土壤酸化對有機磷殺蟲劑對艾美耳草毒性的影響及其機理

2020-12-04 PCR晶片網

文章信息

Effects of soilacidification on the toxicity of organophosphorus pesticide on Eisenia fetidaand its mechanism

Xiaoming Zou, Xiaoyu Xiao, Hanfeng Zhou, Feng Chen,Jianjun Zeng, Wenbiao Wang, Guangping Feng, Xiangfeng Huang

DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.04.036

發表雜誌：Journal ofhazardous materials（IF=7）

1. 研究背景

有機磷農藥（OPs）已被廣泛用於控制農業昆蟲。土壤酸化是集約型農業系統土壤中的主要問題，尤其是在pH緩衝能力低的紅壤中。但是，土壤酸化對農藥毒性的影響尚不清楚。

2. 方法

2.1 通過土壤製備及微生物多樣性分析（Wcgene Biotech, Shanghai, China）了解土壤樣品的基本特性。

2.2 通過毒性測試確定土壤酸化對農藥毒性的影響。

2.3 通過酶測定確定超氧化物歧化酶（SOD），過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）的活性和總蛋白的含量。

2.4 通過QSAR模型研究土壤酸化對農藥毒性及其作用機理。

3. 結果

3.1土壤酸化對有機磷農藥對大腸桿菌的毒性的影響

研究結果證明，由於土壤酸化，被測OPs的毒性不僅在個體水平上而且在生化水平上都略有增強。

圖1.測試的OPs對E.fetida的劑量響應曲線（AC）和抗氧化防禦酶的活性（DF）。

3.2 機械模型開發及驗證

通過PLS分析生成了一些參數和Williams圖，以進一步驗證開發的模型（公式2）。

圖2. Williamsplotsoft開發的QSAR模型和變量的VIP值

3.3 土壤中有機磷農藥的降解

研究表明，由於土壤pH值的降低引起的微生物群落和微生物活性的變化；土壤中微生物群落的變化主要導致不同的生物降解係數，隨後導致測試OPs的降解半衰期不同。

圖3在pH 5.5，4.3和3.1下沒有OPs的被測土壤的群落熱圖。

圖4.OPs的HOMO軌道（AC）和靜電勢（0.001au）（DF）的3D等值面圖。

3.4 用AchE抑制有機磷農藥

研究結果表明，浸出金屬離子的濃度（表1）遠低於其在AchE上的有效劑量（數據未提供）。其次，浸出的金屬離子與經過測試的OP之間的協同或拮抗作用可能趨於加成效應，因為一種成分化學物質是其他成分的稀釋劑。

圖5.具有OP（AC）和2D魅力（DF）的AchE的綁定範圍。

結論

研究表明，隨著土壤pH值的降低，被測OPs的毒性略有增加。為了解釋這種現象，根據環境生物利用度，毒物動力學和毒物動力學特性開發了QSAR模型。該模型表明，生物利用度和毒理動力學是土壤酸化影響OPs毒性的關鍵因素。進一步解釋該模型，結果表明，OPs的生物利用度與其水解和生物降解特性密切相關，而土壤酸化對毒理動力學的影響主要是由AchE與OPs相互作用引起的。

相關焦點

  • 氮循環和土壤酸化
    生態體系中，受生物活動、人類耕種及工業生產、天氣變化等因素的影響，氮時刻都在以不同的生化作用方式變換著形態。施用大量農家肥，的確可以增加土壤中的氮素，但農家肥中所含的氮大都是有機態氮，需要微生物活動轉換為氨，氨再轉換為銨，銨根離子可以被土壤顆粒吸附保存，並隨時以一比一的比例和H+離子交換的方式，進入土壤水溶液中，被植物根系吸附和吸收。這些形態轉換是可逆的動態生化過程，受數量和溫度、溼度的影響很大。
  • 土壤酸化的危害與治理
    什麼是土壤酸化土壤酸化指的是土壤的酸鹼度發生明顯的變化，pH值小於7，呈酸性，並且此酸性條件會對作物的生長發育產生顯著影響。隨著近年來我國農業操作的急功近利和短視性，以及受全球碳排放量增加等的影響，農業土壤酸化也越來越嚴重，越來越普遍。自20世紀90年代以來，土壤pH年平均降低0.06個單位。正常 pH值應在5.5~7.5，而我國pH<5.5的土壤面積已經達到2.26億畝，我國總耕地面積只有18.26億畝，佔到了12.3%。
  • 重視果園土壤酸化管理,一旦出現問題,嚴重影響生產效益
    土壤酸化對於果園管理影響極大，一旦出現問題，對生產效益影響嚴重，而部分果農卻不重視調理，此乃果園種植管理大忌。一、土壤酸化解釋土壤酸化問題，已成了「老大難」，尤以煙威地區為重，多數土地PH在6.0以下，文登地區甚至達到4.1，而極差的能達到3.73。土壤酸度反映的是土壤中氫離子的數量。
  • 土壤酸化是怎麼造成的?防治措施有哪些?
    因此，長期大量施用尿素也會導致土壤酸化。4.高溫多雨的環境條件會加劇土壤酸化高溫多雨的環境一方面使土壤中有機形態的養分礦化速度加快，另一方面加速了各種養分離子的淋溶損失。大量的鈣、鎂離子被淋洗就導致土壤pH值降低。
  • 造成土壤酸化、鹽漬化的主要原因及其危害
    幾十年以來，因為自然、人為、機械耕作方式不當及不科學的施肥造成了土壤質量的退化，耕層變淺，土壤板結。南方的土壤酸化，北方的鹽漬化，土壤汙染等現象時有發生，特別是近幾年，我國土壤退化面積佔總耕地面積的40%以上，給農業生產特別是農業的持續性發展造成了一定影響，對農作物產量進一步提高設置了障礙。
  • Geoderma爭議性論文丨土壤酸化是中國主要農田有機碳積累的另一驅動力
    DOI: 10.1016/j.geoderma.2020.114807   摘  要：中國農田土壤有機碳（SOC）顯著增加。目前文獻將其主要歸因於有機肥、農作物秸稈和根系有機碳輸入的增加。然而，通過對中國185個長期試驗和6669個空間數據進行Meta分析，研究發現土壤酸化是土壤有機碳積累的另一個重要原因。長期試驗結果表明，過量施氮引起的土壤酸化與觀測到的土壤有機碳累積相吻合，且貢獻顯著（p <0.01）。在空間上，土壤酸化引起的土壤有機碳增加量隨初始含量的增加而降低。
  • 水解酸化工藝處理印染廢水的機理
    北極星水處理網訊:摘要：為了研究水解酸化工藝處理印染廢水機理及其必要性，嘗試用分子量及其分布和聚乙烯醇( PVA) 降解程度作為論證指標，並綜合後續好氧生物處理。雖然水解酸化預處理印染廢水應用廣泛，但已有文獻對其工藝機理未作深入研究，沒有明確交代在水解酸化時間內VFA 是否產生及廢水pH 變化規律［13-15］; 或因研究中添加澱粉、奶粉等易降解有機物［16， 17］作為共基質來產生VFA，並不能準確闡述水解酸化在印染廢水中的原理及機制。
  • 土壤酸化的研究進展
    然而在溫暖多雨氣候條件下，需要認識到土壤的成土形成過程和發育過程，在一定意義上就是自身發生的一個緩慢自然酸化過程，而土壤酸化速率在酸沉降情況下，加速了酸化過程（戎秋濤等，１９９６）。 土壤酸化的影響因素有兩種，一是自然因素，即土壤在形成過程中，在特定成土條件下自然形成的酸性土壤；二是人為因素
  • 土壤酸化的幾個冷知識!銨態氮肥會引起土壤酸化?
    土壤酸化的幾個冷知識！銨態氮肥會引起土壤酸化？因此，土壤酸化後其改良難度很大，保護土壤，阻控酸化是我們的重要職責。圖2交換性H 轉化為交換性鋁及交換性鋁釋放、水解和產H 的過程示意圖3、銨態氮肥即使全部被植物吸收也會酸化土壤人為活動加速土壤酸化的致酸源主要有2個方面：酸沉降和不當的農業措施。酸沉降的影響比較容易理解，它將酸直接輸入土壤中。農業措施中施用銨態氮肥是加速土壤酸化的主要原因。
  • 科學網—初步闡明成土早期土壤有機磷礦化機理
    中科院成都山地所
  • 土壤出現酸化、板結、鹽鹼化怎麼辦?
    土地由於連年耕種，大量使用化肥，土壤出現酸化，板結，養分失調，次生鹽鹼化，重茬病害嚴重等，還有一些由於礦山開採造成的土壤重金屬汙染問題。這裡不談重金屬汙染的問題，只談談由我們自己種地造成的各種土壤問題修復的方法。
  • SBB | 氮素富集對草地地下群落的影響:土壤氮素有效性vs.土壤酸化
    DOI: 10.1016/j.soilbio.2015.06.028摘  要：由於人類活動的影響，全球陸地生態系統正在接收越來越多的生物活性氮(N)。這種有意或無意的施肥可能會對地上和地下群落產生重要影響。
  • 科研人員初步闡明成土早期土壤有機磷的礦化機理—新聞—科學網
    磷的有效供給是生態系統發育和穩定的必要條件，因而成土早期磷的生物地球化學循環機理對裸地植被恢復工程具有重要意義。
  • 【土壤改良】為什麼你的土地會發生鹽鹼化、酸化?
    【土壤改良】為什麼你的土地會發生鹽鹼化、酸化？一般大棚作物種植3-5年後開始出現土壤障礙現象，主要表現為土壤酸化鹽鹼化（南部酸化、北部鹽鹼化）。白綠紅現象的出現，直接反映出我們向土壤中投入的化學肥料嚴重過剩，或土壤有機質的降低使土壤性狀惡化，保肥能力下降。土壤出現紅、白、綠現象都會對作物產生不同程度的危害。二、土壤鹽鹼化、酸化現狀：土壤鹽鹼化、酸化障礙主要是不良施肥習慣和土壤差異導致的。
  • 酸化土壤顫抖吧,果園綠肥鼠茅草來了!
    農業生產中，通常可以選用石灰等傳統方法改良酸化土壤。隨著現代農業技術的發展，果園長期覆種鼠茅草等生態種植技術對酸化土壤改良也具有綜合的效應。　　春季返青：　　果園補氮要抓緊　　環渤海灣地區是我國溫帶果樹的主要產區。果園土壤大多為棕壤土，其特點是土壤貧瘠、緩衝性差、缺乏鈣鎂營養元素。
  • 明明沒有「違規操作」,土壤酸化卻越來越嚴重
    土壤酸化問題嚴重困擾著我國柑橘生產，有不少果農向我抱怨道：我的果園從沒用過酸性肥料，有機肥也用得不少，任何和「酸」有關係的肥都不敢用，甚至腐殖酸、胺基酸都沒用過，最近一測，土壤卻酸化了種果的人們很困惑，明明自己沒有「違規違章」操作，怎麼土壤就出問題了？果園土壤酸化的發生已然十分普遍，那麼酸化到底有哪些內在規律？如何分布？和哪些農事操作有關係呢？
  • 地理資源所揭示青藏高寒草地土壤有機質組分空間格局
    據預測，青藏高原升溫遠高於其它地區，科學評估氣候變暖對高寒草地土壤碳貯量的影響及其過程機理，受到政府和公眾的廣泛關注。中國科學院地理科學與資源研究所研究員何念鵬、溫學發及其團隊，依託當雄生態站的模擬增溫實驗、垂直樣帶和橫跨東西水平樣帶，採用原位控制實驗+樣帶調查+室內培養的技術體系，從土壤有機質組分、結構及其溫度敏感性相結合的角度，探討了溫度升高對青藏高寒草地土壤碳貯量及其穩定性的影響及其機理。
  • 土壤酸化的幾個冷知識
    北極星環境修復網訊:導 讀不同人群對土壤酸化知識的理解還存在一定的偏差，因而本文針對土壤酸化的幾個冷知識進行科普介紹。文/徐仁扣，時仁勇來源：土壤與農業可持續發展國家重點實驗室網站（2018年6月20日）近年來土壤酸化在全國範圍內普遍發生，引起民眾、政府部門和科研人員的高度關注。
  • 美國環保署發現三種有機磷殺蟲劑對眾多物種具有風險
    世界農化網中文網報導：美國環保署指出，三種有機磷殺蟲劑可能危害聯邦保護的多數瀕危和受威脅物種。 　　評價報告顯示，在列出的超過1800種物種中，約97％物種可能受到合法使用的毒死蜱和馬拉硫磷的不利影響，78％可能被二嗪農危害。 　　聯邦野生動物機構根據EPA的調查結果，將進一步分析三種農藥對所列物種的潛在危害，並確定是否需要採取緩解措施來保護瀕危的植物和動物物種及其關鍵棲息地。
  • 化肥導致土壤酸化板結」沒有科學依據!
    所以，公眾對化肥產生了負面認識，如化肥導致土壤酸化和板結，並開始過度放大這種負面作用，甚至於憎恨化肥。然而，事實是這樣嗎？ 施用化肥真的導致土壤酸化和土壤板結嗎？通過大量的相關文獻調研，我們發現該結論沒有足夠的科學數據支撐。 化肥主要是小分子或各種鹽，不會直接導致土壤酸化。