农药在土壤中的迁移转化过程

农药在土壤中的迁移转化过程
农药进入土壤后会进行一系列复杂的物理\化学和生物过程,包括土壤吸附和解吸附\挥发\化学和生物降解\植物吸收\地表径流损失或者淋溶等(图1）[3],其中土壤吸附-解吸附和降解是两个最主要的过程。

土壤农残的迁移转化过程取决于农药本身的性质(如溶解性）\土壤理化性质(如微生物活性\有机质含量）和环境条件(如温度\降雨）的影响,土壤农残的行为和归趋取决于多种过程的综合作用。

1 吸附作用
农药的吸附作用是指在离子键\氢键\电荷转移\共价键\范德华力\配体交换\疏水吸附和分配\电荷-偶极和偶极-偶极等作用力的共同作用下,农药吸附到土壤颗粒表面的过程[21],如阳离子农药百草枯和敌草隆可以与黏土矿物形成离子键而被强烈吸附,同时还能通过电荷转移和范德华力增强吸附。

农药吸附特性由吸附常数(kd）和有机碳标准化分配系数(koc）表示[22],kd表示土壤对农药的吸附能力,值越大则吸附能力越强。

农药自身的分子结构和理化特性均影响其在土壤中的吸附性[21]。

土壤理化性质包括有机质含量\黏土成分\PH\土壤的颗粒度等,这些指标均影响土壤的吸附作用,其中有机质是最大影响因素。

土壤有机质对有机农药有增溶和溶解作用,而且土壤有机质的腐殖酸结构中具有能与有机农药结合的特殊位点,其对有机农药还具有表面吸附作用,因此有机质含量越高吸附性能越高[23,24],研究发现吸附常数(kd）值与土壤有机质含量呈正相关[25]。

土壤PH对农药吸附性的影响与土壤成分和农药性质有关,土壤PH会影响弱酸\弱碱性物质的吸附,但是对非离子型化合物的吸附性影响较小[26]。

2 降解作用
农药的降解又可分为生物降解和非生物降解2种方式。

在光\热及化学因子作用下发生的降解现象为非生物降解,非生物降解主要受土壤PH\湿度和温度的影响,而生物体作用下的降解过程属生物降解[26],生物降解是土壤农残的主要降解方式,一般表层土壤的生物降解速率更高。

研究发现,有机质是影响拟除虫菊酯降解的最主要因素,有机质含量越高降解速率越快,其次为PH,碱性越高降解速度越快[27]。

3 蒸发和迁移作用
土壤中的农药无论是易挥发还是不易挥发,都可以通过蒸发作用进入到大气环境中。

农药的挥发过程主要受
到农药自身性质(如蒸气压\扩散系数和水溶性等）\农药浓度\土壤理化性质(如湿度\温度与土壤孔隙状况等）以及气候条件的影响,夏秋气温较高时,土壤中有机氯能够通过蒸发释放到大气中,造成大气污染[28]。

土壤农残通过地表径流进入到地表水,通过淋溶进入到地下水环境。

农药本身性质包括有机碳标化分配系数\蒸气压\溶解度\剂型和施用药量,均影响农药在土壤中的迁移作用[29]。

吸附性能影响农药在土壤中的迁移和扩散,吸附性强的农药会更多地吸附到土壤固相中,而较少的随淋溶迁移,停留在土壤表层的农药容易被生物降解,也有利于随着地表径流迁移[22]。

相反,吸附性弱的农药会更多地淋溶到深层土壤,而不利于降解作用[22]。

如具有较高的有机碳标化分配系数的联苯菊酯\溴氰菊酯\氯氰菊酯,极易被土壤吸附而停留在土壤表层,表层农残更容易通过径流进入地表水,而溶解度较大的农药如一些有机磷农药会通过淋溶作用向土壤的中层和下层迁移,从而可能进入到地下水中造成污染[30]。

土壤理化性质是影响农药在土壤中的淋溶和迁移的重要因素,其中有机质含量和土壤PH是主要的影响因素[30],有机质一方面为土壤微生物提供碳源,从而促进农药的生物降解作用,另一方面有机质对农药具有吸附作用,从而降低土壤农药的移动性[31]。