煙田二氯喹啉酸污染的修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

黃國(guó)聯(lián)等

摘要二氯喹啉酸作為一種長(zhǎng)效稻田除草劑，其在土壤中的殘留嚴(yán)重影響了稻煙輪作田塊煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量。綜述了二氯喹啉酸在煙草上產(chǎn)生藥害的原因和二氯喹啉酸污染治理措施，主要通過(guò)耕作栽培措施、物理治理、化學(xué)修復(fù)和生物降解等措施治理二氯喹啉酸污染。此外，討論了二氯喹啉酸污染治理過(guò)程中存在的問(wèn)題和面臨的困難。

關(guān)鍵詞二氯喹啉酸；污染；修復(fù)

中圖分類號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）06-01678-03

AbstractAs a long-acting paddy herbicide， quinclorac has seriously affected the yield and quality of tobacco in the rice-tobacco crop rotation plots. This paper firstly summarized reasons for quinclorac producing injury to tobacco and measures of quinclorac pollution control. It stated that major measures include farming and cultivation， physical treatment， chemical restoration and biological degradation. Finally， it discussed existing problems and difficulties in pollution control of quinclorac.

Key wordsQuinclorac； Pollution； Restoration

農(nóng)藥作為重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入物資，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展、保障糧食供應(yīng)具有重要作用[1]。1990～2011年我國(guó)農(nóng)藥使用總量增加了100萬(wàn)t，平均每年生產(chǎn)170萬(wàn)t。近幾年隨著農(nóng)村勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移、勞動(dòng)力成本上漲以及農(nóng)田大面積流轉(zhuǎn)，農(nóng)藥的用量日益增加。但我國(guó)農(nóng)藥的有效利用率還不到30%[2]，大量農(nóng)藥隨雨水流入河湖或滲入土壤，造成環(huán)境污染，尤其是長(zhǎng)殘效農(nóng)藥如氟磺胺草醚、氯磺隆、2甲4氯、二氯喹啉酸等，在土壤中降解慢、殘效長(zhǎng)，易使下茬作物受害，給我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響[3]。

近幾年，我國(guó)農(nóng)藥藥害事故頻頻報(bào)道，其中除草劑藥害所占比例高達(dá)90%[4]。1995～1996年黑龍江、江蘇、廣東等19個(gè)?。ㄊ小^(qū)）共發(fā)生藥害200多起，藥害面積33.3多萬(wàn)hm2，經(jīng)濟(jì)損失近5億元[5]；2004年陜西省設(shè)施蔬菜栽培面積046萬(wàn)hm2，藥害受害面積高達(dá)03萬(wàn)hm2，占總面積的652%；2005年據(jù)黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院不完全統(tǒng)計(jì)藥害面積達(dá)1 842.6 hm2[6]。在廣東五華縣發(fā)現(xiàn)大面積煙草生長(zhǎng)畸形現(xiàn)象，發(fā)生面積和受害程度逐年加重，受害煙株葉緣下卷，葉片向背面皺縮葉片狹長(zhǎng)，后經(jīng)分析認(rèn)定是上茬作物使用二氯喹啉酸除草劑所致[7]。筆者簡(jiǎn)要介紹了二氯喹啉酸及其對(duì)煙草生長(zhǎng)的影響和作用機(jī)理，綜述了目前煙田治理二氯喹啉酸污染的常用措施，并討論治理措施中存在的問(wèn)題和解決思路。

1二氯喹啉酸簡(jiǎn)介

二氯喹啉酸，1984年由德國(guó)巴斯夫公司開(kāi)始推廣的一種激素型喹啉酸類除草劑，ISO通用名稱：Quinclorac，分子式：C10H5Cl2NO2，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1，化學(xué)名稱：3，7二氯喹琳8羧酸（3，7dichloroquinoline8carboxylic acid），其常見(jiàn)的商品名有神鋤（1代、2代）、快殺稗、殺稗靈、稗草凈、克稗星和稗草王等[8]。

二氯喹琳酸純品外觀為無(wú)色透明固體，稍有氣味；對(duì)光、溫等外界條件穩(wěn)定[9-10]，土壤中二氯喹啉酸的消失與土壤濕度呈線性關(guān)系[11]。在田間自然狀態(tài)下二氯喹啉降解緩慢，主要依靠土壤中的微生物和有關(guān)的降解酶類，李晶新等[12]研究表明，稻田在推薦施用量下，偏酸性土壤，經(jīng)過(guò)269 d后對(duì)煙草葉寬的生長(zhǎng)沒(méi)有顯著影響，經(jīng)過(guò)342 d后，才消除到對(duì)煙草根生長(zhǎng)沒(méi)有顯著影響的范圍。

氯喹啉酸因其對(duì)防治稻田稗草具有良好的效果而得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，但由于其半衰期達(dá)43.12 d[13]，降解緩慢，在土壤中殘效期長(zhǎng)；且許多茄科和十字花科作物對(duì)其極為敏感，二氯喹啉酸按正常田間使用量12個(gè)月內(nèi)不能種茄子、煙草，2年內(nèi)不能種番茄和胡蘿卜等十字花科作物[14]；因而，在其大量使用的同時(shí)也引起了環(huán)境污染并影響煙葉的生產(chǎn)。

2二氯喹啉酸作用機(jī)理

二氯喹啉酸是激素類型除草劑，其作用靶標(biāo)為植物體內(nèi)的合成激素，使靶標(biāo)植物代謝紊亂，葉片扭曲變形，嚴(yán)重者整株枯萎死亡，從而達(dá)到除草的目的[15]。

對(duì)于二氯喹啉酸的作用機(jī)理國(guó)內(nèi)外學(xué)者有不同的觀點(diǎn)，但大都認(rèn)為其主要作用物質(zhì)是乙烯和生成乙烯過(guò)程中積累的氰化物使植株受害。KOO等[16]研究表明，二氯喹琳酸的靶標(biāo)位點(diǎn)位于細(xì)胞壁的生物合成中，在植物體內(nèi)起到抑制細(xì)胞壁合成的作用，不同禾本科植物的感受位點(diǎn)對(duì)二氯喹啉酸的敏感性不同，所以二氯喹啉酸對(duì)不同作物具有選擇性。

當(dāng)植株上的二氯喹啉酸受體受到其刺激后經(jīng)由生長(zhǎng)素途徑調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，導(dǎo)致ACC（1氨基環(huán)丙烷1羧酸）合成酶重新合成，從而使植株體內(nèi)的ACC水平提高。ACC在ACC氧化酶作用下氧化釋放出乙烯并產(chǎn)生微量的氰化物，氰化物在敏感植物體內(nèi)積累使多種生化過(guò)程受到抑制，從而起到殺草的目的[17-18]。也有研究表明，乙烯通過(guò)抑制細(xì)胞壁合成酶活性而減少細(xì)胞壁的合成，同時(shí)也會(huì)引起ABA（脫落酸）的積累，促進(jìn)植株衰老。敏感作物對(duì)二氯喹啉酸的作用癥狀與對(duì)IAA（吲哚3乙酸）反應(yīng)有相似之處，使植株的氣孔孔徑減小，從而減少對(duì)二氧化碳的吸收，增強(qiáng)呼吸作用，同樣促進(jìn)植株的衰老[19-21]。二氯喹啉酸使植株受害是一個(gè)復(fù)雜的生化過(guò)程，涉及到植株體內(nèi)多種生長(zhǎng)激素水平的變化和有害物質(zhì)的積累，抑制生長(zhǎng)，加速衰老，至于其具體機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。

3二氯喹啉酸對(duì)煙株生長(zhǎng)的影響

二氯喹啉酸在煙株上的藥害表現(xiàn)為：葉緣向下彎曲、葉片皺縮變厚（圖2），隨二氯喹啉酸田間濃度增大，葉寬逐漸變窄甚至呈鼠尾狀，葉片前端分叉；整株煙失去頂端優(yōu)勢(shì)，在田間分蘗生長(zhǎng)，嚴(yán)重者可分5～6蘗。葉片總厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、柵欄組織和海綿組織厚度較正常葉片都增厚，莖的表皮厚度、導(dǎo)管直徑、髓面積較正常煙株均小[22]。張倩[23]在田間測(cè)定二氯喹啉酸使用量5 a.i.g/hm2時(shí)，煙株開(kāi)始表現(xiàn)出受害癥狀，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的生長(zhǎng)還能自行恢復(fù)；但當(dāng)田間施用濃度達(dá)20 a.i.g/hm2時(shí)，煙株生長(zhǎng)受到明顯抑制，葉寬變窄；當(dāng)達(dá)到60 a.i.g/hm2時(shí)嚴(yán)重影響煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)，甚至絕收。4煙田二氯喹啉酸污染治理措施

深入了解二氯喹啉酸對(duì)煙草生長(zhǎng)的影響和其作用機(jī)理，對(duì)治理煙田二氯喹啉酸污染和開(kāi)發(fā)煙田安全劑有重要意義。目前，針對(duì)煙田二氯喹啉酸污染問(wèn)題的治理措施主要有物理方法治理、化學(xué)藥劑補(bǔ)救、栽培措施緩解和微生物降解等措施。

4.1物理措施

物理防治措施主要利用活性炭、粉煤灰等具有吸附特性的物質(zhì)吸附土壤中殘留的二氯喹啉酸。或向田間撒施生石灰中和二氯喹啉酸，減短其在土壤中的半衰期，促進(jìn)降解。陳澤鵬等[26]證明，田間施用生石灰（300～600 kg/hm2）對(duì)二氯喹啉酸引起的煙草畸形生長(zhǎng)癥狀有一定減輕，但不能使煙草恢復(fù)正常，施用活性炭的修復(fù)效果較好，施用93.75 kg/hm2時(shí)煙草即可正常生長(zhǎng)，畸形癥形逐漸恢復(fù)到正常水平。

4.2栽培措施

4.2.1移栽壯苗。對(duì)移栽在受二氯喹啉酸污染的煙田調(diào)查發(fā)現(xiàn)，同樣品種和管理措施下生長(zhǎng)勢(shì)旺的植株對(duì)二氯喹啉酸的耐性稍高，較其他煙株受二氯喹啉酸影響較小，因此，在向施用二氯喹啉酸的稻煙輪作田塊移栽烤煙時(shí)，應(yīng)選栽長(zhǎng)勢(shì)旺盛的煙苗。

4.2.2加強(qiáng)水肥管理。合理追肥，施足底肥，多施有機(jī)肥或秸稈還田，能減輕二氯喹啉酸對(duì)煙草的影響，因?yàn)橥寥赖奈阶饔弥饕c有機(jī)質(zhì)含量、土壤pH、溫度、表面活性劑、陽(yáng)離子交換量有關(guān)[27]，土壤中有機(jī)質(zhì)、黏土礦物含量越多對(duì)除草劑的吸附能力越強(qiáng)。歐陽(yáng)彬等研究也表明，有機(jī)質(zhì)含量對(duì)二氯喹啉酸在土壤中的降解起著重要作用，其降解率隨著有機(jī)質(zhì)含量升高而增加，可能是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)提高了土壤中有關(guān)降解酶和降解菌的活性。因此，加強(qiáng)田間管理，促進(jìn)煙株生長(zhǎng)，使用有機(jī)肥活化土壤促進(jìn)二氯喹啉酸的降解和有利二氯喹啉酸的吸附，對(duì)煙田二氯喹啉酸污染治理具有積極作用。

4.2.3深耕覆土。深耕覆土對(duì)二氯喹啉酸的土壤污染也可以起到一定的緩解作用，因?yàn)槌輨┰谕寥乐械囊苿?dòng)性很弱，一般只存在于表土層30 cm[28]。因此，采用深耕覆土技術(shù)可以將二氯喹啉酸含量較高的表層土與深層土相混，起到稀釋二氯喹啉酸的目的，減輕對(duì)地上煙株的影響。

4.3化學(xué)措施

化學(xué)措施對(duì)煙田二氯喹啉酸污染的修復(fù)，主要是對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)二氯喹啉酸藥害的煙株進(jìn)行修復(fù)，常用的藥劑有75%赤霉素、15%高效氨基酸糖磷脂、0.01%蕓苔素內(nèi)酯、植保素、水楊酸等，對(duì)受害煙苗有一定的生長(zhǎng)恢復(fù)功能[26]。劉華山等[29]用0.01 mmol/L的硝普鈉處理受害煙苗，測(cè)得煙株體內(nèi)SOD、CAT、Apx等酶的活性提高，O2·和·OH等自由基含量和過(guò)氧化物產(chǎn)量減少，使受害煙株生長(zhǎng)得到一定程度的恢復(fù)。此外，劉華山等[30]研究也表明，外源鈣離子能提高活性氧和相關(guān)保護(hù)酶系統(tǒng)的活性，減輕二氯喹啉酸的影響。

4.4生物措施

二氯喹啉酸在土壤中降解主要依靠微生物分解和土壤中有關(guān)酶類的降解，因此從多年連續(xù)施用二氯喹啉酸的稻田土壤中分離對(duì)二氯喹啉酸具有高效降解功能的菌株用于二氯喹啉酸污染土壤的治理是一個(gè)很好的解決思路。

LU等[31-33]從農(nóng)藥廠的污水處理廠分離到2株二氯喹啉酸的高效降解菌株，分別為菌株LS（蒼白稈菌屬，Ochrobactrum sp.）和WZ1洋蔥伯克氏菌（Burkholderia cepecia），研究表明，2菌株對(duì)二氯喹啉酸的最終降解率分別可達(dá)95.7%和93.5%。徐淑霞等[34]從二氯喹啉酸農(nóng)藥廠的污水處理池中分離到一株二氯喹啉酸高效降解菌株HN36（博德特氏菌屬，Bordetella sp.），48 h對(duì)二氯喹啉酸的降解率達(dá)962%。黃寧[7]向稻田土壤中按梯度施用二氯喹啉酸進(jìn)行菌株馴化，從稻田土中分離出一株B51菌株，可將500 mg/L的二氯喹啉酸降解65%；并對(duì)分離到的菌株進(jìn)行二氯喹啉酸受害煙株的修復(fù)試驗(yàn)，其對(duì)受害較輕的煙株修復(fù)率可達(dá)70%，對(duì)受害較嚴(yán)重的煙株修復(fù)率也達(dá)到50%以上。董俊宇等[35]采用富集培養(yǎng)技術(shù)從長(zhǎng)期施用二氯喹啉酸的土壤中分離得到1株能夠降解二氯喹啉酸的細(xì)菌J3（Alcaligenes sp.），對(duì)二氯喹啉酸的降解率可達(dá)70%以上，對(duì)受二氯喹啉酸藥害的盆栽煙草恢復(fù)率可達(dá)69%。

利用降解菌治理二氯喹啉酸污染的土壤不僅可以從根本上解決二氯喹啉酸在土壤中殘留問(wèn)題，還可以活化土壤中過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶、脲酶、蛋白酶、脫氫酶等酶的活性，改善土壤活性[36-37]；同時(shí)也增強(qiáng)了葉片中SOD、CAT、POD等酶的活性，增強(qiáng)葉片對(duì)O-2·和·OH等自由基的清除能力；恢復(fù)煙株的正常生長(zhǎng)，被破壞的葉綠體等細(xì)胞器逐漸恢復(fù)，基粒片層變得清晰，煙葉成熟時(shí)化學(xué)成分與對(duì)照無(wú)明顯差異[16，22，38]。

4.5抗二氯喹啉酸煙草品種選育

通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)將代謝二氯喹啉酸相應(yīng)酶的基因轉(zhuǎn)移到煙草中，培育抗性品種也是解決煙田二氯喹啉酸污染的一個(gè)新思路。自1996年第一批抗草甘膦轉(zhuǎn)基因作物培育[39]到現(xiàn)在已有許多抗除草劑作物新品種的報(bào)道，如抗咪唑啉酮玉米、水稻、油菜和甜菜品種的培育等[40-42]。目前，將煙草ALS突變基因?qū)胱魑镏袆?chuàng)造出了抗磺酰脲類除草劑的煙草品種；將細(xì)菌Klebsiella ozaenae 編碼的腈水解酶（brom oxynilspecific nitrilase，BXN）基因轉(zhuǎn)入煙草，獲得了抗溴化苯腈的轉(zhuǎn)基因煙草品種[41]；將Pseudomonas fluorescens的HPPD 基因?qū)霟煵?，獲得了高抗惡唑草酮除草劑的煙草品種[43]；但抗二氯喹啉酸除草劑的煙草品種尚未見(jiàn)報(bào)道，有待于進(jìn)一步的研究開(kāi)發(fā)。

5討論

（1）物理治理中向二氯喹啉酸污染的煙田撒施生石灰中和土壤中殘留二氯喹啉酸，加快其降解的同時(shí)，也改變了土壤質(zhì)地，使土壤的酸性增強(qiáng)，不利于煙草的生長(zhǎng)，因?yàn)闊熤暝谄嵝酝寥乐猩L(zhǎng)更好。與此同時(shí)，利用活性炭和生石灰還易造成二次污染，使防治成本大大提高。

（2）栽培耕作措施只能緩解二氯喹啉酸對(duì)下茬煙草生長(zhǎng)的影響，無(wú)法從根本上清除煙田土壤中殘留的二氯喹啉酸，對(duì)二氯喹啉酸殘留較多的煙田效果不明顯。

（3）雖然噴施蕓苔素內(nèi)酯、赤霉素、高效氨基酸糖磷脂、植保素、水楊酸等藥劑在一定程度上能恢復(fù)煙株生長(zhǎng)，但二氯喹啉酸在煙株上產(chǎn)生的藥害是不可逆的，但土壤中較高濃度的二氯喹啉酸殘留對(duì)煙葉的質(zhì)量和品質(zhì)仍有一定的影響。而且，化學(xué)藥劑緩解二氯喹啉酸藥害有一定限度，激素類化學(xué)藥劑使用不當(dāng)還可能加重藥害，適得其反。

（4）生物降解技術(shù)相對(duì)上述3種治理措施，能從根本上解決煙田土壤二氯喹啉酸污染問(wèn)題，且目前已經(jīng)分離到幾株對(duì)二氯喹啉酸具有高效降解效果的細(xì)菌降解菌株。雖然目前分離到的降解菌株在實(shí)驗(yàn)室條件下有很好的降解效果，但由于田間環(huán)境復(fù)雜，田間降解效果試驗(yàn)較少，市場(chǎng)上也沒(méi)有能夠用于田間二氯喹啉酸污染治理的生防菌劑；有待于進(jìn)一步的研究，明確降解菌的作用機(jī)理，探究更高效降解菌劑的開(kāi)發(fā)。另外，大量施用降解菌劑對(duì)二氯喹啉酸田間稗草的防效影響也是值得思考的問(wèn)題。

（5）利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育抗除草煙草品種，不僅可以解決土壤中殘留二氯喹啉酸對(duì)煙草的毒害作用，還能夠有效減輕煙農(nóng)的勞動(dòng)量。但基因的漂流問(wèn)題也會(huì)加快雜草對(duì)除草劑抗性的進(jìn)化速度，使除草劑的藥效降低甚至喪失。

二氯喹啉酸污染的物理治理措施、栽培耕作措施、化學(xué)藥劑緩解措施和微生物降解方法雖都能在一定程度上治理煙田二氯喹啉酸的污染，但都存在一定的弊端，在組合應(yīng)用這些舉措的同時(shí)還應(yīng)從分子層面研究二氯喹啉酸對(duì)煙株生長(zhǎng)影響的作用機(jī)理，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的煙田除草劑安全劑，或利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)探索抗除草劑的煙草品種培育；另一方面，從源頭解決二氯喹啉酸污染問(wèn)題，選用殘效期較短的替代性稻田除草劑，減輕對(duì)下茬煙草的影響。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2014年

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