近日，中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所農(nóng)藥應用風險控制創(chuàng)新團隊圍繞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提供了理論依據(jù)與技術支撐。
氟啶草酮是僅登記于我國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)物及潛在藥害風險認識不足。
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模擬技術，系統(tǒng)解析了氟啶草酮在農(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，導致光合作用受損造成的毒性效應，表現(xiàn)出“隱性”藥害風險。研究結(jié)果強調(diào)了除草劑土壤轉(zhuǎn)化產(chǎn)物納入環(huán)境風險評估及植物安全性評價的必要性。
在此基礎上，團隊進一步解析了生物炭強化吸附并促進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，進一步揭示了其土壤微生物為主要貢獻。
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)，并為其實際應用提供了優(yōu)化策略。
中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所副研究員吳遲為第一作者，中比聯(lián)培博士生陳風為共同一作，該所研究員劉新剛為通訊作者。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.139252
https://doi.org/10.1007/s42773-025-00469-9
