磺酰脲类除草剂土壤残留降解方式研究进展

张晓玮

（阜阳职业技术学院生化工程系 安徽 阜阳 236031）

磺酰脲类除草剂土壤残留降解方式研究进展

张晓玮

（阜阳职业技术学院生化工程系 安徽 阜阳 236031）

磺酰脲类除草剂是一种能有效防除阔叶杂草的除草剂，它具有低毒和高选择性的优点。但残留药害十分突出，较易影响地表水的水质，所以，其在生态方面、尤其是土壤中的安全性受到人们的高度重视。本文从磺酰脲类除草剂的简况、在土壤中的环境行为以及影响其降解的因素等方面进行了综述，最后对采用微生物降解磺酰脲类除草剂和通过转基因技术解决除草剂的残留药害进行了展望。

磺酰脲类除草剂；土壤残留；降解

除草剂的运用一方面有利于农作物产量的提升，另一方面还大幅减少了人力除草的工作量。磺酰脲类除草剂是目前世界上使用量最大的一类除草剂，已广泛应用于禾本科作物的田间除草。但其具有较高的除草活性，易对后续作物产生不良影响[1]；同时，由于长期使用，其功能靶标单一，导致了杂草抗药性、耐药性的提升[2-3]，为此，怎样解决此类除草剂在耕地土壤中的残留问题受到多方面的重视。作者就此问题的研究进展进行综述。

1.磺酰脲类除草剂概况

上世纪70年代后期，美国的著名企业杜邦等发明首个磺酰脲类除草剂品种氯磺隆之后[3]，该除草剂由于其使用数量少、毒性有限、容易分解等特性，变成国际上首屈一指的除草剂品种。迄今为止，欧美和日韩等已研发且在市场上推广40种左右的磺酰脲类除草剂。南大农药国家工程研究中心耗费10多年研发的磺酰脲类除草剂，以效果显著、毒性小、对生态污染有限的特点，便成为国内农药研制历史上的重要标志，也让中国变成全球第七个享有自主研制新农药能力的国家[4]。国内运用较多的磺酰脲类除草剂类型有苄嘧磺隆、氯磺隆、苯磺隆、氯嘧磺隆、苄嘧磺隆、甲磺隆、吡嘧磺隆。

2.磺酰脲类除草剂在土壤中的环境行为

2.1 磺酰脲类除草剂在土壤中的吸附与解吸行为

磺酰脲类除草剂在土壤中的吸附原理繁杂，不但有配体交换、范德华力系数、氢键结合，还包括有机物间的疏水结合、离子交换吸附、静电吸附等[5]。学者程薇[6]等检测了浓度各异的苄嘧磺隆在十种不同土壤中的吸附行为和解吸行为。得出结论：土壤对苄嘧磺隆有显著的吸附性，并且伴随试验土壤理化属性的差异吸附行为也体现出显著差别。酸碱值和吸附水平体现为明显负相关，也就是PH值愈高的土壤吸附率愈低，PH值愈小的土壤吸附率愈高。学者Walker A等[7]通过探究指出，除草剂的解吸成效和土壤中含有的微生物有密切关系，伴随土壤的逐渐加深，微生物数目大幅降低，除草剂的解吸行为减弱。

2.2 磺酰脲类除草剂在土壤中的降解行为

磺酰脲类除草剂在土壤中大致利用2种方式降解，一种是化学水解，还有一种是生物降解，并且此2种方式并非单独实施，而是互相影响，一同发挥作用[5]。

土壤酸碱水平对磺酰脲类除草剂的化学降解影响较大。在PH较小时，除草剂化学水解释放二氧化碳；在PH值较高达到碱性的状况下，重点是杂环上烷氧基的亲核替代构成羟基化的杂环及芳环部分酯键的水解[5]。

磺酰脲类除草剂降解时微生物发挥不可忽视的效能。这里所说的微生物大致有真菌、放线菌、细菌。对同个品种的除草剂来说，在不同的环境下，微生物降解的效能是不一样的[5]。参与磺酰脲类除草剂降解的微生物主要有放线菌、细菌、真菌（见下表）。

表1 可降解磺酰脲类除草剂的微生物种类[8]

从表1中得知，能够降解磺酰脲类除草剂的微生物大多具有多重活性，即同一种微生物能使多种磺酰脲类除草剂得到降解；同时不同的微生物也能降解相同品种的磺酰脲类除草剂。

3.影响磺酰脲类除草剂微生物降解的要素

由当前研究结果可知，磺酰脲类除草剂的降解和微生物关系密切，一切对微生物活性产生影响的情况均对它们的降解产生影响。比如一些环境因子，像pH值、温湿度和土壤等，此外磺酰脲类除草剂本身的结构也决定着其降解速度。

3.1 pH值

磺酰脲类除草剂微生物降解的主要因素是pH值。首先，微生物类别和数目在很大程度上被酸碱值影响，其的降解性能就会发生改变；其次，磺酰脲类除草剂可以被不同的pH值影响其存在方式。在PH值过小与中性状况下，磺酰脲类除草剂大多以中性方式存在，此种方式对水解的灵敏度较高，较易水解，所以此类除草剂在PH值过低状况下比在PH值过高或者中性状况下水解的速度更快[8]；可是在碱性环境下，磺酰脲类除草剂大多以阴离子方式存在，具有显著的水溶性，此种存在方式不容易水解，这个时候磺酰脲类除草剂的降解重要依托微生物的性能[9]。

3.2 温湿度

对于磺酰脲类除草剂在土壤中的降解速度，温湿度是不可忽视的因素。学者Thirunarayanan等[10]研究指出在酸碱值为pH7.7的土壤中，含水率达到75%的状况下，气温从10摄氏度上升为40摄氏度时，氯磺隆的半衰期从229天减少为62.5天。学者Dinelli[11]等探究了四种磺酰脲除草剂的降解速率和气温的关系后指出，气温愈高，降解半衰天数愈少。此外还有学者指出在酸碱值为6.4的土壤中，含水率由25个百分点提升到75个百分点的情况下，醚苯磺隆的半衰期由73天减少为20天，而气温由21摄氏度提升为35摄氏度时，降解速率提升了50%到 100%[9]。

3.3 其他因素

除上述影响外，其他的如化合物本身的结构、氧气供应、施用时间及用量、降雨量、土壤类别、土壤有机物质含有数量等均会对磺酰脲类除草剂在土壤中的降解速度产生一定的影响。学者Jang等[12]探究了苄嘧磺隆在砂性土壤与粘性土壤中的移动与降解速率，指出和砂性土壤比较，苄嘧磺隆在粘性土壤中的降解期更长，可是其移动速率低于砂性土壤。学者Tang等[13]探究了单嘧磺隆在土壤中的吸附和降解行为，得出结论：在不一样的土壤中，单嘧磺隆的吸附性能有所差异，主要取决于土壤的性质，土壤中含有的有机质通常被看做单嘧磺隆吸附差别的主要要素，而且单嘧磺隆在土壤中的吸附性能伴随酸碱值的增高而减弱。总而言之，磺酰脲类除草剂在温度较高、日照时间长、含水量高、酸碱值较低的土壤中降解比较迅速，在温度第、日照时间短、含水量少、酸碱值高的土壤中降解较为缓慢。

4.结语

尽管除草剂能够有效抑制杂草的生存，可是较易让其产生耐药性，而且容易对后茬作物产生不良影响，另外还会对地表水造成污染。为此残留药害的安全、有效的途径之一，即以基于微生物修复理论的农药残留分解技术，此种技术具有环境友好、安全、无残留等优势。此技术利用微生物把未降解的的磺酰脲类除草剂转变为二氧化碳与水等对生态没有影响的物质。当前对微生物降解磺酰脲类除草剂的研究还局限在菌种的筛选等方面，研究还有待深入。

［1］姚东瑞，陈杰.绿黄隆对春播轮作作物生长的影响[J].江苏农业科学，1998，14(3)：154－158.

［2］卢宗志，张朝贤，傅俊范，等.抗苄嘧磺隆雨久花ALS基因突变研究[J].中国农业科学，2009，42(10)：3516－3521.

［3］Tranel PJ，Wright TR.Resistance of weeds to ALS-inhibiting herbicides：What have welearned？ [J].Weed Science，2002，50(6)：700－712.

［4］刘金胜，寇俊杰，刘桂龙.磺酰脲类除草剂的应用研究进展.农药[J],2007,46(3):145－147.

［5］岳霞丽，张新萍，胡先文等.磺酰脲类除草剂在土壤中的环境行为.湖北农业科学[J].2005，2：63-65.

［6］程薇，陈祖义，洪良平.14C—苄嘧磺隆在土壤中的吸附与解吸研究[J].南京农业大学学报，1994，18(4)：100-104.

［7］WALKER A，COTTERILL E G，ASRAH J，et al.Adsorption and Degradation of Chlorsulfuron and Metsulfuron-methyl in Soils from Different Depths[J].Weed Res，1989(29)：281-287.

［8］尹乐斌，刘勇，张德咏等.磺酰脲类除草剂残留的微生物降解研究进展[J].微生物学通报，2010，37(4)：594－600.

［9］闻长虹.磺酰脲类除草剂的微生物降解与转化[J].池州师专学报，2004，18(5)：44－45.

［10］Thirunarayanan K，ZimdahlRL，Smika DE.Chlorsulfuron adsorption and degradation in soil[J].Weed Science，1985，33(4)：558－563.

［11］Pan G，ZhangXY，Liu KD，et al.Map-based cloning of a novel rice cytochrome P450 gene CYP81A6 that confers resistance to two different classes of herbicides[J].Plant Molecular Biology，2006，61(6)：933－943.

［12］JangIS，MoonYH，RyangHS.Behavior of the new her-bicide bensulfuron methyl(DPX-F5384)in soil[J].Ko-rean-Journal-of-Weed Science(Korea R.)，1987，7(1)：74－77.

［13］TangZW，ZhangW，ChenYM.Adsorptionand desorption characteristics of monosulfuron in Chinese soils[J].Journal of Hazardous Materials，2009，166(2/3)：1351－1356.

S5-3

A

2095-7327（2017）-10-0164-02

安徽省教育厅自然科学重点项目《生态农业模式下淮北地区沼液中微生物多样性分析及土壤修复性能的研究》（KJ2015A365）。

张晓玮（1978.10—），男，汉族，硕士，阜阳职业技术学院生化工程系副教授，主要从事植物保护及微生物等方面研究工作。