土壤熏蒸剂二甲基二硫环境行为规律与大气散发阻控机制

Dimethyl disulfide（DMDS）is a new type of fumigant. It is a perfect alternative for Methyl bromide due to its effectiveness against soil-borne pests and its non ozone-depleting potential. DMDS is a highly volatile pesticide，therefore its efficacy in eradicating pests up to its environmental profile. DMDS Gas emits easily into the atmosphere which is a high risk to people and non-target organisms. The distribution, degradation and emission of DMDS under different environmental conditions and application methods are unclear now, there is also a lack of research on emission reduction methods and relative mechanisms. This project will study the effects of soil properties, application methods and soil amendments on the environmental behavior of DMDS, and define the key factors to build a distribution- dissipation model for predicting DMDS environmental behaviors under different conditions. The effects of soil amendments on DMDS emission reduction will be studied, and a definite mechanism of the above effects will be found by analyzing the relationship between adsorption capability and degradation of soil amendments to DMDS. This project has important significance on the scientific use of DMDS. It is also important in outlining ways to protect workers, bystanders and non-target organisms from any toxic gas produced by DMDS.

二甲基二硫（DMDS）是一种新型土壤熏蒸剂，由于能有效控制毁灭性土传病害且对臭氧层无破坏，成为替代溴甲烷的首选药剂之一。但DMDS的高挥发特性不仅决定了其环境行为与药效发挥关系紧密，而且易散发到大气中对人类及非靶标生物安全造成威胁。目前在不同环境条件及施药方式下，DMDS在土壤中的扩散、降解及向大气中散发等环境行为规律还不清楚，也缺乏有效阻控DMDS向大气散发机制研究。因此，本项目利用室内土柱模拟实验及顶空法研究DMDS使用方式、土壤特性及土壤改良剂等对DMDS环境行为的影响，明确关键影响因素及作用机制，并以此为参数建立DMDS在土壤中迁移消解模型，揭示不同条件下DMDS环境行为规律；通过分析土壤改良剂对DMDS的吸附、降解作用与它们理化特性、结构特征间的相关性，明确土壤改良剂阻断DMDS向大气散发的途径与作用机制。项目研究对科学高效使用DMDS、保护人类健康及非靶标生物安全具有重要意义。

本项目采用室内顶空培养法研究了DMDS土壤中降解行为规律以及水解动力学；采用室内土柱系统研究了不同土壤环境下DMDS散发、迁移、残留环境行为规律，土壤表面覆盖塑料薄膜对DMDS散发、迁移、残留环境行为动态调控效果，同时采用室内薄膜阻隔性测定装置对4种不同材料塑料薄膜进行系统评估，土壤表面添加土壤补偿物质对DMDS散发、迁移、残留环境行为动态调控效果。DMDS土壤降解及水解环境行为研究结果表明：在供试的十种土壤中半衰期为0.75d～7.88d，降解速率表现为中性偏碱性土壤高于酸性，有机质含量低的土壤高于有机质含量高；供试的5种土壤中生物降解量分别占总降解量的75.00%、77.00%、94.24%、36.92%以及59.62%，说明DMDS在土壤中主要降解途径是生物降解；DMDS降解速率在一定温度和含水量范围内随着土壤温度以及含水量的升高而加快，随着施用剂量的增加而变慢，随着两种有机肥的添加量的增加而减慢；添加化学肥料对DMDS降解速率影响不一，除磷肥和硫肥外氮肥和钾肥均能抑制DMDS土壤降解，16SrRNA高通量测序实验表明添加化学肥料后显著改变了土壤中微生物的种群数量，从而影响DMDS的生物降解；供试的8种生物炭，除BC-1外其余7种均能不同程度的抑制二甲基二硫在土壤中的降解；二甲基二硫的水解速率随溶液pH值的增大和温度的升高而加快，并且化学降解为主要降解途径。DMDS散发、迁移、残留环境行为表明：不同土壤类型下DMDS的散发、迁移、残留环境行为不同，沙壤土以及红壤土中DMDS累积散发损失（15%左右）显著高于黑土（7%左右），DMDS在沙壤土中的迁移能力最强，黑土次之，红壤土最弱；揭膜后土壤中DMDS残留递减顺序为：黑土>红壤土>沙壤土，在供试的土壤含水量梯度内DMDS迁移能力及揭膜后土壤残留随土壤含水量的增加而不断降低；土壤表面覆膜可以有效降低85%以上DMDS散发。发表研究论文10篇，SCI收录论文9篇，单篇影响因子大于7。出版专著1部；获得授权发明专利2项，实用新型专利3项；获得全国农牧渔业丰收奖二等奖1项。培养研究生3名。