农药在土壤中的降解途径

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农药在土壤中的降解途径范文第1篇

关键词：现代生物技术环境保护前景规划

1.我国生态环境现状

目前我国由于工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染以及废弃塑料和农用地膜的污染，严重的影响了我国的生态环境，使得水污染日益加剧，水资源严重短缺，全国600多个城市中已有一半城市缺水，农村则有8000万人和6000万头牲畜饮水困难；土壤污染严重，耕地面积锐减，近10年来每年流失的土壤总量达50亿t，土地荒漠化日益加剧；森林覆盖面积下降，草场退化，每年减少森林面积达2500万亩；人们的身体健康受到严重威胁，疾病发病率急剧上升。因此，加大环境保护和环境治理力度，加快应用高新技术，如现代生物技术来控制环境污染和保持生态平衡，提高环境质量已成为环保工的工作重点。

2.现代生物技术与环境保护

现代生物技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程，细胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用，而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20世纪80年代以来生物技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视，发展十分迅猛。与传统方法比较，生物治理方法具有许多优点。

生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构，降解的产物以及副产物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度，这样既做到一劳永逸，不留下长期污染问题，同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。利用发酵工程技术处理污染物质，最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等，经常是一步到位，避免污染物的多次转移而造成重复污染，因此生物技术是一种既安全又彻底消除污染的手段。生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程，而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质，其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的，所以大多数生物治理技术可以就地实施，而且不影响其他作业的正常进行，与经常需要高温高压的化工过程比较，反应条件大大简化，具有设备简单、成本低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。

所以，当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理，有毒有害物质的无害化处理等各个方面。

3.现代生物技术在环境保护中的应用

3.1污水的生物净化

污水中的有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用，从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶，是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器，用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定，即是可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等，此方面国内外成功的例子很多，如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶，以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于处理对硫磷废水，去除率达95%以上。

3.2污染土壤的生物修复

重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物作用，削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是：通过生物作用改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失。

3.3白色污染的消除

废弃塑料和农用地膜经久不化解，估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产，若再连续使用而不采取措施，十几年后不少耕地将颗粒无收，可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境，研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌，另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物中，使两者同时发挥各自的作用，将塑料和农膜迅速降解。同时，还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。

3.4化学农药污染的消除

一般情况下，使用的化学杀虫剂约80%会残留在土壤中，非凡是氯代烃类农药是最难分解的，经生态系统造成滞留毒害作用。因此多年来人们一直在寻找更为安全有效的办法，而利用微生物降解农药已成为消除农药对环境污染的一个重要方面。能降解农药的微生物，有的是通过矿化作用将农药逐渐分解成终产物CO2和H2O，这种降解途径彻底，一般不会带来副作用；有的是通过共代谢作用，将农药转化为可代谢的中间产物，从而从环境中消除残留农药，这种途径的降解结果比较复杂，有正面效应也有负面效应。为了避免负面效应，就需要用基因工程的方法对已知有降解农药作用的微生物进行改造，改变其生化反应途径，以希望获得最佳的降解、除毒效果。要想彻底消除化学农药的污染，最好全面推广生物农药。

所谓生物农药是指由生物体产生的具有防止病虫害和除杂草等功能的一大类物质总称，它们多是生物体的代谢产物，主要包括微生物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂等。人们正在研究将外源毒蛋白基因如编码神经毒素的基因克隆到杆状病毒中以增强杆状病毒的毒性；将能干扰害虫正常生活周期的基因如编码保幼激素酯酶的基因插入到杆状病毒基因组中，形成重组杆状病毒并使其表达出相关激素，以破坏害虫的激素平衡，干扰其正常的代谢和发育从而达到杀死害虫的目的。

参考文献

[1]孔繁翔.环境生物学.北京：高等教育出版社，2000

农药在土壤中的降解途径范文第2篇

1材料与方法

1.1试验区概况试验地位于汩罗市桃林林场及汩罗市郊小洲湖稻田。桃林林场地处汨罗江北，位于湖南省汨罗市桃林寺镇境内，介于东经113°03′15″～113°06′19″，北纬28°55′52″～28°58′18″之间。南北纵长4.49km，东西横跨4.97km，土地总面积386.7hm2。桃林国有林场地处丘岗地区，地势平缓，海拔55～80m，坡度一般在10°以下，土壤为第四纪红色粘土发育的红壤，pH值5.5～6.5，土层深度大于80cm，土壤腐殖质含量较少，土壤肥力中等。该地域属于大陆性湿润季风气候，具有“春温多变、寒流频繁、热量丰富、无霜期长、夏秋多旱、四季分明”的特点，年平均温度16.9℃，年平均降雨量1353.6mm，年平均雨日152d，年平均相对湿度81%，无霜期263d。选择的试验区位于林场内的土里塘和汩字区。两区外侧为半围合的丘岗林地，中间是低洼的山塘和稻田。土里塘的林地是针阔混交林，无人为干扰措施，汩字区林地是湿地松人工林，每年4月每亩林地施40kg钙镁磷肥、20kg碳铵、500g溴氰菊酯，6月施750mL草苷膦，12月施40kg钙镁磷肥。小洲湖稻田是试验对照区。该区位于汩罗市郊，北依汩罗江，地处北纬28°50′，东经113°03′。土壤母质为河流沉积物，质地为沙壤质土壤。海拔29m，属湖洲平原。

1.2实验方法农药残留分析样（土样、水样、植物样）保存于-20℃环境中，保存期不超过3天；微生物分析样及待测水样保存在4℃环境中；土壤有机质待测样须阴干、磨细过100目筛，保存待测；土壤pH待测样须阴干过10目筛；水样pH值不能保存，立即测定。按照五点采样法采取土样，同时在稻田、山塘及灌溉沟渠采取水样，在稻田中采取稻根、稻茎样。农药残留的分析利用液相色谱法[7]；土壤有机质测定利用外加热—重铬酸钾氧化法；水体有机质含量利用高锰酸钾氧化法；土壤及水体微生物活度测定利用二乙酸荧光素（FDA）水解法；pH测定利用电极法。

1.3数据处理与统计分析利用相关分析法分析农药残留量与环境因子的关系，探明环境因子对农药残留量的影响。使用统计软件SPSS13.0进行数据的处理与分析。

2结果与分析

2.1不同系统的农药残留研究表明，农药残留在人体内长期蓄积滞留会引发慢性中毒[8]，严重危害人体健康。表1为不同生态系统土壤农药残留情况。松—稻系统林地土壤中敌敌畏、百菌清、三唑酮、甲氰菊酯指标无检出，而草甘膦、溴氰菊酯含量较高，其中草甘膦含量达45100μg/kg；在混—稻复合系统的林地七种农药残留皆无检出，这与林地有无施用农药及不同农药的稳定性有关。松—稻系统与混—稻系统比较，稻田土壤中敌敌畏、百菌清、三唑酮、溴氰菊酯、甲氰菊酯含量两者之间差异都不显著（P＞0.05），而克百威及草甘膦含量前者显著高于后者（P＜0.05），这可能与前者林地中的草甘膦、克百威随径流进入稻田有关。与对照比较，杀虫剂类的敌敌畏、溴氰菊酯和甲氰菊酯及除草剂类的草甘膦在水稻土表层的残留较低，平均降幅在25.2%～83.3%之间；杀菌剂类的百菌清、三唑酮农林系统稻田土壤含量较高，平均增幅在35.8%～42.4%之间。与混—稻复合系统一样，对照稻田系统土壤中也没有检出克百威成分。

2.2不同系统土壤有机质含量及微生物活度农林复合生态系统中,林地土壤有机质含量明显低于稻田土壤；混—稻复合系统较之于松—稻复合系统，林地土壤有机质含量低20%，而稻田土壤有机质含量相近。与对照稻田系统比较，农林系统稻田土壤有机质含量平均提高29.8%，差异显著（P＜0.05），这可能与稻田的利用方式和稻田质地有关系。不同农林复合系统林地土壤微生物活度差异显著（P＜0.05），其中混交林地比湿地松林地高48.1%，而两系统稻田土壤微生物活度相近，且均显著高于林地土壤。农林复合系统与洲湖平原对照稻田系统比较，前者高于后者，平均增幅31.7%。土壤微生物活度与土壤有机质的关系在不同地块有差异。稻田土壤微生物活度与有机质含量呈负相关（P=0.053，R=0.700，n=8），而在湿地松林地和针阔混交林地土壤微生物活度均与有机质含量呈正相关（P＜0.01）。其原因在于不同地块土壤有机质组成及性质有差别，在稻田土壤中有机质主要来源于水稻秸杆、属于芳香度较低的富里酸，容易被土壤微生物分解，故相近环境背景下的稻田土壤微生物活度越高，其分解的有机质量越多，留存的有机质量越低，表现为两者间的负相关关系。在针阔混交林地和湿地松林地，土壤有机质主要来源于林木凋落物，且以针叶凋落物为主，其中阔叶凋落物形成的有机质芳香度较低易于分解，针叶凋落物形成的有机质芳香度较高不易分解，土壤微生物活度越高，留存土壤中的高芳香度有机质相对量越多，故两者关系表现为正相关。

2.3不同系统土壤农药残留与影响因子的关系在湿地松林地土壤检出了百克威、草甘膦和溴氰菊酯残留成分（表2），三种农药残留量与土壤有机质含量分别呈不显著、极显著、显著正相关，说明湿地松林地中土壤有机质对该三类农药吸附作用强；此外，林地中土壤微生物活度也与该三种农药呈极显著、显著、显著正相关，表明通过微生物作用促进芳香度较高的有机质含量增加，从而有利于吸附三种残留的农药。在农林复合系统的稻田土壤中，土壤有机质与土壤残留农药的关系与湿地松林地不同（表2），土壤有机质含量与敌敌畏残留量不相关，与克百威呈不显著负相关，与其余五种农药残留量呈不显著正相关，表明稻田土壤有机质对农药成分的吸附作用比湿地松林地土壤有机质弱，原因可能在于稻田土壤有机质芳香度低、易于被微生物分解，从而充当农药分解共代谢过程中微生物的能量来源，导致吸附作用降低。土壤微生物活度与敌敌畏、克百威呈不显著正相关，而与其余五种农药残留量均呈显著或极显著负相关。敌敌畏的稳定性受热、土壤酸碱度影响大，故受有机质、微生物活度影响较小；克百威在水田中与芳香度较低的富里酸类有机质结合容易随水迁移，故它与土壤有机质含量呈不显著负相关，又由于稻田有机质含量与微生物活度呈负相关，因此它与微生物活度呈正相关。其余五种农药受理化因子影响较小，它们的降解主要受土壤微生物影响，因此微生物活动增强能加快它们的降解，其关系表现为显著或极显著负相关。

3结论

（1）农林复合系统稻田土壤农药残留量低于对照平原稻田系统，源于两个层面的机制：土壤层面是农林系统稻田土壤微生物对残留农药的降解能力强于平原稻田土壤；空间层面则是农林系统周围被森林屏蔽从而阻隔农业病虫进入，减少农药施用量，从而从源头上降低了农药残留土壤的机率。（2）湿地松林、针阔混交林地土壤有机质芳香度较高，与稻田土壤比较不利于微生物生命活动，导致以生物因子为主要降解途径的土壤残留农药在土壤中积累；另外，其中芳香度较高的土壤有机质利于吸附各类有机农药。

4讨论

农药在土壤中的降解途径范文第3篇

关键词：污染土壤 微生物修复 修复机理

土壤污染已经成为全球性的重要环境问题之一，对于土壤污染处理而言，传统物理及化学修复技术的最大弊端是污染物去除不彻底，导致二次污的发生，从而带来一定程度的环境健康风险危害。而生物修复技术主要是利用生物有机体，尤其是微生物的降解作用将污染物分解并最终去除，具有快速，安全，费用低廉的优点。因此．被称为环境友好替代技术[1]。利用微生物对不同污染类型土壤进行生物修复已经成为微生物研究的热点之一，学者们努力研究微生物菌种以及生物修复条件[2-3]。以下分别对石油污染、化学农药污染、重金属污染的土壤微生物修复和采矿废弃地生态恢复的研究进展进行综述。

一、微生物修复概念及原理

1.微生物修复概念

微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术。微生物修复的实质是生物降解，即微生物对物质(特别是环境污染物)的分解作用。它与传统的分解在本质上是一样的，但又有分解作用所没有的新特征(如共代谢作用、降解质粒等)，因此可视为是分解作用的扩展和延伸[4]。由于微生物个体小、繁殖快、适应性强、易变异，所以可随环境变化产生新的自发突变株，也可能通过形成诱导酶产生新的酶系，具备新的代谢功能以适应新的环境，从而降解和转化那些“陌生”的化合物微生物对土壤中的有毒污染物的降解主要包括氧化反应、还原反应、水解反应和聚合反应等。

首次记录实际使用生物修复是在1972年，于美国宾夕法尼亚州的Ambler清除管线泄露的汽油。1989年，美国阿拉斯加海域受到大面积石油污染以后才首次大规模应用生物修复技术[5]。除美国外，欧洲各国、加拿大等在生物修复方面也有很大的发展。

2.可用于生物修复的微生物类群

根据来源不同可以把起作用的微生物分为3类：土著微生物，外来微生物和基因工程菌(GEM)[6]。目前在实际的生物修复工程中应用的大多是土著微生物，土著微生物无论在数量上还是在降解潜力上都是巨大的。当土著微生物由于种种原因不能用来作为修复污染土壤菌种时，就需要在污染的土壤中接种一些高效的外来微生物。实验表明，在实验条件下，30℃时每克土壤接种10个PCP降解菌，可以使PCP的半衰期(T1/2)从2周降到l天。近年来，由于生物工程技术的飞速发展，构建更高效的修复污染土壤的基因工程菌引起了人们极大的兴趣。目前生物修复正朝着构建能够快速降解某些特定污染物的工程菌的方向发展，科学家利用基因工程把不同的降解基因移植到同一菌株中，创造出了具有多种降解功能的超级微生物[7]。

3.微生物修复的机理

微生物修复污染的土壤必须具备2个方面的条件：一是土壤中存在着多种多样的微生物，这些微生物能够适应变化了的环境，具有或产生酶，具备代谢功能，能够转化或降解土壤中难降解的有机化合物，能够转化或固定土壤中的重金属；二是进入土壤的有机化合物大部分具有可生物降解性，即在微生物的作用下由大分子化合物转变为简单小分子化合物的可能性，进入土壤的重金属具有微生物转化或固定的可能性[8]。只有具备了上述2方面的条件，微生物修复才有实现的可能。

受污染的土壤中有机物和重金属除小部分是通过物理、化学作用被稀释、扩散、挥发及氧化、还原、中和而迁移转化外，主要是通过微生物的作用将其降解转化和固定的，因此，在生物修复中首先应考虑适宜微生物的来源。其次，微生物的代谢活动需在适宜的环境条件下才能进行，而受有机物和重金属污染土壤的条件往往较为恶劣，因此我们必须人为提供合适的环境条件以强化微生物对污染土壤的修复作用。

二、影响微生物修复的环境因素

1.营养

微生物的生长需要维持一定量的C：N：P比例，需要多种营养物质及某些微量营养元素。许多研究者[9-10]对微生物修复的最佳生态条件建议指出，C：N：P最佳比值为100：10：1。在环境胁迫下，微生物维持生存可能需要更多的能量。如重金属可引起脱氢酶活性下降，脱氢酶活性与土壤有机碳之比可作为确定向重金属污染的土壤中添加营养的重要参考指标。

2.电子受体

微生物氧化还原反应的最终电子受体包括溶解氧、有机物分解的中问产物和无机酸根(如硫酸根、硝酸根和碳酸根等)。土壤中污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度极大地影响微生物作用的速度和程度。研究表明，好氧条件有利于大多数有机物和重金属污染物的微生物降解和转化。充分的氧气供给是微生物修复重要的一环[11]。受污染的土壤中的溶解氧(DO)往往会消耗殆尽，造成缺氧环境，而不利于好氧微生物的降解和转化作用。许多研究者[12-13]对微生物修复的最佳生态条件建议指出：在单因子实验条件下，氧代谢最适水平为溶解氧>0.2mg／L和10％最低空气填充孔隙空间，厌氧代谢最适水平包括O2。的体积百分数

3.电子供体

大量基质的降解需要有电子受体的充分供应。当被修复主体的溶氧耗尽时，必须采取人工供氧的办法以增加电子供体――氧气。此外，在紧急情况下也可向污染环境中投加双氧水，过氧化钙等产氧剂以及添加硝酸盐、硫酸盐类电子受体，它们都能暂时改变环境中的厌氧生境以发挥好氧微生物对污染物的氧化分解作用。

4.共代谢基质

微生物不能依靠某种有机物生长不一定意味着这种污染物能够抵抗微生物的攻击，因此当存在其他底物时，这种污染物就会通过共代谢(Cometabolism)作用而生物降解。所谓共代谢是指某些难降解的有机化合物，通过微生物的作用能被改变化学结构，但并不能被用作碳源和能源，微生物必须从其他底物获取大部或全部的碳源和能源。许多微生物都有共代谢的能力，各种各样的底物都可能被利用，其降解反应可能涉及除氧化作用外的各种反应。资料表明[9]，在厌氧条件下，DDT的降解过程也经受了共代谢作用过程，其共代谢转化产物可被好氧微生物降解。

三、微生物修复技术类型

原位修复不需要将土壤挖走，直接向污染土壤中投加N、P等营养物质和供氧。这种方法不仅操作简单、成本低、而且不破坏植物生长所需要的土壤环境，污染物氧化安全、无二次污染、处理效果好，是一种高效、经济和生态可承受的清洁技术。原位修复的主要方法有投菌法、生物通气法、生物培养法等。投菌法是直接向污染土壤中投入高效降解菌，同时提供微生物生长所需的营养。生物培养法是定期向土壤中投加过氧化氢和营养物，满足土壤微生物的代谢，将污染物充分矿化成二氧化碳和水。以上两种方法在生物修复中实际应用较多，尤其在重金属、石油、农药污染土壤的微生物修复方面已有一定的应用，但需要借人大量外源菌才能迅速开始生物降解。生物通气法是在污染的土壤上打上几口深井，安装鼓风机和抽真空机，将空气强行排人土壤中，然后抽出，土壤中的挥发性有机物就随之去除了。在通入空气时，加入一定量的氨气，可为土壤中的降解菌提供所需要的氮源，提高微生物的活性，增加去除效率。该方法可应用在石油污染的土壤上，为土壤中的微生物提供充足的电子受体，强化对石油污染物的氧化降解作用。

异位修复是把污染土壤挖出进行集中生物降解。它的方法主要有预制床法、堆制法及生物反应器法等。预制床法是在平台上铺上沙子和石子，将污染的土壤以15cm～30cm厚度平铺在上，并加入营养液和水，必要时加入表面活性剂，定期翻动充氧，以满足土壤微生物对氧的需求，处理过程中流出的渗滤液，即时回灌于土层上，以彻底清除污染物。该方法在PCP、杂酚油、石油、农药等污染土壤的修复中已获得了一些成功的案例。堆制法是将污染土壤与有机废弃物(如木屑、秸秆、树叶)、粪便等混合起来，使用机械或压力系统充氧，同时加入石灰以调节pH值，经过一段时间依靠堆肥过程中的微生物作用来降解土壤中有机污染物。生物反应器法是把污染的土壤移到生物反应器，加水混合成泥浆，调节适宜的pH值，同时加入一定量的营养物质和表面活性剂，底部鼓人空气充氧，满足微生物所需氧气的同时，使微生物与污染物充分接触，加速污染物的降解。该方法的修复效率较高，但它的处理成本也相对较高。

四、几种受污染土壤的微生物修复

1.受农药污染土壤的微生物修复

随着农业的发展，农民使用农药的量越来越多，由此而造成的危害也越来越大。据统计，中国每年使用50多万吨农药。这些农药主要包括杀虫剂、杀菌剂和除草剂等，多是有机氯、有机磷、有机氮、有机硫农药，这些农药对土壤硝化作用呼吸作用和固氮作用均会产生暂时的或永久性的影响，因为在施用农药时，不管采取什么方式大部分农药都会落入土壤中，同时附着在作物上的那一部分农药以及漂浮在空气中的农药也会因风吹落人土壤。另外，使用浸种、拌种等施药方式更是将农药直接混入到土壤中，所以，土壤中的农药污染是相当严重的，已引起土壤生产力和农产品质量的明显下降。实验证明，环境中农药的清除主要靠细菌、放线菌、真菌等微生物的作用。如DDT可被芽孢杆菌属、棒杆菌属、诺卡氏菌属等降解；五氯硝基苯可被链霉菌属，诺卡氏菌属等降解；敌百虫可被曲霉、青霉等降解。残留于土壤内的农药，经过种种复杂的转化、分解，最终将农药分解为二氧化碳和水。如果将土壤进行高压灭菌或采用抑菌剂处理，农药在土壤中的降解速度就会降低、甚至停止。研究表明，在未经消毒的土壤中，除草剂“敌草隆”的降解速度明显高于用熏蒸消毒的土壤。前者，6周内敌草隆降解近半；后者，仅降解1／10。微生物降解农药的方式有2种，一种是以农药作为唯一碳源和能源，或作为唯一的氮源物质，此类农药能很快被微生物降解，如除草剂一氟乐灵，它可作为曲霉属的唯一碳源，所以很易被分解；另一种是通过共代谢作用，共代谢指微生物利用营养基质的同时将污染物分解代谢成无害物质，从而达到降解目的。其具体表现为：(1)依靠环境提供营养物质。例如，只有在蛋白质类物质存在时，直肠梭菌才能降解666；(2)依靠其它微生物的协同作用。例如，链霉菌和节杆菌可协作降解农药二嗪农的嘧啶环，两菌单独存在则均不能作用；(3)需有诱导物存在。如，只有经正庚烷诱导后，铜绿假单胞菌才能产生羟基化酶，使链烷羟基化为相应的醇。再如，放线菌浅灰链霉菌在磺酰脲类除草剂存在的情况下，也可产生诱导性的共代谢，发生羟基化，去烷基化或去酯化反应。进一步对脱细胞提取液进行研究发现，放线菌浅灰链霉菌脱细胞提取液是依靠NAD(P)H进行磺酰脲类代谢，结果表明在浅灰链霉菌中存在着诱导性的、依赖细胞色素P。的磺酰脲代谢系统。在磺酰脲类除草剂存在下，放线菌浅灰链霉菌细胞中可溶性细胞色素P的量大大提高，这是由于一种主要的P4。形态出现，这种形态的P4在用除草剂处理过后，数量增加，而且水解酶活性也加强[14]。

2.受重金属污染土壤的微生物修复

随着工农业的迅速发展，每年有大量工业和城市垃圾作为有机肥进入农业土壤中。这些垃圾往往含有较多的重金属元素，如汞、铜、锌、镍、铅、铬等，这些金属离子作为微量元素是。生物代谢所必需的，然而超过一定浓度时，便会导致土壤微生物大量下降和活性降低，尤其对土壤中有益微生物如自生固氮菌等影响更为明显。所以，重金属污染已日益成为威胁人类健康的、影响人类生活质量的一种全球性的环境公害。重金属对人的毒性作用常与它的存在状态有密切的关系。一般地说，金属存在形式不同，其毒性作用也不同。微生物可以对土壤中的重金属进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，从而达到生物修复的目的。重金属污染土壤的微生物修复原理主要包括生物富集(如生物积累、生物吸着)和生物转化(如生物氧化还原、甲基化与去甲基化以及重金属的溶解和有机络合配位降解)。研究表明，许多微生物，包括细菌、真菌和藻类可以生物积累和生物吸着环境中的多种重金属。一些微生物，如动胶菌、蓝细菌、硫酸盐还原菌以及某些藻类，能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量的阴离子基团，与重金属离子形成络合物。如，Bargagli在Hg矿附近土壤中分离得到很多高级真菌，一些菌根种和所有腐殖质分解菌都能积累Hg达到100 mg／kg土壤干重。汞所造成的污染最早受到关注汞的微生物转化主要包括三个方面：无机汞的甲基化；无机汞还原成Hg-；甲基汞和其它有机汞化合物裂解并还原成Hg-。包括梭菌、脉孢菌假单胞菌等和许多真菌在内的微生物具有甲基化汞的能力。能使无机汞和有机汞转化为单质汞的微生物有铜绿假单胞菌、金黄色葡萄糖菌、大肠埃希氏菌等。微生物对其它重金属也具有转化能力，硒、铅锡、镉、砷、铝、镁、钯、金、铊也可以甲基化转化。还有研究表明，土壤中分布着多种可以使铬酸盐和重铬酸盐还原的微生物，如产碱菌属、芽孢杆菌属、棒杆菌属、肠杆菌属、假单胞菌属和微球菌属等，这些菌能将高毒性的Cr6+转化为低毒性的Cr3+[15]。

3.受石油污染土壤的微生物修复

烃类化合物包括烷烃、烯烃、炔烃、苯、甲苯、二甲苯等多种复杂芳香烃，是石油的主要组成成分，是重要的工业原料，同时又是燃料与能源。因为这些物质(尤其是多环芳烃)能够致癌、致基因突变、致畸，所以在石油的开采、运输、贮藏和加工过程中，由于意外事故或管理不当，排放到农田、地下水后，往往也会造成土壤的污染，影响土壤的通透性、降低土壤质量、阻碍植物根系的呼吸与吸收、破坏植被，从而直接影响人类的生产和生活。许多学者就石油污染物(尤其是烃类化合物)的微生物代谢机制进行了研究。从烃类污染土壤的生物处理系统中分离到的各类优势微生物均具有解脂酶活性，有解脂酶活性的菌株，就有降解石油烃的能力。添加优势真菌，可以提高生物处理烃类污染土壤的效果。在受烃类污染的土壤中，利用石油烃为碳源的细菌较多，真菌数量较少。细菌虽数量较多，但类群没有真菌丰富。细菌以革兰氏阴性杆菌为优势，其中以动胶菌属为主，其次是黄杆菌属，革兰氏阳性杆菌以芽孢杆菌为主。真菌以毛霉菌属，小克银汉菌属占优势，其次是镰刀菌属、青霉菌属、曲霉菌属，酵母菌属最弱。放线菌以链霉菌为优势[16-17]。真菌和细菌降解石油烃类化合物可形成具有不同立体构型的中间产物。真菌将石油烃类化合物降解成反式二醇，而细菌几乎总是将之降解为顺式二醇[18]。

4.矿山修复地的修复

矿山废弃地是指在采矿活动中所破坏的未经一定处理而尢法使用的土地。十壤结构破坏，养分流失，植被丧失是矿山废弃地的共同特征，尾矿厂的废渣、酸性废水及矸石堆自然产生的大气污染是周围环境的严重污染源，因此对矿山废弃地进行土壤改良和生态恢复就显得十分重要[19]。在废弃地系统中，植物可利形态的氮素来源干有机质的分解、土壤中氮微生物的固氮作用以及降雨中的NO3和NH3。束文圣等的研究表明根瘤菌对锌的耐性最大，其ECl0值和EC50 (Effective concentraiton to reduce by l0％and50％)最高，分别超过300 mg／L和600 mg／L[20]。

矿藏开采、冶炼厂等使用后的土地的复垦与再利用一直比较困难，闪为这类土地不但污染严重，而且土壤的团粒结构和理化性质都发生了很大变化，根本不适于作物生长。但菌根可在修复该类土壤中发挥特殊作用。NoydRK等把菌根真菌根内球囊霉(Glomusintraradices)；匠明球囊霉(Glomusclaroideum)接种到牧草，成功地恢复了矿渣地的植被，达到了修复和复垦的目的。韩桂云等在霍林河露天煤矿脆弱生态地带的生态修复中，应用菌根生物技术，发现供试的菌根菌剂中OIOA和B菌剂对贫瘠和渗透率低的土壤条件表现出较强的调控能力。泥岩氯化对其理化条件虽能有所改善，但氯和磷聚集使幼成活时间甚短[21]。

五、结语与展望

从目前来看，微生物修复是最具发展和应用前景的生物修复技术，人们在微生物材料、降解途径以及修复技术研发等方面取得了一定的研究进展，并展示了一些成功的修复案例。但是针对复杂的污染土壤生态系统，每种微生物修复技术不仅要克服自身原有的不足，而且还需要进一步认识和解决在修复过程中出现的新现象和新问题。如：引入外源微生物的条件与原则问题；生物修复过程中微生物的适应性机制与影响因素的研究问题；有机污染物降解过程中的次生污染物问题等。还有，今后还需在以下几个方面展开深入研究：如，继续筛选和驯化新的降解菌株；进一步解析典型污染物降解基因的结构、功能与调控机制，阐明降解过程的分子生物学机理；解决复合污染土壤的修复问题；利用土地翻耕、农艺措施、添加物质、高效微生物、植物修复、季节更替等创造现场的修复条件构建出一套合理可行的污染土壤田问修复工程技术等等。总之，相信随着科学的发展，大规模利用微生物降解土壤污染物、治理环境污染不久将会成为现实。

参考文献：

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农药在土壤中的降解途径范文第4篇

关键词：环保工程；生物技术；应用；处理

中图分类号： O434 文献标识码： A

一、在环保工程中运用生物技术的优点

垃圾废弃物是一种较为常见的污染物，我们利用生物技术对其进行处理，能够让其分子结构改变，生物能对发生降解的各种产物和副产物进行重新利用，从而使环境污染程度得到降低，同时也将这些废弃物进行转化，变为可利用资源。

污染物经过发酵工程技术处理后，其最终转化物大部分是甲烷气体、氮气、水、CO2等稳定物质，处理的过程是直接处理的，减少转移的次数，降低重复污染的发生，因此，生物技术能够安全、有效的治理环境污染。

在利用酶促反应处理污染物的过程中，用到的酶是一种活性蛋白质，在常温常压和中性条件下进行的，这就使得大多数的生物技术可以快速的在现场进行。它具有一定的优点：第一，操作比较简单；第二，成本比较低；第三，发生反应的条件比较简单；第四，反应过程较为稳定；第五，效果比较好。这些方面的优点使生物技术得以在环保工程中进行普遍应用。

二、生物技术在环保工程中的运用

1、生物膜法处理废气方式

生物膜法的处理原理：在对气体与液体的扩散时，需要将空气中的化学物质进行有效的转换，需要将气化的物质转变成液化的物质，而其中的媒介主要以填料气为主。在固体与液体进行扩散的过程中，需要对其中的化学物质进行改变，将其由液体的方式变成出现在填料表层的物质，这种废气处理法我们称之为生物膜法。之后再生物进行氧化反应的时候，出现在填料表层的生物膜需要将与净化的空气进行化学反应，与此同时还会进行相应的营养物质转化。

具体的处理流程：首先，相关工作人员需要将臭气从通风管中抽进洗塔，在洗塔中对气体进行处理，并且对空气进行加湿处理。之后再将臭气抽入生物过滤塔，借由微生物的净化能力对气体进行进化，微生物所净化的物质就是空气中存在的有害物质。之后再将已经净化的空气使用风机进行排空。

微生物的生长需要一个相对稳定的环境。首先，在洗涤泵中需要提供充足的水源，之后将水从洗涤塔的顶部喷出，使得水与经过洗涤的污染物一同流入到储水箱中，以便对水资源进行循环利用。第二，通过喷淋泵为微生物提供必要的干净水源，在过滤塔中，空气与液体得到了充分的逆时针流动，为微生物提供了必要的生长养分，以促进微生物的更好生长，此外还需要为微生物提供一些必要的养分，这就要求相关工作人员定期在储水池中投入一些营养液。

2、生物修复污染土壤

对土壤造成的污染主要是重金属，我们用生物技术对其修复。主要是利用生物作用将重金属进行净化，降低其毒性。由于生物的作用，在土壤中，重金属的具体化学形态得到了改变，毒性降低，因此不能在土壤中进行移动扩散，生物的吸收以及代谢使重金属得到了消减以及净化和固定。同时在污染土壤的生物修复过程中，使得土壤有机质的含量增加，微生物变得更有活性，土壤的生态结构得到改善，能够抵抗外部因素的侵蚀，防止水土流失，沙漠化的发生。

3、废水的生物净化

生物技术处理废水具体方法是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化，从而使废水达到净化的目的。根据水体自净的原则，利用微生物的催化作用和代谢活性，好氧或厌氧分解和转化污水中的污染物后，配合物理、化学方法使污水得到净化。研究证实，活性污泥法与生物膜法是目前应用最广的污水处理技术。自活性污泥于1912年在英国试验成功并投入使用以来，废水生物处理方法已经走过了百年历程。而随着水污染状况的不断恶化，随着高新技术的不断发展，环境对我们提出了更高的要求。而生物-生态修复技术是一种新兴的废水处理生物技术。

所谓生物膜法，它是一种借助某些固体物表面的生物膜（或附着的微生物）来实现有机污水处理的生物技术。污水处理生物膜法的工作原理为：生物膜把附着在水层的有机物吸附牢固有机物经好气层的好气菌被分解有机物流入厌气层有机物经厌气被分解流动水层冲掉老化的生物膜新的生物膜生长出来污水净化完成。总体而言，污水处理生物膜法具备如下优越性：对水质变动、水量变动、水温变动具有极强的适应性；污水处理效果相当理想，同时具备极强的硝化功能；污泥量较活性污泥法小25%，同时极易实现固液分离；动力费用较低。所谓生物-生态修复技术，它是一种以植物与微生物等生命活动为载体，以转移转化降解水中污染物为实现过程，以净化水体、创造满足生物生息的环境、重建和恢复水生生态系统为最终目的的生物技术。总体而言，生物-生态修复技术具备诸多优越性，比如工程造价低廉、运行成本低、处理效果好、耗能低、无需向水体投放药剂、可与景观及绿化环境有效结合等，其目前已被认定为水体富营养化治理与水体污染治理的发展方向。

4、消除化学农药污染

使用化学农药进行杀虫，农药杀虫剂大部分会残留在土壤中，经生态系统的循环会积累毒害。近年来，使用生物技术降解农药残留，消除农药对环境的污染受到了人们的广泛的关注。基因工程技术的运用原理是：一些微生物能够对农药进行降解，这项技术对这些微生物做改造，将它们的生化反应途径进行改变，从而实现较好的降解以及消毒的效果，从而避免各种负面效应的产生。所以，要对生物农药进行推广。生物体自身经过代谢活动之后，会产生一些物质，这些物质不仅能除杂草，还能避免各种病虫害的发生。

5、有机固体废弃物的生物处理

有机固体废弃物是一种含水率

6、消除白色污染

废弃塑料长时间化解不了，严重污染了环境。就目前情况来看，我国有着比较多的废弃塑料，它们在土壤中残存，会对作物产量造成极大的影响，同时也影响了我国的生态环境。因此，要采取各种有效措施对白色污染进行治理。利用生物技术降解塑料的研究得到了人们的广泛认可。主要的原理是：挑选出能够对塑料进行降解的相关微生物，对它们进行改造，将其制作成相应的降解菌，另外还能将克隆降解基因分离出来，这样之后，在微生物中导入这种基因，从而在一定条件作用下使废弃塑料得到快速的降解。

结束语

众所周知，生态环境是实现人类生存与发展的必要条件，但因受到社会经济与人口压力的影响，我国生态环境呈现出急剧恶化的趋势，其中“废气、废水、固体废弃物”污染已经成为制约人类社会进步的致命因素。由此可见，把生物技术引入环保工程领域，切实提高我国环境保护与环境治理力度意义重大。

参考文献

[1]米红霞.试析生物技术在环保工程中的运用[J].资源节约与环保，2014，09：139.

[2]韩涛.农业种植中生物技术的推广及应用[J].农民致富之友，2014，18：160.

农药在土壤中的降解途径范文第5篇

在现代农业中，主要是通过使用人工合成的有机农药进行病虫害防治，这对于不断增长粮食和果蔬生产无疑是作用巨大。但如果使用不当，就会污染环境，人类遭受农药的危害大多是通过进食被农药污染的食品造成的。

化学农药的重要危害是化学农药在粮食和果蔬上未完全降解的残留物对人畜的直接毒害，食用农药残留特别是有机磷农药残留严重超标的粮食和果蔬，会直接危及人体的神经系统和肝肾等重要器官，甚至引起急性中毒而致死。长期食用受污染的粮食、果蔬，残留农药在人体内蓄积到一定程度后，会导致一些慢性疾病，如癌症、动脉硬化、心血管病、胎儿畸形、死胎、早夭、早衰等疾病。

一、农药残留

农药残留问题是随着农药大量生产和广泛使用而产生的。到目前为止，世界上化学农药年产量近200万吨，约有1000多种人工合成化合物被用作杀虫剂、杀菌剂、杀藻剂、除虫剂、落叶剂。这些农药的大量施用，造成一些农药污染问题，对人体健康形成了威胁。

目前使用的农药，有些在较短时间内可以通过生物降解成为无害物质，而一些有机氯类农药却难以降解，是残留性强的农药。农药可能进入粮食、蔬菜、水果、鱼、虾、肉、蛋、奶中，造成食物污染，危害人的健康。

粮食、果蔬农药残留超标，人在农药中毒后会出现头晕、头痛、腹痛、食欲减退、视觉模糊、恶心、呕吐、多汗等症状，重度中毒者还会出现胸部有挤压感、肌肉颤抖等，严重的可出现脉博、呼吸加快及潜质昏迷症状。同时残留农药在人体内蓄积，超过一限度后会导致一些慢性疾病。

二、农药残留和污染

各类农药并非都有残留毒性问题，同一类型不同品种的农药对环境的危害也不一样。农药的不同加工形式对农药在作物表面上的铺展和覆盖能力，对喷出的药液（或药粉）能否稳定地粘着在作物表面上，以及对农药能否穿透植物表面角质层又不致很快散失等都会产生影响，从而使农药对作物污染的程度产生差异。此外，农药的不同剂型在土壤中流失、渗漏和吸附的物理性质并不相同，因而它们在土壤中的残留能力也有差异。

农药污染主要是有机氯农药污染、有机磷农药污染和有机氮农药污染。人从环境中摄入农药主要是通过饮食。植物性食品中含有农药的原因，一是药剂的直接沾污，农作物直接使用农药制剂后，渗透性农药主要粘附在粮食、果蔬等作物表面，内吸性农药可进入农作物体内，使作物产生药物残留。粮食、果蔬等食品储藏期间为防止虫害，抑制成长而使用农药也可能造成农药残留。二是环境中农药残留被一些生物摄取或通过其他方式吸入后累计于体内，造成农药的高浓度储存，再通过食物链转移至另一生物，经过食物链的逐级富集后，若食用该类生物性食品，通过食物链和生物浓缩可使生物体内的农药残留提高至几千倍，甚至几万倍，进而影响人体健康。

三、农药污染的广泛性

为了防治植物病虫害，全球每年有几百万吨化学农药被喷洒到自然环境中。每年使用的农药，实际发挥效能的仅很少，大部分都散逸于土壤、空气及水体之中。环境中的农药在气象条件及生物作用下，在各环境要素间循环，造成农药在环境中重新分布，使其污染范围极大扩散，致使大气、水体、土壤和生物体内都含有农药及其残留。我国是世界农药生产和使用大国，且以使用杀虫剂为主，致使不少地区土壤、水体及粮食、蔬菜、水果中农药的残留量大大超过国家安全标准，对环境、生物及人体健康构成了严重威胁。

四、农药分类及危害

所谓农药是指在农作物生产、贮藏、运输、销售及加工过程中，用于防止有害生物和调节植物生长的药物。目前，实际生产和使用的农药品种上千种，绝大多数为化学合成药物，大体分为两类。

（一）有机农药

可分为有机磷农药、有机氯农药、有机氮农药、有机硫农药、有机金属农药，以及含硝基、酰胺、腈基、均三氮苯等基团的有机农药。我国使用的有机氯农药主要是六六六和 DDT。这些化合物性质稳定，在土壤中降解一半所需的时间为几年甚至十几年。它们可随径流进入水体，随大气飘移至世界各地，然后又随雨雪降到地面。

（二）无机农药

无机农药应用的品种已经很少。在一些地区使用的无机农药主要是含汞杀菌剂和含砷农药。汞制剂一般性质稳定，毒性较大，在土壤和生物体内残留问题严重，目前我国及许多国家已禁止使用。亚砷酸类化合物对植物毒性大，曾被用作毒饵以防治地下害虫。，但因防治面窄、药效低等原因，而被有机杀虫剂所取代。

五、减少粮食和果蔬农药残留的有效途径

（一）加强管理，健全和完善农药使用标准

为确保广大消费者吃上放心食品，呼吁有关部门实施流通领域食品准入制度，由有关部门采取监督和抽查的方式对粮店、蔬菜、水果批发市场，售前是否存在农药残留量进行检测。

（二）限制高毒性、高残留农药的使用范围

由于新陈代谢和人体自身所具有的免疫力，一般食用了有农药残留的粮食、果蔬，不会立即有反映，但如果食用了“甲胺磷”、“1059”等禁用剧毒农药的粮食和果蔬，人体内硝酸盐就会变成亚硝酸盐，成为致癌物质，这种积累性中毒对人体危害极大，这种农药严禁使用。

（三）提倡使用无公害农药

逐渐淘汰传统剧毒农药，使用高效、无毒、无残留、无污染的无公害农药，从根本上杜绝农药残留，保障食品的安全性。

（四）采取科学方法去除粮食、果蔬中的农药残留