农药与高吸水性树脂的相互作用及两者共存下的农药环境行为研究

The application of super absorbent polymers (SAP) to agriculture is one of the effective measures to solve the problems of drought resisting and water retention in arid-semiarid region and the use of pesticide is an indispensable part as well. So it is obviously important to study and clarify environmental behavior of agricultural chemicals when coexisted with SAP. Based on this purpose, Carbendazim, a highly-efficient bactericide and ZJ0273, a novel highly-selective herbicide are selected for the following studies. Supported by radioisotope tracer technology and modern analytical techniques, from the points of mass balance and tracer kinetics, it is conducted to investigate extractable residues, bound residues and mineralization, bioaccumulation and depletion of the two pesticides in soil earthworms, as well as absorption, transportation and distribution in plants of peanuts and oilseed rape, when carbendazim and ZJ0273 are coexisted with SAP. By means of modern spectroscopy, interaction of the two pesticides with SAP and their potential mode action are determined. Meantime, electron-beam radiation is applied to initiate and synthesize/prepare the compisites of carbendazim-SAP and ZJ0273-SAP, and then study their properties and environmental behavior in plant-soil ecosystem. This project paves a way for safely-rational use of SAP and pesticide in arid-semiarid region and their environment-friendly and development tendency.

利用高吸水性树脂(SAP)解决干旱半干旱地区抗旱保水问题是行之有效的农业生产措施，而农药的使用亦不可或缺。因此，研究并阐明SAP与农药共存下农药的环境行为规律尤为重要。本项目以多菌灵和丙酯草醚为研究对象，综合运用放射性同位素示踪技术和现代仪器分析技术，从质量平衡和示踪动力学角度阐明多菌灵/丙酯草醚与SAP共存下，两种农药在土壤中的可提态残留、结合态残留与矿化规律，在土壤模式生物（蚯蚓）中的生物富集作用及消除规律，以及在植物中的吸收、运转与分配等规律；利用现代波谱分析技术研究多菌灵/丙酯草醚与SAP的相互作用，并探讨其可能的作用机制。同时，采用电子束法制备多菌灵-SAP复合物和丙酯草醚-SAP复合物，进而研究这两种农药-SAP复合物特性及其在植物-土壤生态系统中的行为规律。本项目旨在为干旱地区安全、科学、合理使用SAP和农药，为其向着高效安全、环境友好的方向发展提供理论依据和技术支持。

我国水资源严重匮乏，利用SAP解决干旱半干旱地区抗旱保水问题已成为我国农业可持续发展、保障粮食安全行之有效的途径之一。随着SAP集成应用技术的发展及其在农业旱田的抗旱保水的广泛应用，SAP与农药在环境共存是一普遍现象。然而，国内外有关SAP与农药共存下的农药环境行为研究迄今未见报道。本项目以多菌灵和丙酯草醚两种农药为研究对象，综合运用放射性同位素示踪技术和现代仪器分析技术，从质量平衡和示踪动力学角度阐明多菌灵/丙酯草醚与高吸水树脂材料共存下，两种农药在土壤中的可提态残留、结合态残留与矿化规律，在土壤模式生物中的生物富集作用及消除规律，以及在植物中的吸收、运转与分配等规律；利用现代波谱分析技术研究多菌灵/丙酯草醚与SAP的相互作用，并探讨其可能的作用机制。同时，采用电子束诱导合成法制备多菌灵-SAP复合物和丙酯草醚-SAP复合物，进而着重开展农药-SAP复合物特性及其在植物的吸收运转规律和土壤中的行为规律研究等。.本项目采用10 MeV辐照技术首先制备了两种具有良好释放性能和高吸水能力的新制剂（丙酯草醚-SAP和多菌灵-SAP复合物），均符合Rigter-Peppas释放动力学模型，利用FTIR、SEM和HPLC-MS/MS技术对二者的物理化学结构表征证明在聚合过程中丙酯草醚和多菌灵的结构未发生改变。在此基础上进行的环境行为研究发现，SAP的存在明显促进了多菌灵和丙酯草醚农药在土壤环境中的消减速率，且其降解速率与残留形态受土壤类型的影响。SAP与农药复合物在土壤中可通过开环矿化彻底脱毒，且矿化量与土壤类型相关，除酸性土壤外，土壤形成的结合残留量明显下降。此外，土壤微生物结果表明，不同的土壤性质与不同的土著微生物群落可能是影响多菌灵在与SAP混施下在不同土壤中的环境行为与归趋的主要因素。在土壤-油冬菜体系中，SAP的存在可降低多菌灵在油冬菜中的残留及挥发性物质的产生，不会在植物中产生大量农药残留。以上研究结果旨在为干旱地区安全、科学、合理使用SAP和农药，为其向着高效安全、环境友好的方向发展提供了理论依据和技术支持。