新型农药的应用正在快速推进,其生态安全性评价却相对滞后。以往开展农药的环境安全评价通常关注其在环境中的残留、移动、富集及其对陆地生物(一般是动物)的毒性与危害。然而,农药释放进入土壤后,对土壤微生物群落和生态功能产生何种影响,却一直未能得到足够的重视和清楚的认识,这影响了农药的生态安全性科学评价。以土壤微生物作为敏感指标,研究新型农药对生态环境的影响将对正确理解新型农药的环境行为及科学评价其生态安全性具有重要意义。
中国科学院南京土壤研究所研究员李忠佩团队围绕新型农药-氯虫苯甲酰胺(CAP)的生态安全影响问题开展了系列研究工作。研究人员选取我国亚热带三种母质发育的典型水稻土,设置不同施药水平,观测了CAP在不同土壤中的降解动力学特征,分析了其降解过程对土壤微生物群落和活性的影响。
研究发现,较低施药量下(1mg/kg),降解初期,CAP会抑制土壤基础呼吸、微生物代谢熵、酸性磷酸酶和蔗糖转化酶活性,并且对土壤微生物碳源代谢活性和细菌群落结构产生显著影响；降解后期,土壤微生物群落、活性和功能会逐渐恢复(Ecotoxicology and Environmental Safety,2017)。然而,高施药量(10mg/kg)下,CAP对土壤微生物碳源代谢和细菌群落结构会产生较大和较长时间的影响,难以恢复(Science of The Total Environment,2018)。
上述研究虽然明确了CAP本身对土壤微生物群落的影响,但仍缺乏CAP降解产物影响的了解。对此,研究人员首先通过HPLC确定了CAP降解过程中的两个主要转化产物,并通过半制备色谱分离纯化得到两个转化产物Z1、Z2,然后通过1H-NMR、13C-NMR、HRMS等谱图解析了其化学结构。随后,通过培养试验,比较了CAP、Z1、和Z2对土壤微生物群落的影响。研究发现,三者对土壤微生物群落均有潜在危害,但其对土壤微生物的α-多样性、β-多样性、微生物共存网络的影响大小不同。其中,Z2对土壤微生物的影响更大,要大于CAP本身；Z1的影响小于CAP。因此,对新型农药的土壤生态安全评价不能忽视降解转化产物的影响。相关研究成果在线发表在Journal of Hazardous Materials(2021)上。
以上系列研究论文均以副研究员吴萌为上述系列研究论文的第一作者,李忠佩为论文的通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金面上项目和青年基金项目的资助。
氯虫苯甲酰胺及其转化产物的风险评价