中国农田土壤农药污染现状和防控对策

3农药污染农田土壤的修复

目前用于修复农药污染土壤的修复技术主要有物理修复、化学修复和生物修复等。其中，物理修复和化学修复技术具有周期短、修复效率高，但工程量大、费用高、易产生二次污染等特点，更为适用于农药残留浓度较高的土壤修复，如农药场地污染修复。生物修复法虽然修复周期较长，但因其经济环保，且不易破坏生态系统等优点，更加适合中低残留浓度的农药污染土壤，如农田土壤中的农药污染修复。针对农田土壤中各类农药的生物修复主要包括微生物修复、植物修复、菌根修复等。

3.1微生物修复

大量的研究表明，农药的微生物降解是能够彻底消除农药土壤污染的主要途径。微生物降解农药的作用方式可以分为两大类，一是微生物直接作用于农药，通过酶促反应降解农药，常说的微生物降解有机磷农药多属于此类；二是通过微生物的活动改变了化学和物理的环境而间接作用于农药，一般有矿化作用、共代谢作用、生物浓缩或累积作用及其他的间接作用等。农药微生物降解的研究始于20世纪40年代，细菌、真菌、放线菌、藻类等对农药都有降解作用，现已发现了大量农药降解菌及其降解的农药。以毒死蜱为例，毒死蜱在非灭菌土壤中的降解比在灭菌土壤中快得多，证明了土壤微生物对毒死蜱的降解作用。杨丽等从蔬菜大棚土壤中分离到一株能以毒死蜱为唯一碳源和能源生长的粪产碱杆菌DSP3(AlcaligenesfaecalisDSP3)，在含100mg/L毒死蜱的土壤中，20天后该菌对毒死蜱的降解率接近100%。真菌以毒死蜱为唯一碳源，对毒死蜱浓度在20~200mg/L，pH6.5~9.0，温度30~40℃时的降解效果较好。Mukherjee等利用绿藻门中的小球藻进行毒死蜱的降解实验，发现该藻不仅能够降解毒死蜱，对毒死蜱的两种降解产物3,5，6-trichloropyridirol和hlorpyrifosoxone也有降解效能。由于微生物种类和功能的多样性，一种毒死蜱降解菌往往可以降解多种农药，如产碱杆菌(Alcaligenessp.)、布鲁氏杆菌(Brucellasp.)对甲基对硫磷、对硫磷、毒死蜱、辛硫磷等都有一定的降解效果。微生物的种类、数量、活性对于农药的代谢至关重要，而改善土壤的环境条件，特别是营养条件，如勤松土、少积水、多光照、多通气以及定期投加营养物等，以满足污染环境中已经存在的降解菌的生长需要，以便增强土著降解菌的降解能力。微生物降解的本质是酶促反应，即农药通过一定的方式进入细菌体内，然后在各种酶的作用下，经过一系列的生理生化反应，最终将农药完全降解或分解成分子量较小的无毒或毒性较小的化合物的过程。可降解农药的酶主要有加氧酶、脱氢酶、偶氮还原酶和过氧化物酶等。在许多情况下，农药的微生物降解是在多种酶的协同作用下完成的。因此，利用固定化酶对农药的降解研究国内外均已有报道，如颜慧等将三嗪类除草剂扑草净降解酶固定化后应用于受污染土壤的生物强化研究，结果表明，以海藻酸钠作包埋剂将降解酶固定化，纤维为最佳的添加剂，利用固定化酶对受污染的土壤进行处理6周后，土壤中扑草净的含量减少85%。

3.2植物修复

利用植物能忍耐和超量积累环境中污染物的能力，通过植物的生长来清除环境中的污染物，是一种经济、有效、非破坏型的污染土壤修复方式。植物对土壤中农药的修复主要包括有3种机制：①许多植物可以直接从土壤中吸收农药等污染物进入植物体内，通过木质化作用或在植物生长代谢活动中发生不同程度的转化或降解；②植物释放到根际土壤中的酶可直接降解有关化合物，其中农药类有机污染物的降解起着重要作用的植物酶是水解酶类和氧化还原酶类等降解酶，这些酶通过氧化、还原、脱氢等方式将农药分解成结构简单的无毒小分子化合物；③植物根际与微生物的联合代谢作用，根分泌物和分解物给微生物提供营养物质，而微生物活动也促进了根系分泌物的释放，两者互惠互利，共同加速根际区农药的降解。目前，人们在利用植物对一些杀虫剂污染土壤的修复研究方面取得了一定的成果，如有机氯农药、有机磷农药以及拟除虫菊酯类农药。Lunney等研究西葫芦、大牛毛草、紫花苜蓿、黑麦草和南瓜5种植物在温室内对DDT及其代谢产物DDE运输传导和修复能力时发现，两种葫芦科植物南瓜和西葫芦具有较强的运输和富集能力。Pereira等研究了地中海蓟和埃里卡藻对杀虫剂HCHs同分异构体的吸收和分布，在地中海蓟和埃里卡藻的组织中β-型的HCHs所占的比例最大，且地上组织比在根中的HCHs含量要大得多，这些结果对于修复HCHs污染的土壤有很重要的意义。文献报道香蒲对甲基对硫磷有很高的去除率，是一种很有应用前景的植物修复候选物。Flocco等将紫花苜蓿放在10mg/L的保棉磷中培养，结果显示种植紫花苜蓿可以使保棉磷的半衰期由10.8天下降到3.4天。Garcinuño等研究表明了狭叶羽扇豆种子对杀虫剂甲萘威、苯线磷和氯菊酯有极强的保留能力。

植物修复几类常用除草剂的研究也有一些报道。研究发现狼尾草在污染土壤中生长80天后，能将莠去津和西玛津的降解率分别提高23%和32%。Lin等发现风倾草降解了80%以上的莠去津；Kruger等研究发现地肤草可明显地吸收多年沉积的莠去津，降低土壤中生物可利用的莠去津量，且莠去津的降解不受污染土壤中其他农药存在的影响。Gaskin等研究表明在外部根际菌群与宿主植物松树共存时，对于土壤中的莠去津其修复效率比单独的植物修复高3倍。这些研究表明利用植物降解污染土壤中的莠去津是可行的。虞云龙等通过对根际土壤和非根际土壤中丁草胺降解的研究发现，棉花、水稻、小麦和玉米的种植明显促进了丁草胺的降解，其降解半衰期缩短了26.6%~57.2%。Olette等研究了浮萍、伊乐藻和水盾草对磺酰脲类除草剂啶嘧磺隆的吸收能力，发现吸收能力从高到低依次是浮萍、伊乐藻和水盾草。Li等研究发现，多花黑麦草能吸收氟乐灵，并在植株体内将其代谢。Conger和Portier研究发现黑柳、北美鹅掌楸、落羽杉、黑桦及栎属植物都能有效地降解除草剂灭草松。近年来，将特定外源基因导入植物以提高植物对农药的降解效率的研究也有一些进展，如表达CYP2B6基因的水稻植株对除草剂呋草黄的降解作用至少增强了60倍；表达大豆CYP71A10和P450还原酶基因的烟草植株，对苯脲型除草剂降解能力提高20%~23%。植物修复具有的经济有效、绿色环保、以太阳能为驱动等优点使得该技术成为非常适合我国国情的实用技术，但是植物修复也存在其局限性，比如不能降解环境中所有的有机农药污染，且对农药浓度有要求，只有适宜浓度范围植物修复才能实现，此外植物修复周期比较长。

3.3菌根修复

菌根是土壤真菌菌丝与植物根系形成的共生体。据报道，外生菌丝一方面增加了根与土壤的接触，能增强植物的吸收能力，改善植物的生长，提高植株的抗逆能力和耐受能力；另一方面菌根化植物能为真菌提供养分，维持真菌代谢活性，并且菌根有着独特的酶途径，用以降解不能被细菌单独转化的有机物。林先贵等研究了施用绿麦隆、二甲四氯和氟乐灵的土壤接种菌根对白三叶草生长的影响，发现接种VA菌根真菌后，植株的菌根侵染率、生长量和氮、磷的吸收都高于不接种的对照植株。另有研究表明，菌根真菌摩西球囊霉(Glomusmosseae)侵染的大豆，其生长不受杀虫剂乐果的影响，施用0.5mg/L的乐果反而增加了摩西球囊酶的孢子萌发。这些研究结果表明菌根化植物对农药有很强的耐受能力，并能把一些有机成分转化为菌根真菌和植株的养分源，降低农药对土壤的污染程度。

4农药污染农田的综合治理对策

4.1加强农田土壤农药残留的调查研究

加强土壤农药污染的监测，了解土壤农药污染的情况，是防治土壤农药污染的必要措施之一。然而我国有关不同区域、不同土壤利用方式下农田土壤农药污染残留累积情况的报道还很不足，对农产品中农药残留情况也缺乏常规化的监测数据。针对不同类型的农药在环境中的半衰期、毒性效应以及环境行为差异较大的特点，有必要加强农田土壤的农药残留情况及不良后果的调查研究，为制定合理恰当的防治措施提供依据。

4.2加大危害较大农药的替代技术研发力度

有些农药在中国使用较多，暂时还没有技术上和经济上都可行的替代品，短期内难以完全淘汰，对于此类农药应该加大力度进行替代技术的研究。对于那些危害较小、替代困难的农药，要加强管理，做到合理使用以减小用量，使危害最小化。还可实施有害生物综合治理技术(IPM)和农田杂草综合治理技术，从而实现少用农药。同时，要通过现代生物技术，研发低毒高效农药，积极开展生物防治技术的研究。近些年来，无毒或低毒无污染的生物农药研究得到了广泛重视，已研究了80种不同的浸染生物种，防除约70种杂草。生物杀虫剂在我国加快发展，苏云金杆菌、阿维菌素和病毒杀虫剂等已开始在一些主要作物上得到广泛应用，今后应该进一步加大生物农药的研制和推广。

4.3调整农艺措施，增强土壤的自净能力

农药在土壤中可通过微生物分解、水解、光化学分解等作用而降解，因此可通过各种农业措施，调节土壤结构、黏粒含量、有机质含量、土壤pH、微生物种类数量等增强土壤对农药的降解能力。此外，通过翻土使除草剂、DDT以及某些有机磷农药暴露在太阳光下，以促进其光化学降解。

4.4引导农民合理用药和安全施药技术，提高环保意识

造成我国农田土壤农药污染的最主要原因之一就是农药使用技术落后。对农药的具体施用方法、施用时间、所用器械以至于废药的处理、容器清洗等诸多方面进行严格规定和规范操作，以确保土壤环境及作物生长安全性最高，而完善的培训制度是规范执行的必要保障。因此有必要加强农业技术推广网络和其他信息媒体的建设，及时发布农情、病虫害监测动态信息，通过广开宣传渠道，利用广播、影视、录像和印发或免费赠送防治手册、科普读物，举办不同层次不同形式的各种植保短训班、防病虫战役前的集训班等，全面向农民宣传讲授科学种田、科学施药的使用新知识与技术，提高农民的环保意识。

4.5完善法律法规，建立与国际接轨的质量标准体系

针对当前农药生产和使用过程中的问题，首先要建立健全现行的农药管理法规体系，要加紧制订和出台农药污染防治和农药环境安全监督管理方面的条例。在有法可依的基础上，强化检测与执法工作，为消除农药危害创造条件。其次是借鉴别国的成功经验，建立起一个既符合我国国情，又与国际接轨的农药质量标准体系和检测检验体系，对现有生产企业的产品实施质量认证制度和市场准入制度，加强流通领域管理，促进农药市场的良性发展。