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生物炭有助減少氟啶草酮對后茬玉米藥害
作者：李晨  來源：中國科學(xué)報
山東拓普生物工程有限公司  http://521google.com.cn
近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險控制創(chuàng)新團隊圍繞新疆地區(qū)典型長殘留除草劑氟啶草酮的環(huán)境行為和后茬藥害修復(fù)開展了系列研究，系統(tǒng)揭示了氟啶草酮及其土壤轉(zhuǎn)化產(chǎn)物對后茬玉米幼苗的潛在藥害風(fēng)險，并提出利用生物炭高效吸附并強化土壤微生物降解的阻控策略。相關(guān)研究成果發(fā)表在《生物炭》（Biochar）和《危險材料雜志》（Journal of Hazardous Materials）上，為農(nóng)田土壤污染識別和修復(fù)提供了理論依據(jù)與技術(shù)支撐。
氟啶草酮是僅登記于我國新疆棉田防治龍葵一種選擇性除草劑，因其在土壤中持久性強并對后茬作物造成藥害而備受關(guān)注。然而，現(xiàn)有研究主要聚焦于母體化合物，對其在土壤中的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物及潛在藥害風(fēng)險認(rèn)識不足。
該研究利用高分辨質(zhì)譜非靶向篩查策略結(jié)合分子對接和分子動力學(xué)模擬技術(shù)，系統(tǒng)解析了氟啶草酮在新疆農(nóng)田土壤中的降解路徑，明確其土壤半衰期為39.6~89.5天，并識別出一種具有潛在植物毒性的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物TP297。
結(jié)果表明，TP297與類胡蘿卜素合成關(guān)鍵酶PDS的結(jié)合能甚至優(yōu)于母體氟啶草酮，盆栽實驗證實了氟啶草酮和TP297能破壞玉米葉片葉綠體結(jié)構(gòu)、抑制光系統(tǒng)II功能，導(dǎo)致光合作用受損造成的毒性效應(yīng)，表現(xiàn)出“隱性”藥害風(fēng)險。研究結(jié)果強調(diào)了除草劑土壤轉(zhuǎn)化產(chǎn)物納入環(huán)境風(fēng)險評估及植物安全性評價的必要性。
在此基礎(chǔ)上，團隊進(jìn)一步解析了生物炭強化吸附并促進(jìn)土壤微生物降解氟啶草酮及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的調(diào)控機制，系統(tǒng)評估了不同熱解溫度制備的稻殼生物炭（BCR）對氟啶草酮及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的吸附和降解行為。
結(jié)果顯示，2%BCR500生物炭可顯著增強土壤體系對氟啶草酮和轉(zhuǎn)化產(chǎn)物TP297的吸附能力（Kf提高1.30–3.73倍），同時發(fā)現(xiàn)生物炭介導(dǎo)下加快了氟啶草酮和TP297在土壤中降解速率，土壤半衰期分別縮短了30~45%和22~47%，通過土壤滅活與非滅活處理，進(jìn)一步揭示了其土壤微生物為主要貢獻(xiàn)。
高通量測序分析發(fā)現(xiàn)，生物炭微孔結(jié)構(gòu)顯著增加了微生物群落中具有降解功能菌群的團聚，改善微生物豐度和互作網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而緩解氟啶草酮對土壤微生物群落的不良影響，提升土壤自凈能力。這一研究為深入理解生物炭在農(nóng)業(yè)土壤中減少農(nóng)藥污染的作用機制提供了重要依據(jù)，并為其實際應(yīng)用提供了優(yōu)化策略。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所副研究員吳遲為第一作者，中比聯(lián)培博士生陳風(fēng)為共同一作，該所研究員劉新剛為通訊作者。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.139252
https://doi.org/10.1007/s42773-025-00469-9
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