提高土壤中二氯喹啉酸降解速度的方法与流程

本发明涉及烟草种植技术领域，更具体地，涉及一种提高土壤中二氯喹啉酸降解速度的方法。

背景技术：

化学农药在农作物病虫害防治，保障农业丰收发挥了巨大作用，在农业现代化进程中仍将继续发挥重要作用。但是，在我们使用农药的过程中，如不能科学合理的使用，如超量施用、不对症施用、乱混乱用，不仅达不到防治病虫草害的目的，反而对保护对象造成伤害，如出现药害，农作物不能正常生长发育，严重的枯萎死亡。

广东曾有烟叶产区因水稻田施用二氯喹啉酸防治杂草后，第二年种植烟草则出现生长畸形，烟叶质量明显下降，造成了较大的经济损失，严重影响烟农种烟的积极性，阻碍了烟区的稳定和发展。针对该问题，广东省烟草公司联合相关科研院所开展了研究攻关，查明致畸原因是因土壤残留二氯喹啉酸等除草剂致烟草畸形生长。据初步估算，施用农药的利用率一般为10％，约90％残留在环境中，残留环境中的农药经不同循环途径，最终大多数残留归于土壤中。这些残留土壤的农药经生物的、物理的和化学的因素得于降解。其中以微生物的降解作用最为重要，其降解速度取决于农药的种类、土壤水分含量和pH值有密切的关系。二氯喹啉酸残留对后茬作物的药害程度，同样与其在土壤中的降解速率有关。

现有研究表明，二氯喹啉酸的降解与土壤质地、土壤pH值、土壤水分含量、微生物丰度和光照有密切相关。车军(2008)的研究表明，在高压汞灯下，二氯喹啉酸在不同缓冲溶液中的光解半衰期的顺序是：pH3>pH5>pH7>pH9>pH11,分别为82.51、69.31、31.50、13.48、8.45min；在不同自然水体中的光解半衰期的顺序是稻田水>珠江水>重蒸水>水库水>地表水>湖水，半衰期分别为35.72、31.50、27.84、11.29、10.45和8.64min。在254nm紫外光照射下，二氯喹啉酸光解，其光解半衰期在过滤灭菌的田水中为8h，在纯水中为18.5h；在紫外光300～450nm照射下，纯水中是稳定的，半衰期为41.1d，黑暗条件下41d内二氯喹啉酸含量无变化。王一茹(1992)在天津和吉林2年2地水田残留实验结果表明，二氯喹啉酸在田水中消解较快，二氯喹啉酸在田水中的半衰期分别为0.8d(天津)和2d(吉林)。该农药在土壤中残留较低，消解较快，半衰期约为6d；土壤中半衰期田间为13～30天，模拟试验80～203天。在pH＝7，水温25℃的水中半衰期为45～100天(逯忠斌，1996)。王静(2007)的研究表明，在烟草水培液中添加二氯喹啉酸，当添加量为0.36mg/L时，半衰期为11.81d；当添加量为0.18mg/L时，半衰期为17.79d。陈泽鹏(2007)的研究表明：取受害烟区无用药的pH值为5.84的土样，当添加量为0.8mg/kg时，所测半衰期为23.30d，当添加量为1.6mg/kg时，所测半衰期为22.04d。这些研究一定程度上给二氯喹啉酸的药害应对提供了技术指导。

但是，二氯喹啉酸在不同环境条件下所测的半衰期各不相同，而且差异较大。再者，我国南方北方不同区域的土壤质地、土壤pH值、土壤肥力不尽相同，现有研究成果在实际应用中的效果并不稳定，目前缺乏与实际生产结合度紧密的土壤条件与二氯喹啉酸残留降解影响研究成果。因此进一步提供一种适应地域全面的降低二氯喹啉酸致畸影响的烟草安全种植方法对我国烟草种植具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对不同土壤条件下降低二氯喹啉酸致畸影响方面的技术不足，提供一种提高土壤中二氯喹啉酸降解速度的方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供提高土壤中二氯喹啉酸降解速度的方法，是将土壤的pH值调节为大于5和/或采用壤土种植烟草。

优选地，是将土壤的pH值调节为5～9。

优选地，所述提高土壤中的二氯喹啉酸降解速度根据土壤中的二氯喹啉酸降解半衰期与土壤的pH值的线性相关关系方程为Y＝-4.877X5+90.036，r＝0.9918确定。

优选地，所述土壤的pH值调节方法为施用氮化肥或碱性化肥实现。

进一步优选地，所述氮化肥为碳铵或氨水；所述碱性化肥为钙镁磷。

优选地，所述土壤的pH值调节方法为施用石灰。

优选地，所述石灰的施用量为每年每亩50～100kg，并作为基肥为主，逐年递减。

优选地，是通过将壤土的粘粒含量降低来提高土壤中二氯喹啉酸降解速度。

优选地，所述提高土壤中的二氯喹啉酸降解速度根据二氯喹啉酸在壤土类型样品中的半衰期与粘粒含量的线性方程为Y＝0.8555x+42.907确定。

优选地，所述将壤土的粘粒含量降低的方法包括增施有机肥、施用改良剂、翻砂压淤、掺入砂土或河滩土。

本发明具有以下有益效果：

本发明综合研究了土壤pH值大小对二氯喹啉酸降解的影响关系，总结得到较佳的pH值土壤条件下，可获得较快的二氯喹啉酸残留降解速度，并在调节土壤pH值大于5的基础上，进一步总结出降低土壤中粘粒的含量或者采用壤土可促使二氯喹啉酸尽快降解，从而为合理使用二氯喹啉酸，避免对后茬敏感作物造成残留药害和确定种植时间提供科学依据。

附图说明

图1二氯喹啉酸标准曲线图。

图2二氯喹啉酸标准溶液(5μg/ml)色谱图。

图3二氯喹啉酸在南雄土壤中的消解曲线图。

图4二氯喹啉酸在铁卢湖土壤中的消解曲线图。

图5二氯喹啉酸在辽宁阜新土壤中的消解曲线图。

图6二氯喹啉酸在云南楚雄土壤中的消解曲线图。

图7二氯喹啉酸在云南玉溪土壤中的消解曲线图。

图8二氯喹啉酸在云南红河土壤中的消解曲线图。

图9二氯喹啉酸在财塘段土壤中的消解曲线图。

图10二氯喹啉酸在云南易门土壤中的消解曲线图。

图11二氯喹啉酸在梅州夫子段土壤中的消解曲线图。

图12二氯喹啉酸在梅州夫子段云南大理土壤中的消解曲线图。

图13二氯喹啉酸在湖北恩施土壤中的消解曲线图。

图14二氯喹啉酸在河南平顶山土壤中的消解曲线图。

图15二氯喹啉酸在贵州黔西南州中的消解曲线图。

图16二氯喹啉酸在财塘段水样中的消解曲线图。

图17二氯喹啉酸在铁卢湖水样中的消解曲线图。

图18二氯喹啉酸在南雄水样中的消解曲线图。

图19二氯喹啉酸在夫子段水样中的消解曲线图。

图20二氯喹啉酸在pH5土壤中的消解方程图。

图21二氯喹啉酸在pH7土壤中的消解方程图。

图22二氯喹啉酸在pH9土壤中的消解方程图。

图23半衰期与pH值之间的线性方程图。

图24壤土类型土壤样品的二氯喹啉酸半衰期与pH值的线性方程图。

图25粘土类型土壤样品的二氯喹啉酸半衰期与pH值的线性方程图。

图26壤土类型土壤样品的二氯喹啉酸半衰期与粘粒含量的线性方程图。

图27粘土类型土壤样品的二氯喹啉酸半衰期与粘粒含量的线性方程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。下述实施例仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。除非特别说明，下述实施例中使用的试剂为常规市购或商业途径获得的试剂，除非特别说明，下述实施例中使用的方法和设备为本领域常规使用的方法和设备。

实施例1

一、样品采集

1.不同pH值的土壤样品

供试土壤采自华南农业大学内未耕作土壤，采用对角线5点取样法取样，每个点内多点采集土壤样本取样量约3kg，将泥土转入瓷盆中，在玻璃网室内自然风干，用土壤粉碎机粉碎，过2mm筛，向原pH值为6.20的土壤样品中分别加入适量的0.1M HCl和0.1MNaOH溶液，形成3个处理，使土壤样品pH值分别为：5、7和9，保存于-20℃低温冰箱，待处理分析用。

2.不同类型的土样及水样

供试土样及水样由广东省烟草公司提供。每种供试土壤均采用对角线5点取样法取样，每个点内多点采集土壤样本取样量约3kg，将泥土转入瓷盆中，在玻璃网室内自然风干，用土壤粉碎机粉碎，过2mm筛，保存于-20℃低温冰箱，待处理分析用(不同土壤水样来源和基本信息见表1和表2)。采用比重计法测定土壤质地。按国际制标准,根据土壤质地中的粒级粒径大小划分为砂粒(0.02～2mm)、粉粒(0.002～0.02mm)、粘粒(<0.002mm)3个等级。

表1 二氯喹啉酸残留动态检测样品土壤类型分析

表2 二氯喹啉酸残留动态检测样品

二、供试药剂及仪器

1.主要仪器

1100HPLC(美国Agilent公司)；DHZ-D恒温振荡培养箱(国产，广州深华生物技术有限公司)；DL-4000B冷冻离心机(上海安亭科学仪器厂)；德国Sartorious电子天平BS 210S；PHS-3C精密pH计(上海雷磁仪器厂制造)；501数显恒温水浴锅(江苏宏华仪器厂)；RE 52-99旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂)；气质联用仪(石英毛细管柱，氢火焰离子检测器)；灭菌锅；超净工作台；LRH-300-Gb光照培养箱(广东鑫腾科普仪器有限公司)；

2.主要试剂

99.5％二氯喹啉酸标准样品(国家农药质检中心生产，广东省农科院农化研究中心提供)。甲醇(一级色谱纯)；乙酸(分析纯)；四硼酸钠(分析纯)；正己烷(色谱纯)；甲基丁基醚(色谱纯)。

三、二氯喹啉酸在不同土样及水样中的残留降解动态分析

1.二氯喹啉酸添加处理

将99.5％二氯喹啉酸标准品按照推荐田间施用量0.65mg/kg均匀喷施于直径为17cm、高13cm大小一致的花盆中的土壤，并充分搅拌均匀，放入温室内并保持土壤湿润。设三个重复。分别于施药前、施药后1、2、6h及1、2、4、8、1 6、40、80、120、160d采集土样，每盆取土样50g，混匀后取其中50g土样进行残留检测前处理。水样制备：将二氯喹啉酸标准溶液按照0.65mg/L加入50mL水样中，每个处理设三个重复。

2.土壤样品前处理

0.05mol/L硼砂缓冲液50mL浸泡振荡1h、高速离心20min(6000r/min)，取上清液过0.45μm滤膜，HPLC测定。

3.色谱分析条件

色谱柱：HP ODS Hypersil 5μm，4.0×250mm；流动相：甲醇：1％乙酸水溶液(体积比为60/40)；流速：1mL/min；检测波长为：240nm；进样量：10μl。4.方法质控措施

分析测定质量控制与保证措施：①空白样：每批分析样需带1个空白样，以确认试剂及容器的清洁程度；②平行样：每批分析样需带2～3个平行样(20％)，以确认测试结果的再现性。

四、二氯喹啉酸在不同pH值土壤中的残留动态

二氯喹啉酸添加处理：将99.5％二氯喹啉酸标准品按照推荐田间施用量0.65mg/kg均匀喷施于直径为17cm、高13cm大小一致的花盆中的pH值分别为5、7、9的土壤样品，并充分搅拌均匀，放入温室内并保持土壤湿润，每个处理3个重复。分别于施药前、施药后1、2、6h及1、2、4、8、1 6、40、80、120、160d采集土样，每盆取土样50g，混匀后取其中50g土样进行残留检测前处理。

五、不同土壤样品烟草种植安全期的确定

将二氯喹啉酸药液喷施于待处理的土壤中，使处理土壤中二氯喹啉酸的含量为5个浓度梯度：0.65mg/kg，0.33mg/kg，0.17mg/kg，0.085mg/kg，0.0425mg/kg，移栽入生长状况相似的健康烟苗，每天定期观察烟苗的生长情况，并记录。

根据不同土壤样品的二氯喹啉酸残留消解公式，计算得到在二氯喹啉酸添加量为0.65mg/kg时，不同土壤样品中二氯喹啉酸消解到安全种植浓度的时间，即安全种植烟草的间隔期。

六、结果与分析

(一)标准曲线、检出限、精密度和回收率

准确称取标准品二氯喹啉酸，用甲醇配制一定浓度的二氯喹啉酸母液。再用甲醇稀释配制成质量浓度为0.1、0.5、1.0、5.0、25.0μg/mL系列标准液，在上述色谱操作条件下分别进样1μL，以浓度为x轴、峰面积为y轴绘出标准曲线。二氯喹啉酸在0.1～25μg/mL的质量浓度范围内呈线性关系，线性方程为Y＝75.907x-5.0077，相关系数为0.9999。最小检出量为1.0×10^-9g，在土壤中的最低检出质量浓度均为0.01mg/kg，样品不同浓度加标回收率在90.81％～93.27％之间(表3所示)，变异系数在2.8％～5.0％之间。表明本实施例采用的样品提取。净化方法的平均回收率和变异系数满足残留实验要求。

表3 二氯喹啉酸在土壤中的回收率和精密度

注：-代表样品空白为未检出；最低检出质量浓度为0.01mg/kg。

(二)氯喹啉酸在不同生态条件下的残留降解动态

二氯喹啉酸多种来源不同的供试土壤及水样中的降解趋势见图3～19，二氯喹啉酸在供试土壤及水样中的降解动态基本上遵循一级动力学方程，即：Ct＝C₀e^－kt，t_1/2＝ln2/k。表4中列出了样品中二氯喹啉酸残留消解方程的参数，在样品中二氯喹啉酸的残留量Ct与降解时间t之间的相关系数r均在0.87以上。样品中二氯喹啉酸的半衰期范围为48.6d～66.7d。

表4 二氯喹啉酸在土壤样品中的残留降解结果

(三)不同pH值条件对土壤中二氯喹啉酸残留降解的影响

二氯喹啉酸在3种pH值不同的供试土壤中的降解趋势见图20、图21和图22，二氯喹啉酸在供试土壤中的降解动态基本上遵循一级动力学方程，即Ct＝Ct＝C0e^-kt，t_1/2＝ln2/k。土壤中供试农药的残留量Ct与降解时间t之间的相关系数r均在0.9以上(表5所示)。二氯喹啉酸在上述3种土壤中的降解速率为pH9(t1/2＝46.04d)＞pH7(56.09d)＞pH5(65.55d)。可见，二氯喹啉酸在上述3种土壤中降解速率很慢，尤其是在pH7的土壤中，降解速率最慢，半衰期长达65.55d；在pH9的土壤中降解最快，半衰期也长达46.04d。

表5 不同土壤pH值条件下二氯喹啉酸的半衰期及消解方程相关系数

将二氯喹啉酸在3种供试土壤中的降解半衰期与土壤的pH值进行线性回归处理，结果两者之间呈线性相关关系：Y＝-4.877X5+90.036，r＝0.9918，可以看出，本试验条件下二氯喹啉酸在供试土壤中的降解半衰期与土壤pH值线性相关性较强。土壤pH值是二氯喹啉酸降解的主要影响因素，随着土壤pH值的升高，土壤碱性增强，二氯喹啉酸的降解速率加快，二氯喹啉酸的半衰期缩短。

(四)不同土壤类型对土壤中二氯喹啉酸残留降解的影响

二氯喹啉酸在2类土壤类型不同的7种供试土壤中的降解趋势见图23和图24，二氯喹啉酸在供试土壤中的降解动态基本上遵循一级动力学方程，即Ct＝C₀e^－kt，t_1/2＝ln2/k。土壤中供试农药的残留量Ct与降解时间t之间的相关系数r均在0.87以上，二氯喹啉酸在7种土壤样品中的消解方程、半衰期、相关系数结果见表6。

表6 二氯喹啉酸在7种土壤样品中的半衰期及消解方程相关系数

(1)不同土壤类型对二氯喹啉酸降解的影响

在上述7种土壤样品中，比较pH值相近的壤土与粘土样品的半衰期，广东铁卢湖(t1/2＝52.5d，pH＝6.75)＜云南红河(t1/2＝54.7d，pH＝6.73)，辽宁阜新(t1/2＝48.6d，pH＝8.33)＜广东财塘(t1/2＝53.5d，pH＝8.24)。结果表明，在pH值相近条件下，壤土类型土壤样品的半衰期比粘土类型样品短，壤土类型的降解速率比粘土要快。可见，二氯喹啉酸在壤土中比在粘土中更易降解。

(2)同一土壤类型条件下，pH值对二氯喹啉酸降解的影响

二氯喹啉酸在同为壤土类型的广东南雄、广东铁卢湖、辽宁阜新3种样品中的降解速率为：广东南雄(t1/2＝53.2d，pH＝6.12)＜广东铁卢湖(t1/2＝52.5d，pH＝6.75)＜辽宁阜新(t1/2＝48.6d，pH＝8.33)。结果表明：在壤土类型中，随pH值升高，二氯喹啉酸的半衰期缩短，降解速率提高。对二氯喹啉酸在壤土类型样品中的半衰期与pH值进行线性回归处理，结果显示两者之间呈线性相关关系，线性方程为Y＝-2.156x+66.67，相关系数为0.9809。

二氯喹啉酸在同为粘土类型的云南楚雄、云南玉溪、云南红河、广东财塘4种样品中的降解速率为：云南玉溪(t1/2＝66.7d，pH＝5.34)＜云南楚雄(t1/2＝64.5d，pH＝5.12)＜云南红河(t1/2＝54.7d，pH＝6.73)＜广东财塘(t1/2＝53.5d，pH＝8.24)。可见，云南大理与云南楚雄之间并不符合pH越高，降解速率越快的规律，但是云南楚雄、云南红河、广东财塘之间符合pH越高，降解速率越快的规律。对二氯喹啉酸在粘土类型样品中的半衰期与pH值进行线性回归处理，结果显示两者之间呈线性相关关系，线性方程为Y＝-4.2559x+86.907，相关系数为0.8361。可见，pH对二氯喹啉酸在壤土质地的土壤中的降解影响更大。

(3)同一土壤类型下，土壤粘粒含量对二氯喹啉酸降解的影响

二氯喹啉酸在上述7种土壤样品中的降解速率为：云南玉溪(t1/2＝66.7d，粘粒含量29.2％)＜云南楚雄(t1/2＝64.5d，粘粒含量27.9％)＜云南红河(t1/2＝54.7d，粘粒含量26.7％)＜广东财塘(t1/2＝53.5d，25.3％)＜广东南雄(t1/2＝53.2d，粘粒含量14.3％)＜广东铁卢湖(t1/2＝52.5d，粘粒含量12.7％)＜辽宁阜新(t1/2＝48.6d，粘粒含量8.2％)。结果显示，随着土壤样品中粘粒含量降低，二氯喹啉酸的半衰期缩短，二氯喹啉酸的降解速率增快。

对二氯喹啉酸在壤土类型样品中的半衰期与粘粒含量进行线性回归处理，结果显示两者之间呈线性相关关系，线性方程为Y＝0.8555x+42.907，相关系数为0.6032；对二氯喹啉酸在粘土类型样品中的半衰期与粘粒含量进行线性回归处理，结果显示两者之间呈线性相关关系，线性方程为Y＝3.7941x-43.633，相关系数为0.8854。可见，土壤粘粒含量对二氯喹啉酸在粘土质地的土壤中的降解影响更大。

表7 降解半衰期与土壤性质的线性相关性

以13种土壤样品为代表说明烟草种植安全期的确定：

在烟苗移栽后第十天，观察到0.65mg/kg、0.33mg/kg、0.17mg/kg、0.085mg/kg浓度处理的烟苗均出现不同程度的生长畸形状况，而0.0425mg/kg浓度处理的烟苗并未出现生长畸形现象，所以安全种植烟草的二氯喹啉酸残留浓度为0.0425mg/kg。

根据13种随机选取的土壤样品及4种水样的二氯喹啉酸残留消解公式，计算得到在二氯喹啉酸添加量为0.65mg/kg时，17种样品中二氯喹啉酸消解到0.0425mg/kg的时间，即安全种植烟草的间隔期。13种土壤样品及4种水样施用二氯喹啉酸(0.65mg/kg)安全种植烟草的间隔期范围为246.00～385.28d。

表8 不同来源土壤及灌溉水二氯喹啉酸残留安全种植烟草的间隔期

实施例2 调节土壤pH值的方法试验

本发明通过调节土壤pH值从而提高二氯喹啉酸降解速度包括以下方法，通过大量试验验证，均取得显著的技术效果。

1、合理施用化肥。对于一般性土壤，可通过选施碳铵、氨水等氮化肥，以及钙镁磷肥等碱性化肥，适度提高土壤pH值，具体施用标准参照化肥使用要求。

2、适量施用石灰。石灰属碱性，有中和土壤酸性的作用，可作为一种间接肥料使用。对于酸性较强(pH5.5以下)、土质粘重、有机质含量较高的土壤，可通过适量施用石灰提高pH值。适宜的施用量为每年每亩50～100kg，并作为基肥为主，旱地用量可比水田稍多些(因旱地含水量较少，石灰不易溶解，土壤反应较缓慢)；同时注意逐年递减，一般至第4～5年，暂停施用1～2年。由于石灰在土壤剖面中之垂直移动距离不远，所以使土壤和石灰充分混合十分重要，如果完全靠表面施撤，则仅能改善表土数公分内的酸度，对深根作物而言难见改良效果。所以石灰施用一般都采用表面撒施后再犁入土中，以求目标深度内的土壤尽可能与石灰接触。

结果显示，经过大量实验，采用本实施例方法，与空白处理相比，本实施例方法可保障二氯喹啉酸的半衰期缩短，二氯喹啉酸的降解速率增快，烟田少见畸形生长现象。

实施例3 通过降低土壤中粘粒从而提高二氯喹啉酸降解速度的方法。

1、增施有机肥。通过增加土壤有机质含量，改善土壤结构，增强透气性，保持土壤疏松，提高土壤保水保肥能力，一般需要连续使用才能起到效果。

2、施用改良剂。通过增加土壤矿物质含量，改善土壤团粒结构，使分散的土粒团聚，减小土壤容重，增加总孔隙度，适合进行苗床地或试验田等小面积土壤改良。改良剂的选用参照本领域常规。

3、掺入砂土或河滩土。结合翻耕、起垄、施肥等农艺措施，减少粘土田容重，增加土壤砂粒含量，增加土壤孔隙度，降低土粒含量，使土体疏松，耕性改善，土壤微生物活性增强。具体操作方法可参照发明专利《一种粘性植烟土壤的客土改良方法》(CN201210341538.X)。

4、翻砂压淤。对于冲积母质，粘土层的下面有砂土层(腰砂)，可考虑采用深翻措施，将下面的砂土层翻至耕作层。结果显示，经过大量实验，采用本实施例方法和手段，与空白处理相比，本实施例方法可保障二氯喹啉酸的半衰期缩短，二氯喹啉酸的降解速率显著提高，烟田少见畸形生长现象。