对土壤中有机磷农药的吸 附产生一定影响，不同作物施用的有机磷农药量不同，其 土壤中残留的有机磷农药的量也会不同 。 １．２迁移有机磷农药在土壤中的迁移作用主要包括挥 目前国内学者已经探究出多种降解土壤中农药残留 的方法，包括物理法、化学法和生物法。其中生物修复技 术因其效果好、残留少、有时不需降解处理就能消除废物 或污染物的特点 ，在众多处理方法中脱颖而出，成为当 今治理农药污染方法中的研究热点 。生物修复技术 主要包括植物修复、动物修复和微生物修复。在目前的 研究中微生物修复表现出优秀的降解性能和降解效率， 它是指利用农药降解菌对土壤中残留农药进行分解，将 有毒性的农药转化为毒性较小或无毒性的产物，使土壤 中农药残留达到可接受水平，从而达到降解的目的。本 文综述了土壤中有机磷农药的环境行为以及目前针对土 作者简介：宁诗琦（１９９７一），女，湖北人，研究方向：生态学。 发、脱附和淋溶等。在有机磷农药施用的过程中，约９０％ 的农药都是通过大气、水和土壤扩散到周边环境的，而非 直接作用于靶性生物 。由水所造成的淋溶作用是有机 磷农药的土壤中迁移的主要途径，有机磷农药易被水解， 收稿日期：２０１７—０３—０７ 降雨或表层积雪融化所带来的水会由于重力向下渗入土 壤中，同时也使土壤中施人的有机磷农药重新分布，造成 不同深度的土壤中有机磷农药含量不同的情况。若积水 排人江河，还会对水体造成污染，影响水生生态系统。这 种作用主要与土壤性质有关，土壤性质决定了有机磷农 药的扩散系数，土壤的密度越大、含水量越少时，扩散系 数会相应减少，有机磷农药越不容易在土壤中扩散。在 施药过程中，由于人工喷洒的不确定性，有机磷农药还会 随着空气进行扩散。 １．３转化有机磷农药在土壤中的转化过程主要指其自 然降解过程。在自然条件下，有机磷农药在土壤中的降 解过程主要包括：自然光解、化学降解和生物降解过程。 自然光解过程是指反应物在吸收光量子的情况下，通过 活性中间产物再引发其他反应过程的反应。有机磷农药 对光有一定的敏感性，有机磷农药的Ｐ—Ｓ键和Ｐ一０键容 易断裂，在光照条件下易分解。化学降解过程主要包括 水解作用和氧化还原作用，在有氧条件下有机磷农药易 发生氧化反应，而在厌氧条件Ｆ发生还原反应。生物降 解过程是有机磷农药在土壤中一个重要的转化过程，生 物修复技术就是受到自然条件下有机磷农药的生物降解 过程所启发而发展的一项技术。土壤中的含有可降解有 机磷的微生物群落在适宜环境条件下，会利用有机磷农 药完成自身生理过程，使土壤中有机磷农药含量降低。 微生物菌群能够降解有机磷农药的关键原因在于其体内 含有可降解有机磷农药的酶，生物修复技术就是通过培 养和分离这种菌群，使其在规定时间内把土壤中的有机 磷农药降解到可接受水平。 ２生物修复研究进展 ２．１微生物降解土壤中的微生物主要包括细菌、放线 菌、真菌、藻类、原生动物，这些生物中的有些种类可以通 过自身代谢，直接以有机磷农药作为营养来源进行利用， 或者通过自身生理过程改变七壤的理化性质，使得土壤 对有机磷农药的吸附性和扩散性发生改变，从而达到降 解土壤中有机磷农药的目的 圳。微生物修复技术是生 物修复中应用最广的一种有效方法。研究人员通常会通 过分离、培养、驯化的方式来挑选出针对有机磷农药的菌 种，大量培养后投入实际应用。近年，慕毅敏 等筛选出 以有机磷农药作为唯一氮源时，１０株芽孢杆菌可降解有 机磷农药，同时还能抑制博菌。石爽 发现革兰氏阴性 的粪产碱菌（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓｆａｅｃａｈｓ）对有机磷类的乐果农药 具有较高的降解率，可达７１．８％，该菌广泛存在与土壤和 水中，在一定条件下会成为动物和人肠道内的致病菌，但 在正常条件下无害。刘玉焕 等从农药厂的废水池中分 离出曲霉（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｓｐ．），后续实验表明该菌株还可以 降解甲胺磷、马拉硫磷知对硫磷。王永杰 等筛选出地 安徽农学通报，Ａｎｈｕｉ Ａｇｒｉ．Ｓｃｉ．Ｂｕｌ１．２０１７．２３（０８） 衣芽孢杆菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ），其对甲胺磷的耐受浓 度高达３ ５００ｍｇ／Ｌ，对甲胺磷、敌敌畏和对硫磷均有降解 作用。从上述研究可以看到，目前已分离培养出多种能 够耐受高浓度有机磷农药且对有机磷农药的降解效率较 高的菌种，但由于生长所要求的环境条件，还未大规 模生产投入使用。 ２．２植物降解实际上植物对于有机磷农药的降解是与 根际微生物合作完成的，植物会通过根系的吸收、代谢、 转化来使土壤中的有机磷农药转移或被分解，从而达到 修复的目的。有些植物会利用土壤中的有机磷农药，将 其转化为对自身无害的中间产物，用于生长和发育。还 有些植物会由根系分泌营养物质，为微生物菌群提供良 好的生存环境，促进微生物的分解作用。也有一些仅能 通过根系大量吸收有机磷农药，而并不能利用和分解，这 类植物在种植一段时间内后进行收割，也能达到净化土 壤的目的。已有研究发现 ，转基因表达ＯＰＨ会提高番 茄果实降解有机磷农药的能力，尤其是对于毒死稗这类 农药。成水平 等研究了美人蕉对于水体中磷的降 解效果。 ２．３动物降解在微生物修复和植物修复时，蚯蚓、蚂 蚁、线虫等土壤动物的作用也常常被考虑在内。土壤动 物常常以土壤中的有机质、植物根系分泌物、微生物代谢 物为食，且土壤动物在生活过程中常常会打洞，使土壤疏 松多孔，易于空气流通，改善土壤的理化性质。土壤动物 还会搬运土壤中的腐殖质等，利于微生物的分解作用。 随着科学的发展，人们不再局限于单一生物的降解作用， 常常会将多种生物配合使用，为菌群营造良好的生存环 境，同时也会加强降解效率，提高修复效果。 ３小结与展望 目前，我国生物修复土壤中农药污染仍是研究热点， 国内外学者也已经筛选分离出多种高效降解土壤中有机 磷农药的菌种。由于生物修复法利用的微生物、动物、植 物等对当地环境条件有一定要求乜 ，且引入新的菌群或 动植物后，是否能够融人当地生态系统，是否会使本地物 种的生态位发生变化，这些问题仍处于实验研究阶段，也 成为了生物修复技术发展的性因素。目前大部分学 者所发现的菌种仅在实验室条件下具有优良的降解效 果，但投入土壤后是否仍具有相同效果尚不清楚，大部分 实验缺乏实际应用的案例。 目前已筛选出多种高效菌种，若能解决实际应用问 题和成本问题，大量投入使用还有很大希望。生物修复 技术比起物理法和化学法对环境的影响更小，更省时省 力，简洁方便，残留少、高效。若能投入实际使用将会成 为一种具有巨大竞争潜力的方法。 ２３卷Ｏ８期 宁诗琦土壤中残留有机磷农药的环境行为及生物修复研究进展 ９５ 参考文献 ［１］王赛妮，李蕴成．我国农药使用现状、影响及对策［Ｊ］．现代预防医 学，２ｏ０７（２０）：３８５３—３８５５． ［１５］陈宗保．土壤中有机农药残留分析及有机磷农药降解行为研究 ［Ｄ］．南昌：南昌大学，２００６． ［１６］施国涵．有机磷农药在土壤中的吸附与降解［Ｊ］．环境科学，１９８２ （０４）：６９—７２，３Ｏ． ［２］陈晓明，王程龙，薄瑞．中国农药使用现状及对策建议［Ｊ］．农药科 学与管理，２０１６（０２）：４－８． ［３］刘颍．我国农药使用现状、原因及对策研究［Ｊ］．国土与自然资源 研究，２００５（ｏ４）：５０－５１． ［１７］刘维屏，ｃａｒ１ａ Ｇｅｓｓａ．利谷隆在土壤中吸附过程和机理［Ｊ］．环境 科学，１９９５，１６（１）：１６－１８． ［１８］周婕成，陈振楼，毕春娟，等．上海崇明农田土壤中有机磷农药的 残留特征［Ｊｊ．土壤通报，２０１０（０６）：１４５６－１４５９． ［１９］毛应明．有机磷农药在土壤中的降解转化过程及影响因子研究 ［Ｄ］．南京：南京理工大学，２００４． ［２０］王新，姚梦琴，祝虹钰，等．土壤农药污染原位生物修复技术及其 研究进展［Ｊ］．安徽农业科学，２０１６（３１）：６７—７１． ［２１］林玉锁．土壤中农药生物修复技术研究［Ｊ］．农业环境科学学报， ２００７（０２）：５３３—５３７． ［４］朱天纵．浅谈农药分类［Ｊ］．农药科学与管理，１９９０（０１）：４５—４６． ［５］陈宗保．土壤中有机农药残留分析及有机磷农药降解行为研究 ［Ｄ］．南昌：南昌大学，２００６． ［６］张美娇，吴大畅，周琪，等．长期使用农药的土壤微生态变化研究 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原物，诱导作物的抗病能力，表现出明显的药效功能。 影响（１）水稻纹枯病：纹枯病是水稻上的主要病害。试 ３年多地试验结果：在保持作物稳产的前提下，使用 黑老虎肥可使化肥用量（纯量）明显降低，同时对植物病 害有较强的管控能力。这种管控能力一方面是明显降低 植物病害的自然发生率，可使花菜黑腐病的发病率降低 ２０．０％～２５．８％，使花菜菌核病发病率降低２３．４％，使芦笋 根腐病发病率降低４０％，从而降低了植物病害的发生等 级，减少化学防治的面积；另一方面，明显提高了化学杀 验结果：处理区调查的１００穴水稻有１ ２２２株，其中 １７株发病，株发病率为１．４０％，病情指数为０．３３；对照区调 查的１００穴水稻有１ ２１０株，其中１３０株发病，株发病 率１０．７４％，病情指数为２．６９。处理区比对照区株防效提 高了８７．０％，病指防效提高了８７．７％。（２）草莓炭疽病：炭 疽病是草莓苗期的主要病害，常造成缺苗断垄。试验结 果：在同样用药的前提下，处理区与对照区的１００株苗中 因炭疽病造成的死苗数分别为３株、５株，处理区死苗率 下降了４０％。（３）草莓灰霉病：灰霉病是草莓上的主要病 害，大发生频率高。试验结果：在同样用药的情况下，处 理区与对照区的１００株草莓中，感染灰霉病的浆果数分别 为２个、６个，处理区病果率下降了６０％。上述试验结果 表明，黑老虎肥能明显提高化学杀菌剂的防治效果。 菌剂对植物病害的防治效果，可使１１％井冈・己唑醇对水 稻纹枯病防效提高８７．０％，使２５％嘧菌酯对草莓炭疽病的 防效提高４０％，使８０％嘧霉胺对草莓灰霉病防效提高 ６０％，从而为化学农药的减量使用创造条件。 复合微生物生态肥为实现减肥减药的目标提供了一 条科学有效、简便易行、低碳环保的途径。在保障防效的 前提下，如何减少用药次数或减少用药剂量等问题，还需 进一步探讨。 参考文献 ［１］周法永，卢布，顾金刚，等．我国微生物肥料的发展阶段及第三代 产品特征探讨［Ｊ］－中国土壤与肥料，２０１５（１）：１２—１６． ３结论与讨论 黑老虎肥中，有机质／＞２０％，腐殖酸／＞１５％，氮（Ｎ）１５＋ 磷（Ｐ Ｏ ）６＋钾（Ｋ：０）９／＞３０％，有效活菌数ｉ＞０．２亿，ｇ。有机 质为植物提供有机营养元素，化学肥料中含大、中、微量 元素，能满足作物对多种营养元素的需求，益生菌既有固 氮、解磷、解钾的肥效功能，又能抑制和杀死多种植物病 ［２］李显刚，班美光，周泽英，等．土壤微生物生态肥在农业中的应用 研究综述［Ｊ］．中国土壤与肥料，２０１５（２）：５－１１． （责编：张宏民）
