新烟碱类农药在干湿交替灌溉稻田系统中的残留特征及迁移机制研究

Neonicotinoids, which grab the largest pesticide market share worldwide, are widely used in water environment system of paddy field. However, the information of migration and residual mechanisms of neonicotinoids in paddy field under alternate wetting and soil drying irrigation is still unknown. It is also the premise to evaluate the safety of pesticide ecological environment. The object of project is imidacloprid, thiamethoxam and clothianidin which are the largest neonicotinoids market share. This project attempts to discuss the key migration and transformation behaviors influencing multimedia residual of neonicotinoids, and carries out research work as follows three aspects: (1) Exploring the intrinsic relationship between single environmental physicochemical factor and the adsorption, desorption or degradation of neonicotinoids via single factor experiments. (2) Exploring the mechanisms of multimedia migration and residual influenced by alternating wet and dry irrigation via simulation experiment of pesticide migration in paddy field. (3) Constructing multimedia migration response model based on experimental results; capturing critical alternate wetting and soil drying irrigation conditions; providing technical approaches to improve the leakage and residual of neonicotinoids in paddy field. This project can provide theoretical basis for the neonicotinoids fate in aquatic environment system, and can provide technical support for water-soil security and ecological protection.

新烟碱类农药是世界农药市场份额最大的杀虫剂，被广泛应用于稻田的虫害防治。在目前推广的干湿交替灌溉模式下，稻田系统中该类农药的残留特征及迁移机制尚不清楚，这也是评价农药生态环境安全的前提。本项目拟以市场占比最大的三种新烟碱类农药（吡虫啉、噻虫嗪和噻虫胺）为研究对象，围绕影响其在干湿交替稻田中残留特征所涉及的主要迁移转化行为，开展三方面的工作：（1）通过单因子实验，探明各单一环境因子对水土系统中新烟碱类农药的吸附解吸及降解的影响。（2）在此基础上，进行稻田农药迁移转化模拟实验，探索干湿交替灌溉模式与其影响下的环境因子对新烟碱类农药在稻田中残留特征及多介质迁移的影响机制。（3）基于实验结果，构建实际稻田多介质迁移转化模型，捕捉临界干湿交替灌溉条件，提出可减少该类农药淋溶及残留的干湿交替调控途径。本项目可为新烟碱类农药在水环境系统中的归趋提供理论依据，也可为稻田水土安全与生态保护提供技术支撑。

新烟碱类农药是稻田系统中施用最为广泛农药之一，但目前关于该类农药在干湿交替灌溉稻田中的迁移转化机制的研究仍十分有限。项目总结分析了干湿交替灌溉对稻田系统的生境的影响；揭示了影响灌水量、产量、水/氮利用率和温室气体排放改变的关键因子，即：干湿交替上下限、土壤类型和施氮量；建立多目标优化模型，以水分利用率最高为目标函数，探索了最优干湿交替上下限。项目总结分析了环境因子对新烟碱类农药在稻田系统中环境行为的影响；分析了农药本身性质、土壤成分及类型、pH值、温度、含水量等因子对该类农药吸附和解吸的影响机制；并分析了土壤新烟碱类农药的微生物降解、光解和水解机理。项目总结分析了土壤添加剂生物炭对新烟碱类农药环境行为的影响。在此基础上，项目建立了六种新烟碱类农药的检测方法，包括噻虫啉、噻虫胺、吡虫啉、啶虫脒、噻虫嗪和烯啶虫胺；采用实验室批量平衡法，研究了新烟碱类农药在土壤中的吸附/解吸动力学、吸附等温线及降解动力学；随后探索了生物炭和有机质对该类农药在土壤中流动性和持久性的影响；结果表明生物炭和有机质联合施用是一种可降低新烟碱类农药生态风险的土壤改良方案。此外，本项目采用自主研发的稻田污染物模拟实验系统，探索了干湿交替和水稻耦合影响下新烟碱类农药的淋溶及残留分布特征；研究表明新烟碱类农药的各介质分配与干湿交替频率以及水土环境因子密切相关。基于试验结果，本项目提出了一种新烟碱类农药多介质迁移耦合模型，定量分析了新烟碱类农药在稻田系统中各形态之间的转化与降解。该研究成果揭示了干湿交替灌溉作用下稻田中新烟碱类农药的环境归趋，同时为新烟碱类农药的生态风险控制提供了理论支撑与科学依据。