一种氨基酸有机肥降解稻米农药残留的研究
2017-11-10姜心禄李旭毅池忠志吴茂力郑家国
姜心禄, 李旭毅, 池忠志, 吴茂力, 陈 莉, 郑家国,*
(1.四川省农业科学院 作物研究所, 四川 成都 610066; 2.四川省德阳市水稻专家大院, 四川 广汉 618300;3.四川省原子能研究院, 四川 成都 610101; 4.成都尚食农业科技有限公司, 四川 成都 610051)
一种氨基酸有机肥降解稻米农药残留的研究
姜心禄1,2, 李旭毅1,2, 池忠志1,2, 吴茂力3, 陈 莉4, 郑家国1,2,*
(1.四川省农业科学院 作物研究所, 四川 成都 610066; 2.四川省德阳市水稻专家大院, 四川 广汉 618300;3.四川省原子能研究院, 四川 成都 610101; 4.成都尚食农业科技有限公司, 四川 成都 610051)
为寻找一种有效降解稻米农药残留的方法以集成稻米的安全生产技术,以当地主导优质水稻为试材,通过引进的一种氨基酸有机肥,研究其施用对促进稻米农药残留降解的影响。结果表明,该氨基酸有机肥在水稻生产中于水稻返青期、抽穗前5 d平均分两次,每次4 500 mL·hm-2,100倍兑水稀释后喷施,总用量9 000 mL·hm-2能实现农药残留未检出;品种差异而言,德优4727、川优6203生产中总用量为5 400 mL·hm-2(每次2 700 mL·hm-2,167倍兑水稀释后喷施)时即能实现农药残留未检出;而宜香优2115、F优498生产中施用量需要达到9 000 mL·hm-2(每次4 500 mL·hm-2,100倍兑水稀释后喷施)时才能实现农药残留未检出。因此,该有机肥能够有效促进稻米中农药残留降解,可用于优质稻生产中降解农药残留。
氨基酸有机肥; 农药残留; 降解; 安全生产
农药在农业生产的保障和病虫害的防治方面发挥着重要作用。然而,由于农药的使用,也给农产品、植株体、农田生长环境带来了直接和间接的污染和危害,进而危害人们健康。目前,我国的农药使用量超过3.0×106t,是世界平均水平的2倍[1],以农药防治为主要防治手段的面积超过3×109hm2。主要农产品的农药残留超标率超过20%。主要农产品特别是人畜食用的农产品的农药残留的危害,已经给人畜的生存造成了日益严重的危害[2-6]。消除农药污染、提高农产品安全性,受到社会各界极大关注。
尽管化学农药在很长时间内仍是不可缺少的,但因其自然消解速度慢,无法满足人们日益增长的安全需求。因此,开发农药残留降解技术是亟待解决的问题。从国家发展层面,国家发布了一批禁用和限用农药目录,促进了生物农药或植物源农药的快速发展[7-8]。同时,农药增效剂的成功研发,有效地提高了农药的药效,因而可以降低农药施用量[9-11]。通过健身栽培、物理诱杀、稻鸭共育等绿色生物综合防控措施,也能一定程度降低农药使用量[12-14]。
研究表明,通过物理、化学、生物等手段,可以促进农药降解[15-21]。针对农药成分进行分解的研究中,利用多种微生物生产有机肥、利用多种生物酶制剂进行分解转化、利用渗透剂黏着剂提高农药效果从而降低农药使用量成为3种最具有代表性的方法。其中微生物或酶学方法具有无毒、无二次污染的特点,是近几年研究的重要方向。筛选高效降解菌,提取其粗降解酶液,优化粗酶液制剂配方,开发用于农产品尤其是果蔬农药残留降解的酶制剂,取得良好效果[22-24]。近年来,由多种特定菌种或近似酶开发的新型生物有机肥、多微生物集合的菌肥等,兼具提高作物品质和抗性、修复改良土壤、促进农药残留降解等“肥药合一”功效,成为发展有机农业的重要手段[25-27]。在水稻生产方面,利用农药增效剂以减少农药使用量用于安全生态稻米生产的报道相对较多,但利用生物酶制剂、微生物有机肥进行生物降解技术进行水稻安全生产对稻米农药残留降解效果、施用方法等鲜有报道。2014—2016年,我们在四川省广汉市、崇州市,通过施用一种氨基酸有机肥,对农药残留降解效果进行了研究,以期为水稻安全生产提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
氨基酸有机肥,由威海市战氏生物转换酶制剂有限公司生产提供,登记名:一种氨基酸有机肥。
试验的水稻品种为宜香优2115、德优4727、川优6203、F优498等4个四川省代表性的主推品种。
1.2 试验设计
1.2.1施用时期试验
试验采用主裂区设计,主处理(A)为该有机肥的使用时期。A1,返青;A2,抽穗;A3,灌浆;A4,对照组;A5,返青+抽穗;A6,返青+灌浆;A7,抽穗+灌浆;A8,返青+抽穗+灌浆。副处理(B)为水稻品种,B1,宜香2115;B3,川优6203。该有机肥的施用量按照每次900 mL·hm-2,500倍稀释后喷施叶面,对照组每次喷施清水,重复4次,小区面积15 m2。
试验于2014和2015年在分别四川现代农业产业(广汉)示范区(四川省广汉市连山镇锦花村一组)、崇州市隆兴镇黎坝村(成都市10万亩粮经高产高效示范区)按同一方案进行。其中,广汉基地试验田前作小麦,沙壤土质,前作小麦5月11日收获。试验于4月13日播种,5月24日移栽,移栽规格16.67 cm×30 cm(株距×行距)。崇州基地试验田前作小麦,沙壤土质,前作小麦5月9日收获。肥水管理同当地大田生产。全程农药施用按照当地生产中病虫害发生情况以农药施用的标准用量施用,主要为三唑磷、毒死蜱、噻虫嗪、三环唑、丙环唑。
1.2.2施用量试验
试验采用主裂区设计,在水稻生长抽穗前5 d、齐穗后5 d按照该氨基酸有机肥使用量平均分两次,每次兑水450 kg稀释后均匀喷施叶面。主处理(C)为有机肥的施用量。C1,施用量9 000 mL·hm-2(每次4 500 mL·hm-2,100倍稀释后喷施);C2,施用量5 400 mL·hm-2(每次2 700 mL·hm-2,167倍稀释后喷施);C3,施用量2 700 mL·hm-2(每次1 350 mL·hm-2,333倍稀释后喷施);C4,对照组,每次喷施清水。副处理(B)为水稻品种。B1,宜香优2115;B2,德优4727;B3,川优6203;B4,F优498,重复4次,小区面积15 m2。
试验于2015年和2016年在崇州市隆兴镇黎坝村按同一方案进行。试验田前作小麦,沙壤土质,前作小麦5月11日收获。试验于4月10日播种,5月25日移栽,移栽规格16.67 cm×30 cm(株距×行距)。肥水管理同当地大田生产。全程农药施用按照当地生产中病虫害发生情况以农药施用的标准用量施用,主要为三唑磷、毒死蜱、噻虫嗪、三环唑、丙环唑。
1.3 数据处理
试验记载水稻生产的播种期、移栽期、齐穗期、收获期。试验收获时记载产量。稻谷晒干后15日,每区取稻谷样本碾米,取精米600 g送诺安实力可商品检验(青岛)有限公司依据GB 2763—2014采用气相色谱或液相色谱法对稻米的农药残留进行全扫描检测。根据GB 2763—2014对各项指标的要求,对低于限制值的标示为未检出(N),高于限制值的标识为检出(Y)。
施用时期试验,试验数据和分析测试结果两年均较接近,本文以2014年广汉基地试验数据为例进行分析。
施用量试验,试验数据和分析测试结果两年接近,本文以2016年试验数据为例进行分析。
2 结果与分析
2.1 施用方式对稻米农药残留的影响
该有机肥不同施用时期对稻米农药残留的影响见表1。
由表1可知,不同时期施用1次的处理A1、A2、A3测试结果中,4次重复的样本有3次甚至4次重复的样本都有农药残留检出。但组合使用,使用2次的处理,A5、A6、A7中,有1次重复的样本没有农药残留检出。使用3次的处理A8有2次重复的样本没有农药残留检出。说明使用量和次数的增加,提高了稻米中农药残留的降解效果。
表1 不同施用时期对稻米农药残留的影响
A1,返青;A2,抽穗;A3,灌浆;A4,对照组;A5,返青+抽穗;A6,返青+灌浆;A7,抽穗+灌浆;A8,返青+抽穗+灌浆;B1,宜香优2115,B3,川优6203。
试验比较了2个水稻品种的应用情况,比较表明,宜香优2115、川优6203两品种的农药残留降解效应虽然存在一定的差异,且趋势一致,均表现为处理3次的效果好于2次的。分析发现处理2次的精米检出杀虫剂3种、杀菌剂4种;处理3次的精米检出杀虫剂1种、杀菌剂1种,而只使用1次的效果较差。
试验2个水稻品种的4次重复且分别在广汉、崇州两地的检测结果高度一致。但是,对于农药残留的降低都没有达到较好的效果。在使用2次、3次的处理中,均有1~2个样本农药残留未检出。分析认为,这可能与该有机肥使用量不够有关。因此,增加使用量,成为该有机肥降解农药残留效果的关键。
综合分析认为,使用时期以返青+抽穗期、返青+灌浆、返青+抽穗+灌浆期施用,降低农药残留的效果比只使用1次好。同时,从使用时期和农事操作的实际出发认为,返青期结合二化螟防治,抽穗前结合纹枯病、稻瘟病、二化螟防治等的农事操作进行施用,既可以和生产的农事操作结合,又可以减少一次施肥,节本不减效。
此外,2个品种稻米的差异虽然存在,但由于农药残留降解的效应没有达到理想的要求,较难区别品种间的差异。因而还需要在加大使用量的情况下进一步研究。
2.2 施用方式对杀虫剂和杀菌剂残留的影响
该有机肥不同施用方式对三唑磷(杀虫剂)、毒死蜱(杀虫剂)、丙环唑(杀菌剂)、腐霉利(杀虫剂、杀菌剂)、多效唑(杀菌剂)、噻虫嗪(杀虫剂)等不同常用农药类型残留进行检测,检出结果见表2。
表2 农药残留检出的药剂分析
A1,返青;A2,抽穗;A3,灌浆;A4,对照组;A5,返青+抽穗;A6,返青+灌浆;A7,抽穗+灌浆;A8,返青+抽穗+灌浆;B1,宜香优2115;B2,德优4727;B3,川优6203;B4,F优498。
由表2可知,施用该有机肥后,稻米中农药残留检出的杀虫剂极少,而杀菌剂检出的比杀虫剂多。因此,该有机肥对杀虫剂的降解效果较好,杀菌剂的降解效果次之。
三唑磷、毒死蜱、噻虫嗪少有检出,但腐霉利多检出。杀菌剂中,丙环唑多检出,且多数样本中残留量超过0.05 mg·kg-1。分析认为,这可能与该有机肥添加多种酶有关。有研究表明,酶作用于农药,经过一系列生理生化反应,可将农药完全降解或分解成分子量较小的无毒或毒性较小的化合物[28-29]。因此,通过集成添加多种具有类似作用且不拮抗的酶,在共同的作用下,可以实现农药的降解。而试验中丙环唑超标,这可能与丙环唑使用时间较晚有关,试验中由于天气和病害发生原因,使用丙环唑18 d后试验即收获。
2.3 施用量对稻米农药残留的影响
该有机肥不同施用量对4个品种稻米农药残留降解的效应影响见表3。
表3 不同施用量对4个品种稻米农药残留降解的效应比较
施用时间为水稻抽穗前5 d、齐穗后5 d,按用量平均分两次,每次兑水稀释后均匀喷施。对照组喷施清水。施用量9 000 mL·hm-2,每次用4 500 mL·hm-2,100倍兑水稀释;施用量5 400 mL·hm-2,每次用2 700 mL·hm-2,167倍兑水稀释;施用量2 700 mL·hm-2,每次用1 350 mL·hm-2,333倍兑水稀释。
由表3可以看出,该有机肥使用量达到9 000 mL·hm-2时,4个稻米品种4次重复的样本的农药残留检测,全部没有检出。随着使用量的降低,农药残留降解的效果降低。如果使用量降低到5 400mL·hm-2,参试品种中有2个品种有1次重复有农药残留检出。使用量降低到2 700 mL·hm-2时,参试品种均有农药残留检出。从安全生产的角度出发,我们认为9 000 mL·hm-2的总施用量是合理的选择。
2.4 对不同水稻品种农药残留降解效果的差异
该有机肥对不同稻米品种农药残留效应影响见表4。
由表4可知,使用量需要达到9 000 mL·hm-2时,所有品种稻米农药残留未检出。但随着使用量的降低,一些品种稻米农药残留检出,表明该有机肥对不同水稻品种降解效果存在差异。具体表现为:德优4727、川优6203在用量达到5 400 mL·hm-2时,农药残留未检出;随着施用量降低,有农药残留检出。而宜香优2115、F优498的使用量需要达到9 000 mL·hm-2时,才能实现农药残留未检出。这可能与不同水稻品种基因型不同导致对农药吸收利用不同有关。
3 讨论与结论
3.1 结果讨论
3.1.1有机肥对农药残留降解的作用
农药的类型和成分多样,降解农药残留是一项复杂的工程。前人采用增效剂减少农药使用只是降低农药残留的一种手段。而通过物理防治、生物防施用时间为水稻抽穗前5 d、齐穗后5 d使用,按用量平均分两次,兑水稀释后均匀喷施。对照组喷施清水。施用量9 000 mL·hm-2,每次用4 500 mL·hm-2,100倍兑水稀释;施用量5 400 mL·hm-2,每次用2 700 mL·hm-2,167倍兑水稀释;施用量2 700 mL·hm-2,每次用1 350 mL·hm-2,333倍兑水稀释。
表4 不同品种使用酶制剂后的农药残留检出情况比较
治的方法从根本上减少农药使用,也是一种安全生产的方法。但是,从当前农业生产环境和不可预测的气象因子造成的病虫害发生来讲,农药的防治还不可避免。因此,农药残留降解还需从更多的技术途径进行研究,以实现降解农药残留、增产、抗逆等多用途的利用。
本试验选用的氨基酸有机肥,是威海市战氏生物转换酶制剂有限公司通过固定化酶技术使农药降解酶固定化制成特定的战氏生物转换酶进而开发的一种氨基酸有机肥。本研究表明,在水稻生产过程中施用这一新型有机肥,可以有效降解三唑磷、毒死蜱、噻虫嗪等常用农药残留,丁杰、左常睿、刘智等的研究有类似报道[24,30-32]。需要指出的是,2014年我们采用该产品介绍的使用量和使用方法,没有达到较好的降解农药残留的效果,后来调整使用量和方法的研究收到了较理想的效果,为该有机肥的推广使用提供了依据。
3.1.2对不同农药降解效果的差异
有关降解农药的研究中,梁春红等[33]研究表明,不同类型农药最佳降解方法不同。本研究也表明不同农药对酶制剂的降解响应不一致。有机磷农药有着类似的结构,降解酶通过裂解P—O键、C—P键P—S键来降解有机磷农药,一种有机磷农药降解酶往往可降解多种有机磷农药。本研究中三唑磷、毒死蜱、噻虫嗪等有机磷类农药少有检出,这与前人的研究结果是一致的[21-22],但对杀菌剂丙环唑的降残效果不明显,而对于腐霉利等杀菌剂的降解作用机理和产品改良也有待进一步研究印证。
此外,由于丙环唑施用时间较晚,在多个处理中均有检出,这与农药在环境中受生物或化学、物理等因素的影响,自身分子结构遭受破坏而消解有关,与严玉娟等[16]研究结果一致,生产实际中要注意控制农药施用时间。
3.1.3对不同水稻品种农药降解效果有差异
施用时期试验结果表明,当该有机肥施用量较小时,不同水稻品种农药降解效应差异较小,仅表现为具有促进降解效果。而施用量的试验结果表明:使用量需要达到9 000 mL·hm-2时,所有品种稻米农药残留未检出;但随着使用量的降低,一些稻米农药残留检出,且不同品种间存在差异。具体表现为:德优4727、川优6203在用量达到5 400 mL·hm-2时,农药残留未检出,随着施用量降低,即有农药残留检出;而宜香优2115、F优498的使用量需要达到9 000 mL·hm-2时,才能达到农药残留未检出。这可能与不同水稻品种的基因型有关,抑或与品种根系生长类型有关。
3.2 试验结论
随着食品安全问题的日益严峻,人们越来越关注农产品农药残留问题。面对农药在很长一段时间仍不可替代的客观现实,采取切实可行的农药残留降解农艺手段集成水稻安全生产技术是切实可行的选择。本研究表明,该氨基有机肥对促进农药残留降解效果明显。结合试验结果,综合考虑可操作性、生产成本和安全需求,我们认为:该氨基酸有机肥在水稻返青期、抽穗前5 d平均分两次施用,每次用4 500 mL·hm-2,100倍兑水稀释后喷施叶面,能实现农药残留未检出。因此,该技术可以作为生产达到国家标准的生态、安全稻米的农药残留控制技术措施。
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StudyonDegradationofRicePesticideResiduesbyanAminoAcidOrganicFertilizer
JIANG Xinlu1,2, LI Xuyi1,2, CHI Zhongzhi1,2, WU Maoli3, CHEN Li4, ZHENG Jiaguo1,2,*
(1.InstituteofCropScience,SichuanAcademyofAgriculturalSciences,Chengdu610066,China;2.CourtyardofRiceExpertsinDeyangCity,Guanghan618300,China;3.SichuanInstituteofAtomicEnergy,Chengdu610101,China;4.ChengduShangshiAgriculturalScienceandTechnologyCoLtd,Chengdu610051,China)
The aim of this study was to explore an approach to effectively degrade rice pesticide residue and integrate technologies concerning safety rice production. Using local leading rice varieties as test materials, effects of degradation on rice pesticide residues through the use of amino acid organic fertilizer were researched. The organic fertilizer was sprayed on leaves in seedling establishment period and five days prior to heading stage, respectively, with concentration diluted from 9 000 mL·hm-2to 4 500 mL·hm-2by adding 450 kg water each time. In terms of rice varieties, when the use dosage was above 5 400 mL·hm-2by adding 450 kg water each time, the pesticide residues could not be detected in Deyou 4727 and Chuanyou 6203,When the use dosage was above 9 000 mL·hm-2by adding 450 kg water each time, the pesticide residues could not be detected in Yixiangyou 2115 and Fyou 498. The application of the organic fertilizer can effectively promote the degradation of rice pesticide residues.
animo acid organic fertilizer; pesticide residue; degradation; safety production
10.3969/j.issn.2095-6002.2017.05.014
2095-6002(2017)05-0084-07
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JIANG Xinlu, LI Xuyi, CHI Zhongzhi, et al. Study on degradation of rice pesticide residues by an amino acid organic fertilizer[J]. Journal of Food Science and Technology, 2017,35(5):84-90.
TS210.2
A
2017-04-27
四川省科技厅应用基础项目(2014JY0252); 成都市科技惠民项目(2015-HM01-00002-SF)。
姜心禄,男,高级农艺师,主要从事水稻耕作栽培与种植方面的研究;
*郑家国,男,研究员,主要从事水稻耕作栽培与种植方面的研究,通信作者。
(责任编辑:李 宁)