典型农药在稻田及周围水环境中对微生物群落的影响研究

发布时间：2017-04-16 20:12

  本文关键词：典型农药在稻田及周围水环境中对微生物群落的影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水稻生产具有独特的种植模式,其种植区域通常水系丰富,包括具有重要生态价值的池塘、湖泊、湿地等。目前农药在稻田周边水域检出的报道日益增多,对典型稻田-池塘生态系统具有潜在的风险。为指导规范用药,保障生产的同时降低农药使用对稻田生态系统的生态风险,对稻田土壤、周边水体、池塘沉积物中农药时空动态分布进行监测是基础。同时微生物在土壤、沉积物生境中广泛分布,其多样性是反映生态系统受干扰后生物群落变化的重点监测因子。本研究中,通过田间不同时期调查监测毒死蜱,三唑酮、丁草胺,丙草胺,甲氰菊酯,戊唑醇,氰氟草酯,高效氯氰菊酯,氰戊菊酯,苯醚甲环唑、苄嘧磺隆,多菌灵,吡虫啉,甲基托布津,噻嗪酮等15种农药在稻田土壤、稻田沟渠、池塘水、稻田沟渠、池塘沉积物中的分布。并采用室内培养和稻田-池塘模拟生态系统相结合的方式,以田间高检出率的噻嗪酮、三唑酮、丙草胺以及在生态凤险方面广受关注的叶枯唑为研究对象,以土壤酶活性、微生物群落结构和细菌遗传多样性为指标研究典型农药品种对稻田-池塘生态系统的影响。主要研究结果如下： 1、为探究农药使用后在稻区的分布情况,于2012年对浙江诸暨一处良好农业生产试验基地及周边水环境进行了为期1年的农药动态监测。共取样12次,采集样品稻田土壤、稻田沟渠、池塘水、稻田沟渠、池塘沉积物样品612个。利用气相色谱电子捕获检测器(GC-ECD))液相二极管阵列检测器(LC-DAD),检测15种农药残留量。结果表明：水样在0.01mg/kg、0.1mg/kg、1mg/kg三个水平上的平均回收率为74.0-113.6%,变异系数为0.4-6.2%。土壤和沉积物在0.02mg/kg、0.2mg/kg、2mg/kg三个水平上的平均回收率为70.5～117.6%,变异系数为2.2～11.3%。稻田土壤中共检出10种农药,其中三唑酮、氰戊菊酯、丙草胺、毒死蜱、苄嘧磺隆和噻嗪酮6种在沉积物中亦有检出,水样中共检出4种农药：毒死蜱、丁草胺、三唑酮和丙草胺。 2、采用浙江诸暨未施用农药的稻田土壤和池塘沉积物,分别添加3个浓度的三唑酮、噻嗪酮、丙草胺、叶枯唑(田间推荐剂量、5倍推荐剂量、10推荐剂量),进行28天的室内培养试验,探究四种典型农药对脱氢酶、脲酶、蔗糖酶的影响。实验结果表明,降解速率叶枯唑三唑酮丙草胺噻嗪酮,半衰期分别为10.5-17.3天、15.1-27.7天、19.8-31.5天、23.1-69.3天。四种农药处理对脲酶和蔗糖酶活性的影响较为一致。除噻嗪酮对非淹水土壤和沉积物中脲酶表现出激活作用外,三唑酮、丙草胺、叶枯唑均表现为抑制作用(抑制率17%-44%)。不同基质中脱氢酶活性受农药影响不同,非淹水土壤中噻嗪酮、三唑酮,沉积物中噻嗪酮、丙草胺对脱氢酶活性有激活作用,而淹水土壤中均表现为抑制作用,最大抑制率71%。 3、对上述28天室内培养试验,进一步采用磷酸脂肪酸(PLFA)方法对稻田土壤、池塘沉积物中微生物群落受四种典型农药的影响进行了研究。分析结果显示,培养初期革兰氏阴性菌与革兰氏阳性菌生物量的比值(GN/GP)和细菌与真菌生物量的比值(B/F)均出现明显下降。噻嗪酮、三唑酮、丙草胺、叶枯唑对细菌生物量的最大抑制率分别为：24.6%、31.5%、24.9%、43.6%,对真菌最大抑制率分别为23.0%、23.6%、10.5%、2.2%。稻田土壤和池塘沉积物中真菌生物量受噻嗪酮、丙草胺、叶枯唑影响较小或受抑制但在培养28天时已经恢复。噻嗪酮对非淹水土壤、淹水土壤、沉积物中细菌作用不同,在非淹水土壤中表现为刺激,而淹水土壤、沉积物中表现为抑制。三唑酮、丙草胺、叶枯唑处理组细菌被显著抑制(P0.05)。叶枯唑和丙草胺对革兰氏阴性菌(GN)抑制作用大于革兰氏阳性菌(GP)。噻嗪酮和三唑酮对GP菌抑制作用大于GN菌。 4、在人工气候室中构建稻田-沟渠-池塘模拟生态系统,以稻田土壤和池塘沉积物为研究对象,采用Miseq高通量测序方法,研究三唑酮、叶枯唑单剂、混剂及田间推荐剂量下重复使用对土壤和水体沉积物中细菌遗传多样性的影响。结果表明：农药处理后系统内Shannon多样性指数下降。经三唑酮、叶枯唑处理土壤中变化较大的菌属为红细菌属(Rhodobacter), Phycicoccus(?)Flavisolibacte,梭菌属(Clostridium), Dechloromonaslian,密螺旋体属(jreponema), Sulfuricurvum,地发菌属(Geothrix), Leptolyngbya和乳酸杆菌(Lactobacillus)。沉积物中受三唑酮、叶枯唑影响变化较大的为Ramlibacter,普氏菌属(evotella), Dok59和硝化螺旋菌属(Nitrospira)。三唑酮和叶枯唑在低浓度下重复使用与施药一次相比对稻田土壤和池塘沉积物中细菌多样性影响差别不大,但菌属相对丰度降低。稻田土壤和池塘沉积物有9个相同的优势类群,分别为变形菌门(Proteobacteria),酸杆菌门(Acidobactria),绿弯菌门(Chloroflexi),硝化螺旋菌门(Nitrospirae),浮霉菌门(Planctomycetes),放线菌门(Actinobacteria),芽单胞菌门(Gemmatimonadetes),厚壁菌门(Firmicutes)和蓝藻细菌门(Cyanobacteria),占总筛选细菌门的90%。另外共有的优势菌属有生丝微菌属(Hyphomicrobium),脱硫球菌属(Desulfococcus),脱硫杆菌属(Desulfobacterium),埃希氏杆菌属(Escherichia),卟啉单胞菌属(orphyromonas),双歧杆菌属(Bifidobacterium),硝化螺旋菌属(Nitrospira), LCP-6, GOUTA19, Candidates_Solibacter,假单胞菌(Pseudomonas),溶杆菌属(Lysobacter),红长命菌属(Rubrivivax)和厌氧绳菌属(Anaerolinea),占总优势菌属的40%。
【关键词】：农药 酶活性 微生物群落 细菌 遗传多样性 生态毒理
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X592
【目录】：

• 致谢6-7
• 目录7-11
• 摘要11-14
• Abstract14-17
• 第一章 前言17-32
• 1 稻田及周围水环境中农药污染研究现状17-21
• 1.1 土壤17-18
• 1.2 水体18-19
• 1.3 沉积物19-21
• 2 环境中农药残留对微生物的生态毒理效应21-24
• 2.1 对土壤酶活性的影响21-22
• 2.2 对微生物数量和种群结构的影响22-23
• 2.3 对微生物功能多样性的影响23-24
• 2.4 对微生物遗传多样性的影响24
• 3 环境微生物多样性研究方法24-30
• 3.1 传统培养分离法25
• 3.2 Biolog生态板法25-26
• 3.3 磷脂脂肪酸(PLFA)法26-28
• 3.4 分子生物学方法28-30
• 4 论文研究目的、内容及意义30-32
• 4.1 研究目的和意义30-31
• 4.2 研究内容31-32
• 第二章 试验区稻田及其周边水环境中农药残留分布特征32-50
• 1 引言32-34
• 2 材料与方法34-38
• 2.1 药剂与试剂34-35
• 2.2 主要仪器设备35
• 2.3 采样点布设与样品采集35
• 2.4 色谱条件35-37
• 2.5 样品前处理37-38
• 2.6 统计分析38
• 3 结果与分析38-46
• 3.1 15种农药添加回收率38-40
• 3.2 稻田土壤中农药残留分布40-43
• 3.3 稻田周围水体中农药残留分布43-44
• 3.4 水体沉积物中农药残留分布44-46
• 4 讨论与小结46-50
• 4.1 讨论46-49
• 4.2 小结49-50
• 第三章 稻田典型农药对土壤和水体沉积物中酶活性的影响50-69
• 1 引言50-51
• 2 材料和方法51-55
• 2.1 药剂与主要仪器设备51
• 2.2 供试土壤、沉积物51-52
• 2.3 土壤处理和培养实验52-53
• 2.4 农药残留检测53
• 2.5 酶活性测定53-54
• 2.6 统计分析54-55
• 3 结果与分析55-65
• 3.1 四种农药在土壤和沉积物中的降解动态55-58
• 3.2 四种农药对脱氢酶活性的影响58-60
• 3.3 四种农药对脲酶活性的影响60-62
• 3.4 四种农药对蔗糖酶活性的影响62-65
• 4 讨论和小结65-69
• 4.1 讨论65-68
• 4.2 小结68-69
• 第四章 稻田典型农药对微生物群落结构的影响69-89
• 1 引言69-70
• 2 材料与方法70-71
• 2.1 供试药剂70
• 2.2 主要仪器及设备70
• 2.3 实验设计70
• 2.4 气相色谱检测方法70-71
• 2.5 磷脂脂肪酸(PLFA)提取方法71
• 2.6 统计分析71
• 3 结果与分析71-80
• 3.1 噻嗪酮对微生物群落结构的影响71-74
• 3.2 三唑酮对微生物群落结构的影响74-76
• 3.3 丙草胺对微生物群落结构的影响76-78
• 3.4 叶枯唑对微生物群落结构的影响78-80
• 4 讨论与小结80-89
• 4.1 农药、培养时间及其交互作用对细菌、真菌生物量的影响80-84
• 4.2 四种农药对微生物群落结构的影响84-88
• 4.3 小结88-89
• 第五章 三唑酮、叶枯唑对稻田模拟生态系统中细菌遗传多样性的影响89-111
• 1 引言89-90
• 2 材料与方法90-92
• 2.1 供试药剂与仪器设备90
• 2.2 供试土壤、沉积物90
• 2.3 稻田模拟生态系统培养实验90-91
• 2.4 基因组DNA的提取91
• 2.5 PCR扩增91
• 2.6 PCR产物的混样和纯化91
• 2.7 文库构建和测序91-92
• 3 结果与分析92-107
• 3.1 三挫酮、叶枯唾在稻田生态模拟系统中迁移和消解动态92-95
• 3.2 三唑酮、叶枯唑单剂及混剂对土壤中细菌遗传多样性的影响95-98
• 3.3 三唑酮、叶枯唑单剂及混剂对沉积物中细菌遗传多样性的影响98-102
• 3.4 三唑酮、叶枯唑重复使用对细菌多样性的影响102-106
• 3.5 稻田土壤与池塘沉积物中微生物同源性分析106-107
• 4 讨论与小结107-111
• 4.1 三挫酮、叶枯挫对稻田模拟系统中细菌遗传多样性的影响107-108
• 4.2 三唑酮、叶枯哩对稻田模拟系统中优势菌种的影响108-110
• 4.3 小结110-111
• 第六章 全文总结111-115
• 1 论文总结111-113
• 2 论文创新点113-114
• 3 不足与展望114-115
• 参考文献115-125
• 作者简历125

【参考文献】

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本文编号：311582