生菜根系分泌物对土壤中结合态新烟碱类农药残留活化的机制解析

The pesticide in soil gradually formed bound residues over time. The bound residues could be converted into extractable residues when the soil environmental changes, which can do great damage to the environment again. However, the research on the mechanism about bound residues of pesticide affected by crop planted in soil was seldom reported to date. In this study, three neonicotine pesticides, imidacloprid, acetamiprid and nitenpyram, widely used in china were chosen, and the change of pesticide residue pattern by the effect of root exudates of lettuce was researched though the pot tests and the method of chemical extraction. Then, the influence of some organic acids and amino acids existing in root exudates of lettuce on bound pesticide residues is further investigated. This subject of the research was to elucidate the activation mechanism of bound residues affected by root exudates of crop. The results would help in effective evaluation of the risk of soil pesticide residue, pesticide control, and agricultural product safety.

土壤残留农药经老化可形成结合态残留，而环境条件改变使其再次释放到环境中，带来长期、潜在的环境污染和农产品质量安全隐患。目前，关于土壤中结合态残留农药的活化过程以及植物根际结合态农药生物有效性的研究报道较少。本项拟以生菜为研究对象，针对我国蔬菜生产中大量使用的三种新烟碱类杀虫剂（吡虫啉、啶虫脒、烯啶虫胺），通过盆栽试验结合化学提取分析的方法，研究其根系分泌物对土壤中农药残留形态的影响，比较根系分泌物不同组分对结合态农药残留活化能力的差异，建立根系分泌物主要活性成分与结合态农药残留量的动态变化模型，明确生菜根系分泌物对土壤中结合态新烟碱类农药残留活化的机制。该项目的研究可以有效地评价土壤残留农药的危害风险，对农产品安全生产及农药残留危害控制具有重要的理论指导意义。

本研究针对我国农业生产中常用的新烟碱类杀虫剂通过盆栽试验研究生菜根系分泌物对土壤中新烟碱类农药残留形态的影响，重点围绕主要活性根系分泌物活化土壤中新烟碱类农药结合态残留的机理及其生物有效性进行研究。首先制备含有吡虫啉污染的土壤，老化后基于分级提取技术分析老化土壤中吡虫啉不同残留形态分布，测定溶解态（超纯水提取）、有机溶剂提取态（甲醇提取）、结合态残留态（焦磷酸钠和氢氧化钠混合溶液提取）中吡虫啉浓度残留分别占总量的38.7%、52.2%和9.1%。基于生菜盆栽实验发现，生菜可以从土壤中吸收吡虫啉，而更易向其茎叶中转移。老化土壤中吡虫啉富集因子和转移因子均大于新土壤中吡虫啉富集因子和转移因子，这表明生菜可以从含老化土壤吸入更多吡虫啉。此外，种植生菜后，新拌土壤中可提取态吡虫啉浓度小于其对照土壤，而含老化土壤吡虫啉可提取态残留大于其对照土壤中吡虫啉浓度，表明种植生菜可以促进土壤中吡虫啉结合态残留变成可提取态残留，进而被植物吸收利用。通过测定含老化土壤组种植生菜前后土壤有机碳含量，发现种植生菜后的总有碳的含量（17.5±0.5 g/kg）显著小于种植生菜之前的（18.2±0.7g/kg）（P<0.05），而土壤中有机碳的减少可能促使更多结合态农药残留转变成可提取态。模拟添加生菜根系分泌物提取液实验研究表明，生菜根系分泌物提取液可以增加土壤中吡虫啉可提取态农药残留。另外，基于GC-TOF/MS对生菜根系分泌物样品进行定性分析，共定性出的76种化合物，包括糖醇类（19个）、氨基酸类（6个）、有机酸类（41个）、其他类（10个）。选取单一根系分泌物成份如有机酸、氨基酸、糖类对土壤中结合态吡虫啉的活化规律进行研究，发现对结合态吡虫啉的活化效果为有机酸（柠檬酸 > 草酸）> 糖类（果糖 > 葡萄糖） > 氨基酸（甘氨酸 > 丙氨酸）。本研究结果可对农产品安全生产以及有效地评价土壤残留农药的危害风险具有重要的理论指导意义。