（环境科学专业论文）多孔木炭固定化微生物对土壤中苄嘧磺隆的吸附与降解研究.pdf

解菌能显著减少苄嘧磺隆在土壤上的半衰期。苄嘧磺隆在水稻土中的降解半衰期为 5 9d ，投加游离菌后降解半衰期降为3 7d ，而投加固定化菌后半衰期则进一步减少 为2 6d ：苄嘧磺隆在黄褐土中的降解半衰期为5 3d ，投加游离菌后半衰期为4 2d ， 而投加固定化菌后半衰期则减为2 9d 。 关键词：微生物固定化，苄嘧磺隆，木炭，吸附，降解 a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o no fi m m o b i l i z e dm i c r o o r g a n i s mt e c h n o l o g yh a sb e c o m et h eh o t s p o t t h a tm o r ea n dm o r es c h o l a r sa r es t u d y i n gi n i ts h o w st h eb r o a dp r o s p e c t sf o rd e v e l o p m e n t ， w h i l ei ti sw i d e l yu s e di ni n d u s t r y , a g r i c u l t u r e ，m e d i c i n e ，e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o na n d e n e r g ye x p l o r a t i o ne t c o nt h ef o u n d a t i o no f o u rc o u n t r ys o i le n v i r o n m e n tb a c k g r o u n d ，t h e a d s o r p t i o na n dd e g r a d a t i o no fb e n s u l f u r o n - m e t h y li ns o i lb yi m m o b i l i z e dm i c r o o r g a n i s m o nc h a r c o a li ss t u d i e d ，t h ea i mo fw h i c hi st od e v e l o pan e wa p p r o a c ht oe n h a n c et h e d e g r a d a t i o no fo r g a n i cc o n t a m i n a t i o n t h em a i n i t e m sa sf o l l o w i n g ： 1 a e r o b i cd o m e s t i c a t i o no ft h es l u d g ef r o mt h ep e s t i c i d ef a c t o r yd i s p o s a lp l a n ti sc a r r i e d o n f r o mw h i c ht w os t r a i n sa r ei s o l a t e dg r o w t ho nb e n s u l f u r o n m e t h y la sc a r b o na n d n i t r o g e ns o u r c e t w o b a c t e r i aa r es c r e e n e db yu s i n gs t r e a kp l a t e ，m a r k e da sr e da n dy e l l o w s t r a i n t h ep h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a lo ft h et w os t r a i n sa r ei d e n t i f i e d f u r t h e r m o r e ， p h y l o g e n e t i c t r e eo ft w os t r a i n si se s t a b l i s h e d c o m b i n e dw i t hp h y s i o l o g i c a la n d b i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fs t r a i n s ，r e ds t r a i ni si n i t i a l l yi d e n t i f i e da ss e r r a t i as p 。y e l l o w s t r a i ni si d e n t i f i e da sb a c i l l u sa e r o g e n e s ，b o t ho ft h e mb e l o n gt og a m m a p r o t e o b a c t e r i a 2 t h es t u d yo ft h et w os t r a i n so nd e g r a d a t i o nc h a r a c t e r i s t i co fb e n s u l f u r o n - m e t h y l i n d i c a t et h a t2s t r a i n sh a v et h eh i g h l ye f f e c t i v ed e g r a d a t i o na b i l i t y , t h er a t eo fw h i c h c a ni n 2d a y sa c h i e v ea b o v e2 0 ，i n7d a y sc a na c h i e v ea b o u t6 0 d e g r a d a t i o na b i l i t yo f b e n s u l f u r o n m e t h y lb yr e ds t r a i ni sh i g h e rt h a nb yy e l l o ws t r a i n ，w h i c hc a na c h i e v e 5 4 i n 7 2h o u r s t h em o s ts u i t a b l eg r o 训d ac o n d i t i o no ft h es t r a i ns h o wt h a ti ti ss u i t a b l ef o ra c i d e n v i r o n m e n t ，a n do p t i m u mv a l u eo fp hi s a b o u t6 0 i nt h ea c i d i ch i g h l yc o n d i t i o n ， b e n s u l f u r o n m e t h y lh y d r o l y s i si sq u i c k ，a n dm i c r o b i a ld e g r a d a t i o nc a nn o tp l a yam a j o r r o l e h o w e v e r , i nt h ea l k a l i n ee n v i r o n m e n t ，g r o w t ho ft h e s t r a i ni sr e s t r a i n e da n d b e n s u l f u r o n m e t h y li sa l s od i f | f i c u l tt oh y d r o l y z e 3 a d s o r p t i o n d e s o r p t i o no fb e n s u l f u r o nm e t h y lo nt w ot y p e so f s o i l st r e a t e dw i t hc h a r c o a l d i f f e r e n ti np a r t i c l es i z ew e r es t u d i e du s i n gt h eb a t c he q u i l i b r a t i o nt e c h n i q u e ，w h i c hf o c u s o nt h ee f f e c to fc h a r c o a la m e n d m e n to na d s o r p t i o n d e s o r p t i o no fb e n s u l f u r o nm e t h y li n s o i l s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ea d s o r p t i o n - d e s o r p t i o ni s o t h e r m so fb e n s u l f u r o nm e t h y li n c h a r c o a la n ds o i l sf i t t e dt h ef r e u n d l i c he q u a t i o n ( r 0 9 3 ) c h a r c o a ls h o w e dag r e a t a d s o r p t i o nc a p a c i t yf o rb e n s u l f u r o nm e t h y l ，a n dt h es m a l l e rt h ep a r t i c l es i z eo fc h a r c o a l ， t h eh i g h e rt h ea d s o r p t i o no fb e n s u l f u r o nm e t h y l t h ea m e n d m e n to fc h a r c o a li m p r o v e d i i i a d s o r p t i o no fb e n s u l f u r o n - m e t h y li nt h es o i l s t h ea d s o r p t i o no fb e n s u l f u r o n m e t h y li nt h e s o i l si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n gr a t eo fc h a r c o a la m e n d e d d e s o r p t i o no fb e n s u l f u r o n m e t h y lf r o mc h a r c o a l sa n dt h es o i l sd i s p l a y e ds i g n i f i c a n th y s t e r e s i s ，w h i c hw a ss h o w nb y t h eh i g h e ra d s o r p t i o ns l o p e ( 1 h a d s ) c o m p a r e dt ot h ed e s o r p t i o ns l o p e ( 1i n d e s ) t h e h y s t e r e s i sw a sc l o s e l yr e l a t e dw i t ht h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o no fb e n s u l f u r o n - m e t h y la n dt h e c o n t e n to fc h a r c o a li nt h es o i l s ，a n dt h eh y s t e r e s i si n d e x ( 邡i n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n g r a t eo fc h a r c o a la m e n d e d t h i sr e s e a r c hs u g g e s t st h a tc h a r c o a lc a nb eu s e da sa r t i f i c i a l l y a d d e da d s o r b e n tt oe f f i c i e n t l yc o n t r o lt h ep e s t i c i d ei nt h es o i lf r o ml e a c h i n g 4 b yl a b o r a t o r yi n c u b a t i o ne x p e r i m e n t t h ed e g r a d a t i o no fb e n s u l f u r o n m e t h y li ns o i lw a s s t u d i e d t h ed e g r a d a t i o no fb e n s u l f u r o n - m e t h y lw a sc o n d u c t e dw i t hi n i t i a lc o n c e n t r a t i o n s o f 2 0m g k gi ns o i l sb yr e ds t r a i na n di m m o b i l i z e dr e ds t r a i n 2 8d a y sl a t e r , w h e na d d i n g i m m o b i l i z e d m i c r o o r g a n i s m ，f r e em i c r o o r g a n i s m i n t o p a d d ys o i l ，t h er e s i d u a l c o n c e n t r a t i o no fb e n s u l f u r o n m e t h y li s6 3 0m g k g ，7 9 5m g k gs e p a r a t e l y t h er e s i d u a l c o n c e n t r a t i o no fb e n s u l f u r o n - m e t h y li ns t e r i l i z e da n dn o n s t e r i l i z e dn a t u r a ls o i li s11 0 4 m g k g ，1 0 5 4 m g k gs e p a r a t e l y w h e na d d i n g i m m o b i l i z e d m i c r o o r g a n i s m ，f r e e m i c r o o r g a n i s mi n t oy e l l o w - b r o w ns o i l ，t h er e s i d u a lc o n c e n t r a t i o no fb e n s u l f u r o n m e t h y li s 8 13 m g k g 8 9 6m g k gs e p a r a t e l y t h er e s i d u a lc o n c e n t r a t i o no fb e n s u l f u r o n m e t h y li n s t e r i l ea n dn o n - s t e r i l i z e dn a t u r a ls o i li s11 13m g k g ，11 0 3m g k gs e p a r a t e l y i ts h o w st h a t t h ed e g r a d a t i o nr a t eo fb e n s u l f u r o n m e t h y lc a nb ee n h a n c e db ya d d i n gi m m o b i l i z e d m i c r o o r g a n i s mi ns o i l t h ee f f e c to fd e g r a d a t i o no fb e n s u l f u r o n m e t h y lb yi m m o b i l i z e d m i c r o o r g a n i s m i sb e r e rt h a nb yf l e em i c r o o r g a n i s m b e n s u l f u r o n - - m e t h y ld e g r a d a t i o ni n s o i l sc a nb ed e s c r i b e db yf i r s t - o r d e rk i n e t i c e q u a t i o n t h er e s e a r c hs h o w st h a ta d d i n gi m m o b i l i z e dm i c r o o r g a n i s mi n t o s o i lc a n d e c r e a s et h eh a l f - t i m eo fb e n s u l f u r o n m e t h y li ns o i l s t h eh a l f - l i f eo fb e n s u l f u r o n m e t h y l i nn o n s t e r i l i z e dp a d d ys o i li s5 9d a y s b ya d d i n gf r e em i c r o o r g a n i s m ，t h eh a l f _ l i f e ( t t 2 ) o f b e n s u l f u r o n - m e t h y li s3 7d a y s b ya d d i n gi m m o b i l i z e dm i c r o o r g a n i s m ，t h eh a l f - l i f e ( t l 2 ) o fb e n s u l f u r o n - m e t h y li s2 6d a y s t h eh a l f - l i f eo fb e n s u l f u r o n m e t h y li nn o n s t e r i l i z e d y e l l o wb r o w ns o i l i s5 3d a y s b ya d d i n gf r e em i c r o o r g a n i s m ，t h eh a l f 1 i f e ( t l 2 ) o f b e n s u l f u r o n - m e t h y li s4 2d a y s b ya d d i n gi m m o b i l i z e dm i c r o o r g a n i s m ，t h eh a l f - l i f e ( t i n ) o fb e n s u l f u r o n m e t h y ld e c r e a s e dt o2 9d a y s k e yw o r d ：i m m o b i l i z e dm i c r o o r g a n i s m ，b e n s u l f u r o n m e t h y l ，c h a r c o a l ，a d s o r p t i o n ， b i o d e g r a d a t i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：筮蕴，时间： 2 印9 年6 月r e t 关于论文使用授权的说明 本人完全了解安徽农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意安徽农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：趑壹皇。 时间： 2 卯穸年g 月f 日 第吲币躲习堕边 慨切7 年舌月日 文献综述 1 苄嘧磺隆的应用、危害以及治理 1 1 苄嘧磺隆的结构与理化性质 苄嘧磺隆，b e n s u l f u r o n - m e t h y l ( 缩写为b s m ) ，又名农得时，化学名称：2 - 眦 ( 4 ，6 二甲氧基嘧啶一2 一基) 氨基 羧基】氨基】磺酰基】苯甲酸甲酯，分子式为c 1 6 h 1 8 n 4 0 7 ，分子 量为4 1 0 4 0 ，化学结构式为： h 童n h 弋n 之。o c c h h 三 图i 1 苄嘧磺隆的分子结构 f i g u r e1 - 1s 咖c t u r eo f b e n s u l f u r o n - m e t h y l 原药有效成分大于9 6 ，为白色略带浅黄色无臭固体，熔点1 8 5 1 8 8 0 ，蒸气压 为0 1 7 3 x 1 0 。5 千帕( 1 3 x 1 0 5 m l t l 汞柱) ( 2 0 ) 。2 5 。c 在含有磷酸钠缓冲水溶液中的溶 解度随p h 值变化而有所不同，p h 值7 为1 2 0 m g l ，p h 值8 为1 2 0 0 m g l ，在微碱性( p h 值8 ) 水溶液中特别稳定，在酸性水溶液中缓慢降解，在乙酸乙酯、二氯甲烷和丙酮 中稳定，在甲醇中可能分解。在丙酮中溶解度为1 3 8 9 l ，乙腈为5 3 8 0 m g l ，二氯甲 烷1 1 7 0 0 m g l ，乙酸乙酯1 6 6 0 9 l ，己烷0 3 1 m g l ，二甲苯2 8 0 m g l 。2 5 c 下水解稳定 性：d t 5 0 1 1d ( p h 5 ) ，1 4 3d ( p h 7 ) 。 毒性：对人畜低毒。大鼠急性口j 艮l d s o 5 0 0 0 m g k g ，兔急性经皮l d s o 2 0 0 0 m g k g 。鱼毒小，对鸟和蜜蜂低毒。 1 2 苄嘧磺隆的应用 苄嘧磺隆最早由ty a y a m a e t a l 报道具有除草活性，1 9 8 4 年由美国杜邦公司首先 开发应用【l 】，是极其广泛的选择性内吸传导型磺酰脲类除草剂，适用于水稻插秧田和直 播田防除阔叶杂草，如鸭舌草、眼子菜、节节菜、陌上菜等，及莎草科杂草如牛毛草、 异形莎草、水莎草、碎米莎草、萤蔺等，高剂量下对稗草有一定抑制作用。由于其在 水中迅速扩散，为杂草根部和叶片吸收并转移到杂草各部位，阻碍氨基酸、赖氨酸、 异亮氨酸的生物合成，阻止细胞的分裂和生长，使敏感杂草生长受阻，幼嫩组织过早 发黄，叶部生长和根部生长受抑制而引起坏死。有效成分进入水稻体内迅速代谢为无 害的惰性化合物，对水稻安全【2 1 。 苄嘧磺隆自开发应用以来，已在全球范围内大面积的施用，尤其在中国、日本、 韩国、以及东南亚国家。由于苄嘧磺隆具有高效、广谱、低毒、地用量等优点【3 】，苄 嘧磺隆在中国市场便深受用户欢迎，现已成为我国水田防除阔叶杂草的最大品种，也 是我国应用磺酰脲类除草剂的一个最大品种。苄嘧磺隆市售剂型为1 0 可湿性粉剂， 1 9 8 9 1 9 9 1 年在黑龙江省已卖至1 j 4 2 8 万元n 屯( 1 0 商品) 。为了发展我国的民族工业许 多农药科研院所及生产企业纷纷研制、开发，江苏省激素研究所第一个开发出1 0 苄 嘧磺隆超微可湿粉。随后有沈阳化工研究院、江苏如东农药厂、江苏常州农药厂等多 家投入批量生产。目前全国仅苄嘧磺隆单剂已形成年产百吨( 折百) 的能力，市场占有 率也在逐年扩大。1 9 8 8 - - 1 9 9 8 年这l o 年间累计推广面积近3 3 3 8 万公顷，增加经济效 益在1 0 亿元以上。 为扩大杀草力度，提高产品竞争力，近年来以苄嘧磺隆为主要成分的混剂也在不 断涌现最早的国产混剂品种是1 9 9 2 年如苄甲磺隆( 苄嘧磺隆+ 甲磺隆) 和丁苄( 丁草胺 + 苄嘧磺隆) ，之后随着市场需求的增加，现以苄嘧磺隆为主要成分的最为常见的混剂 有丁苄( 丁草胺+ 苄嘧磺隆) 、乙苄( 乙草胺+ 苄嘧磺隆) 、异丙甲苄( 异丙甲草胺+ 苄嘧磺 隆) 和快苄( 快杀稗+ 苄嘧磺隆) 等。国外混剂品种还有w b l f g r ( 苄嘧磺隆+ 杀草丹) 、 z a r k ，g r ( 苄嘧磺隆+ 苯噻草胺) 、苄嘧磺隆+ 丙草胺、苄嘧磺隆+ 禾草畏、苄嘧磺隆+ 稗 草畏、苄嘧磺隆+ 禾大壮、苄嘧磺隆+ t h e n y l c h l o r 、苄嘧磺隆+ 杀草丹+ 苯噻草胺等【l 】。 1 3 苄嘧磺隆施用带来的环境问题 苄嘧磺隆自开发应用以来2 0 多年来，已在全球范围内大面积的施用，尤其在中国 为首的亚洲国家。中国是水稻栽培大国，苄嘧磺隆被广泛用于淹水期间控制稻田杂草。 b e y e r 4 1 等和t h o m p s o n 5 】等及f l e t c h e r 6 】等均发现在此期间苄嘧磺隆非常容易通过直 接流失和其它途径进入环境，因此苄嘧磺隆在不同环境介质中的迁移转化以及其降解 产物是否对环境有不良影响已成为环境工作者日益关注的热点问题。 苄嘧磺隆选择性高，生物活性高，对不同作物敏感差异大，对敏感作物易产生药 害，尤其残留药害对后茬作物危害较大，危害事件已在欧洲、亚洲乃至我国部分地区 均有报道【7 , 8 , 9 , 1 0 j 。 由于苄嘧磺隆是弱酸性除草剂，对土壤的吸附能力弱，其大量使用极易对地表水、 地下水造成污染。o k a m o t oy u k o 等检测到日本河水、湖水中的苄嘧磺隆浓度大约在 o 1 2 3 m g l 。意大利水稻种植地区地下水中苄嘧磺隆浓度可达0 0 2 m g l 。苄嘧磺隆进 入水体后，在很低的浓度下即可对水生生物产生毒害。磺酰脲类除草剂及其降解产物 对绿藻的毒性进行研究的结果表明，在几种除草剂中，苄嘧磺隆的毒性是最大的。藻 类是水生生态系统的初级生产者，地球上9 0 光合作用的完成者，其抑制生长对整个 2 生态系统的平衡和稳定造成影响。s a b a t e r 】等研究显示，苄嘧磺隆对4 种淡水浮游植 物的e c 5 0 值( 9 6 h ) 变化在0 0 1 5 6 2 m g l 之间。岳霞丽，张新萍等【1 2 , 1 3 , 1 4 l 发现苄嘧磺隆 能有效抑制水华鱼腥藻、蛋白核小球藻的生长。 由于苄嘧磺隆的残留药害问题以及易对地表水、地下水造成污染，因而其在生态 环境中的持久性和环境安全问题将更加备受人们的关注。1 9 9 8 年美国环保局规定苄嘧 磺隆在小龙虾体内的容许残留量为0 5 m g l ，同时将稻草中苄嘧磺隆的容许量提高到 0 3m g l 作为对1 9 9 6 年颁布的“食品质量保护法”的修改。 苄嘧磺隆对土壤酶和土壤微生物的活性也有抑制作用，造成土壤微生物生物量的 下降、群落结构的破坏、呼吸作用降低、氮的矿化速率减慢、酶活性受到抑制等【1 5 】。 土壤酶是土壤有机物质代谢中不可缺少的物质，在土壤肥力的生物转化作用中起着重 要作用，在水解含n 或含p 等复杂物质时发挥着重要作用。土壤脲酶能催化尿素水解 为氨和c 0 2 ；蛋白酶在蛋白质水解的初始阶段，土壤有机氮转化为简单氨基酸的过程中 起作用，而淀粉酶则催化水解多糖【l 酬。谢晓梅等研究苄嘧磺隆对稻田土壤微生物活性 影响，结果证实，土壤中微生物数量随着施用苄嘧磺隆量增加而减少【17 1 。徐建明掣1 8 】 实验研究了苄嘧磺隆对土壤微生物生物量的影响，研究结果表明，用量为1m g k g 的 除草剂能显著降低土壤微生物生物量和氮的矿化量，从而降低土壤的肥力，对农作物 产量造成一定得影响。 此外，苄嘧磺隆能与土壤中的铅、镉等重金属形成复合物。天然土壤中含有大量 的腐殖酸和有机酸，苄嘧磺隆其分解产物都含有各类配位基团，易与镉通过较强的络 合作用而结合，在土壤很难被代谢而残留在土壤中，且这些结合复合物大多以协同效 应为主，加剧对土壤酶的抑制作用，对土壤生态系统构成潜在危害。且苄嘧磺隆与重 金属之间复合污染效应和机理的研究还存在一定的难度，加大了治理土壤中苄嘧磺隆 的难度。 1 4 苄嘧磺隆在植物和环境中的行为及微生物降解 苄嘧磺隆既可用作茎叶处理剂，也可用作土壤处理剂，因其蒸气压低，进入大气 中的量是很少的，主要被植物吸收和进入土壤。苄嘧磺隆是选择内吸传导型除草剂， 有效成分在水中迅速扩散，为杂草根部和叶片吸收转移到杂草各部，一直乙酰乳酸合 成酶( a l s ) 阻碍缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸的生物合成，阻止细胞的分裂和生长， 敏感杂草生长机能受阻、幼嫩组织过早发黄、抑制叶部生长、阻碍根部生长而坏死【l 引。 进入敏感植物体内的可随死亡的植物残体与土壤处理药剂一起残留于土壤中，既可以 转入其它环境介质( 挥发到大气中、被土壤颗粒吸附、淋溶进入水体等) ，也可在生物 和非生物的作用下降解或转化。 苄嘧磺隆随水迁移性较强，一定量的降雨量可使苄嘧磺隆透过土层向下淋溶，在 南方多雨区，除草剂可随水垂直下移而被淋脱或进入地下水，在北方旱田区因雨少、 降水量不足以使其淋脱而滞留于土壤下层。当土壤水分由毛细管水上升时，它将随水 上升而重新进入作物根际层或滞留于土壤表层。 土壤对农药的吸附是影响农药在土壤中迁移、滞留和转化的主要因素【2 0 , 2 1 , 2 2 1 。除 草剂在土壤中的吸持及吸附是影响它在环境中归趋的机理之一【2 3 2 4 1 。苄嘧磺隆对其生 物有效性、入渗及转化为代谢物比例的影响取决于其与土壤组成和理化性质，如粘粒 矿物、有机质的类型和含量、p h 和含水量【2 5 l 、土壤中阳离子交换量【2 6 1 等有关。农药 在土壤中的吸附通过振荡平衡法进行的，成为美国环保局指定获得农药吸附数据的法 定方法【2 7 l 。 苄嘧磺隆在土壤中可通过生物和非生物两条降解途径。非生物降解主要是化学降 解，其包括光解和水解方式。l a n g e l a n da n dl a r o c h e 弱j 研究发现，进入地表水的苄嘧 磺隆能通过水解而迅速消失；n i c o s i a 等【2 9 j 发现在加利福尼亚池塘水中，苄嘧磺隆的 降解半衰期大约为5 1 0d ；o k a m o t o 3 0 1 发现而在日本稻水中，其降解半衰期平均为2d 。 苄嘧磺隆的化学水解是羰基碳( c 牛= o ) 上的亲核取代反应，磺酰脲桥断裂，产生磺胺 与氨基杂环。由于磺酰基的强吸电子效应增加了碳基的极性，水分子更易进攻极化的 羰基碳而发生脲桥断裂的水解反应，最终形成无除草活性的芳基磺酰氨和氨基杂环。 p h 值是控制这类苄嘧磺隆等除草剂水解速度的重要因素【3 l 】。m o l i n a r i 掣3 2 】发现在酸性 或中性土壤中，苄嘧磺隆主要降解途径是水解反应；而在碱性土壤中，水解反应就显 得很不重要了。一般地，磺酰脲除草剂属弱酸，p k a 为3 5 ，与磺酰基相连n 上的h 有 一定的酸性，h e m m a m d a 等【3 3 j 发现在碱性条件下，电离后产生的负离子降低了羰基的 极性，亲核试剂的进攻减弱，水解反应难以进行。但在酸性条件下，h 可与羰基的氧 结合形成样盐后重排成碳正离子，更易发生水解反应。所以，酸能催化磺酰脲类除草 剂的水解，即正离子形态磺酰脲比分子型态的易于水解，而负离子形态的化合物则水 解困难。程薇【3 4 】等应用同位素示踪技术研究了苄嘧磺隆在渍水条件下在土壤中的消 解，结果表明，苄嘧磺隆在碱性土壤中的降解速率( 1 2 9d ) 要比在中性土壤中( 6 2d ) 慢 许多。j a n g 3 5 】等研究了苄嘧磺隆在粘壤土和沙壤土中的迁移和降解行为，发现苄嘧磺 隆在粘壤土中的降解时间比在沙壤上中的降解时间长，但在沙壤土中的迁移速度比在 粘壤土中快。陶波和苏少泉【3 6 】等用玉米根长生物测定法研究了苄嘧磺隆在水稻田中的 吸附和降解，得出苄嘧磺隆的残留量随p h 的升高而减少，随土壤温度的降低而增加。 国内外学者围绕磺酰脲类除草剂降解行为展开的研究工作主要集中在水解和微 生物降解等方面【3 7 , 3 8 。由于土壤组成成分的复杂性和非均质体系，导致农药在土壤中 光解了解不多3 9 , 4 0 , 4 1 , 4 2 1 ，尚缺乏对其光解机理的分析 4 3 , 4 4 , 4 5 , 4 6 】。农药在土壤表面的光 化学降解是决定农药在环境中转归、消失的重要途径。司友斌等1 4 7 研究苄嘧磺隆在土 4 壤中光解的，发现苄嘧磺隆在土壤中科通过三条途径光解：一是苄嘧磺隆分子脲桥断 裂，生成嘧啶和苯磺酰胺，苯磺酰胺进一步脱烷基、环化成环状衍生物；二是苄嘧磺 隆s 0 2 n h 断裂；三是苄嘧磺隆分子脲桥基的缩并。司友斌等【四】应用高效薄层析方法 对苄嘧磺隆等磺酰脲除类除草剂在氘灯与太阳光下的光解动力学进行研究，结果表明 除草剂均在硅胶g 表面的降解呈一级动力学反应。杨曦等【4 8 】研究在汞灯下，苄嘧磺隆 等六种磺酰脲除草剂为在水溶液中的光解动力学，结果表明，p h 值对降解速率影响 不明显，光强的影响较明显；h 2 0 2 、丙酮和溶解有机质( d o m ) 均可促进其光解：溶解 氧对其光解的影响表现为光氧化与光淬灭2 种作用的竞争。 降解磺酰脲类除草剂的微生物菌落主要是细菌、放线菌和真菌，微生物可以利用 污染物作为c 源或能源，从而达到降解目的【4 9 , 5 0 1 。微生物降解磺酰脲类除草剂的机制 可归结为脂肪族和芳香族一次水解和二次水解，断裂异恶唑的n c 键以及脱掉异恶唑 环形成氯苯醇。 微生物降解是苄嘧磺隆在水、土壤环境中的主要降解途径。目前，国内外对苄嘧 磺隆微生物降解报道不是很多。g i g l i o t t i ”】研究发现，苄嘧磺隆低剂量和高剂量作用 下，土壤中各种好气、厌气细菌的数量和活性无太大的变化，从而使土壤微生物在较 高剂量苄嘧磺隆也能顺利降解。b m s a 和f e r r a r i 5 2 1 采用微生物混合培养的方法降解环 境中的苄嘧磺隆，并比较了微生物生长介质对降解活性的影响，证实降解过程中有产 甲烷细菌的存在。s a l a r d i 等【5 3 】研究发现在通氧气的条件下接种微生物，可以迅速有效 去除土壤中的苄嘧磺隆。 1 5 苄嘧磺隆污染环境修复 随着苄嘧磺隆的大面积的使用，环境中残留的苄嘧磺隆量逐渐增加，苄嘧磺隆能 对植物产生毒害作用，减少土壤微生物的生物量和新陈代谢，影响共生微生物硝化和 固氮过程，破坏农作物轮作，对生态和人类生存环境带来潜在的危险，迫切需要采取 一定的措施对苄嘧磺隆带来的污染进行修复【5 4 , 5 5 】。环境当中苄嘧磺隆的污染治理主要 有三种方法：物理法、化学法和生物修复法。近年来，由于生物修复技术具有成本低、 效果好、对环境负面影响小、无二次污染等优点，已受到人们越来越多的关注，成为 环境治理的重要方法和技术。 生物修复技术( b i o r e m e d i a t i o nt e c h n o l o g y ) ，指利用生物的降解作用，将土壤、地 下水或海洋中的危险污染物降解为c 0 2 矛h h 2 0 ，或是使污染物无害化的技术逐渐受到 了重视，它与传统的物理和化学修复技术相比，因尽管生物修复技术存在以上诸多优 点，但也存在着以下缺点：修复周期长、对高浓度污染物的直接处理存在局限性。 目前，国际上环境生物修复技术的核心是微生物技术【5 引。关于苄嘧磺隆微生物降 解菌的研究一直是环境工作者感兴趣。b e y e r 等 4 】研究表明，通常情况下，磺酰脲类 除草剂的降解菌在土壤中降解是与土壤的p h 与环境温度有一定关系。目前，对苄嘧 磺隆的降解菌分离筛选在国内外并不多。张松柏等【5 7 】在废水和污泥中筛选中降解出以 苄嘧磺隆为唯一碳源和氮源的p s b 0 7 0 6 菌，沼泽红假单胞菌( r h o d o p s e u d o m o n a s p a l u s t r i s ) 。y a - w e iz h u s s 等在长期施用苄嘧磺隆的土壤中筛选出一株降解菌b h ( b r e v i b a c t e r i u ms p ) ，其该菌株在苄嘧磺隆初始浓度为1 0 0m l 的无机盐培养基培 养7d ，降解到7 0 6 m g l ，当苄嘧磺隆初始浓度为2 0 0m e , l 时，最高的降解去除率能达 到8 0 。 目前，利用微生物降解苄嘧磺隆，可以去除水中有机物的去除，同样适用于土壤 中有机物的去除，但对土壤中苄嘧磺隆的动态降解研究还尚未开展，尚处于开始阶段。 2 微生物固定化的研究进展 传统的微生物修复( b i o r e m e d i a t i o n ) 技术用于修复环境中的污染物尚存一定缺 陷，如：单位体积内优势菌浓度低、启动慢、菌体易流失、与土著菌竞争处于弱势、 抗毒性侵害能力差、对激烈的水力条件变化敏感等。微生物固定化修复具有单位体积 内微生物细胞密度高、反应速度快、耐毒害能力强等优点【5 9 , 6 0 , 6 1 1 ，它的出现很好的解 决了这个缺陷。 微生物固定化修复技术( i m m o b i l i z e dm i c r o b er e m e d i a t i o n ，i m r ) 是用化学或物 理手段将游离微生物定位于限定的空间区域，使其保持活性并反复、连续利用的方法， 固定化细胞技术是2 0 世纪8 0 年代兴起的一种生物技术，可以大幅度地提高参加反应的 微生物浓度，增强微生物的耐环境冲击性，可根据需要选择适宜的微生物，可降低二 次污染【6 2 1 。该技术的特点是对完整细胞进行固定，避免了人为破坏生物酶的活性和生 化反应的稳定性；单位体积水体内微生物细胞密度高，细胞的相对流动速率加快，在 稀释率高于微生物生长率的情况下，能够有效地解决污染环境修复问题；固定化微生 物能长期保持活性，可重复使用；固定化微环境有利于屏蔽土著菌、噬菌体和毒性物 质对细胞的侵害【6 3 , 6 4 】，因此在近几十年来固定化细胞技术得到了迅速的发展和广泛的 应用。 2 1 固定化微生物的方法 固定化方法国内外不同的研究工作者采用不同的分类方法【6 5 】，k a r e l 等嘲j 人将固 定化方法分为四类，即表面附着法一多孔基质包埋法、屏障层阻隔法和自身聚集法； 谢东海，韩奇，唐文浩【67 】将微生物固定化方式分为微生物自固定化和微生物人工强化固 定化两种。目前较合理的固定方法大致有吸附法、共价结合、交联法和包埋法四类。 吸附法是通过带电的微生物细胞和载体之间的静电作用以达到固定微生物细胞。 6 吸附法可分为物理吸附法和通过共价键或静电力固定附法两种，前者是由于茵丝与载 体接触时易于自然吸附，所用载体范围较广，包括硅胶、氧化铝、活性碳、煤渣、多 孔玻璃、石英砂到聚酯、聚乙烯、尼龙、聚氨酯等人工合成物。吸附法操作简便，成 本低，可反复利用，因此在实际生产中。但菌体与吸附剂结合不牢固，细胞易脱落， 不稳定。通过共价键固定法主要指细胞表面上功能团和固相支持物表面的反应基团之 间形成化学共价键而固定细胞。该法细胞与载体连接牢固，稳定性能良好，其载体一 般采用聚合物膜，菌丝在膜上生长分布均匀，但固定化反应条件剧烈，操作复杂，控 制条件苟刻。通过静电力固定化指细胞在解离状态下带负电的特性，而将载体预处理 使表面带正电使其通过静电引力( 即离子键合作用) 而同着于载体上。通常使用的载体 有d e a e 纤维素、d e a e ，s e p h a d e x 、c m c 等。静电作用并不影响菌丝的生长，但菌丝 在载体表面上覆盖不均。 吸附法的优点主要表现有两点，当载体与细胞悬浮液混合后，细胞便吸附在载体 的表面，因为载体是惰性的，无化学试剂参与过程，所以被固定的细胞处在与悬浮细 胞相同的生理条件下，这样就不会影响细胞的生长，也不会影响细胞的特性和活力， 即吸附性能强又合乎细胞的生理条件。 但吸附法也有两点缺点：一是吸附容量小。为了有足够多的生物体能被吸附，载 体材料应该是多孔的，并且它的孔隙应比细胞的直径大。二结合强度低。离子强度以 及无机盐载体的组成等，均对吸附有影响，此外，有机载体如为螯合剂的金属阴离子 载体，则该作用力除范德华力之外，静电作用也是一个因素。而这两缺点可以通过以 下两种方法克服。其一，施以共价连接辅助物理吸附作用。其二，添加有机载体，使 有机与无机材料结合在一起，使之成为更理想的载体。 共价结合法是利用微生物细胞表面功能团与固相载体表面基团之间形成化学共 价键相连来固定细胞，因此结合紧密，稳定性好，但是基团结合时反应激烈，操作复 杂、难控制。 交联固定法是利用双功能或多功能试剂，直接与细胞或酶表面的反应基团发生反 应，使其交联形成网状结构的固定化细胞或酶。常用的交联剂有戌二醛、甲苯二异氰 酸醋等。由于交联固定法化学反应比较激烈，固定化微生物的活力在多数情况下较脆 弱【6 8 】。另外，交联剂价格较贵也限制了该方法的广泛应用。 包埋固定法是将微生物细胞用物理的方法包埋在各种载体之中。这种方法既操作 简单又不会明显影响生物活性，是比较理想的方法，目前应用最多。但这种方法其包 埋材料( 即载体) 往往会一定程度地阻碍底物和氧的扩散，影响水处理效果。对于包埋 法，理想的固定化载体应是：对微生物无毒性；传质性能好，性质稳定，不易被生物分 解；强度高、寿命长：价格低廉等 6 9 】。通常选用海藻酸钙、角叉藻聚糖、聚丙烯酞胺凝 胶( a c a m ) 、光硬化性树脂、聚乙烯醇( p v a ) 等【70 。目前聚乙烯醇固定法在日本应用 7 得较广泛，也是固定化微生物处理废水或分解有毒物研究最多的方法