生物质炭对植蕉土壤杀线虫剂迁移转化的影响及数值模拟研究

Banana Root-knot Nematode is the main hazard during banana cultivation and management. At present chemical method is the most effective and important way to control root-knot nematode disease, which leads to the long-term and frequent use of nematocides. So nematocides soil pollution and its environmental risks should be paid due attention. Hydrothermal law of banana plantation field is unique, which behaviors active water movement, low buffering capacity of soil, high soil pH variation, and so on. Bio-char(BC) possesses good characteristics such as porous, alkali, strong adsorption, and therefore has good potential usages in the acid soils pesticide pollution reclamation. The project will use typical banana plantation field soil in Hainan, P.R.C, in order to explore the effect of BC on the physical-chemical characteristics, such as water transport parameters, pore distribution, pH, CEC, and adsorption, leaching, degradation behaviors of nematocides in soils. Furthermore, we will quantifiably express the environmental behavior of nematocides in soil-water system under unstable pH condition based on the establishment of buffering model through buffer mechanism. Then through water and H+ transport model, we will give a quantitative description and leaching risk forecast on the nematocides behaviors in banana plantation field soils after the input of BC. The above work will provide a theoretical basis for scientific nematocide usage, namatocide environmental behavior forecast, broadening the namatocide polluted soil treatment and ensuring the safety of water and soils.

根结线虫病是香蕉栽培管理中最主要的危害之一。化学防治是目前线虫防治的最有效和主要措施。杀线虫剂的长期、大量的持续性使用对土壤和地下水环境的风险应引起关注。我国南方植蕉地水热规律特殊，热带土壤具有pH值低、质地粘重，矿化作用强烈，电荷易发生改变等特点。生物质炭因具有多孔、碱性、吸附能力强等特征，在热带地区农药污染土壤治理中具有良好的潜力。本项目以海南省典型植蕉地为对象，研究生物质炭对植蕉地土壤理化性质和典型杀线虫剂在土壤中吸附、迁移、降解行为的影响。在定量表达典型杀线虫剂农药在热区水土系统中环境行为的基础上，深入开展生物质炭对热带地区植蕉地系统中杀线虫剂迁移转化影响的数值模拟和农田尺度下杀线虫剂淋溶风险的数值预报等研究。为我国热带地区香蕉种植合理施用杀线虫剂、预测其归宿、预报其风险和污染修复，保障水土环境安全和农产品质量等提供理论依据。

根结丝虫病害是热带地区农业生产中面临的主要危害。毒死蜱、阿维菌素等杀线虫剂在香蕉栽培管理中使用广泛，对土壤和地下水环境造成潜在风险。本项目利用菠萝皮渣、木薯渣、甘蔗渣等前驱物在不同热解温度下制备不同的生物质炭，对其性质进行测定表征。开展了生物质炭对植蕉地土壤理化性质及典型杀线虫剂环境行为的影响研究，利用模型阐述其吸附机制。结果表明：（1）添加生物质炭可有效提高土壤pH，提高土壤有机质含量，增强阳离子交换能力。随着施用生物质炭的含量不断增加及热解温度越高的生物质炭后，对土壤的改良作用效果也越好。（2）随着制备温度的提高，生物质炭的产率逐渐降低，灰分含量有所增加，微孔表面积、比表面积、总孔体积、微孔孔容和微孔率均随温度上升而增大，对杀线虫剂拥有更多的吸附位点和更好的去除效果。（3）杀线虫剂在生物质炭上的吸附过程均表现为一个先快速后缓慢最后平衡的过程，伪二级动力学能很好的描述吸附过程；Freundlich模型和Langmuir模型能很好的描述杀线虫剂在生物质炭上的吸附过程；杀线虫剂在生物质炭上的吸附机制主要包括孔隙填充、疏水作用、π-π电子交互以及离子交换等作用。（4）添加低含量低温制备生物质炭可以有效促进阿维菌素在土壤中的降解，而添加高含量低温制备的生物质炭或不同含量高温制备的生物质炭会抑制阿维菌素在土壤中的降解。生物质炭的施入可影响毒死蜱在土壤中的降解，且生物质炭输入量越大，作用越显著。（5）生物质炭可以有效降低杀线虫剂向下迁移的能力，降低其对土壤和地下水的危害。通过上述实验获得的参数，利用Hydrus-1D软件对其环境行为建立淋溶动态模型，能有效阐述和预测杀线虫剂在土壤中的迁移行为和淋溶风险。本项目成果可为合理预测杀线虫剂归宿、拓宽农药污染土壤修复途径提供参考。已在国内外学术刊物上发表论文23篇，其中SCI收录11篇。依托本基金项目，完成了5篇硕士研究生学位论文，11篇本科学位论文，在试验设计、动手操作能力等方面得到了很好的锻炼。