农业生产是保障人类生存的重要活动。当今社会,农业生产已经离不开农药的使用,全球农药的使用量逐年攀升。而农药的使用在保障农作物的安全和产量的同时,也会在自然环境中造成农药残留,一些稳定的、难降解的农药的残留对生态环境会造成不利的影响。三嗪类除草剂是在世界范围内广泛使用了几十年的一类除草剂。至今,它们的使用量仍占全球农药使用量的2.3%。这类农药具有很强的化学稳定性,容易造成土壤、水体中的残留。近些年很多研究者在环境样品、动物体内、甚至人体中频繁检测到了它们。三嗪类除草剂已经被证明是一类致癌物质和环境内分泌干扰物质,部分商品在欧盟已经被禁用,而在我国仍然被生产和使用,所以对于它们环境中的残留和降解行为,很值得我们进行研究。本论文研究了三嗪类除草剂扑灭津(propazine)在天然土壤中的降解行为,结果显示扑灭津可快速降解,探究其快速降解的原因,发现土壤中含有相关三嗪类除草剂相关降解菌。采用化学和生物学分析方法,对土壤中扑灭津的微生物动态降解行为进行了较为系统的研究,包括微生物量、土壤酶、微生物群落结构及多样性、三嗪类除草剂的降解基因、扑灭津降解产物鉴定和定量分析等。进而筛选驯化得到了新型扑灭津降解菌群Agr-B,该降解菌群可以利用扑灭津作为唯一的碳源和氮源。利用16S rDNA宏基因组测序鉴定了扑灭津降解菌群的组成,并研究了扑灭津被其降解的降解动力学。另外,鉴定了 Agr-B降解扑灭津的代谢产物。利用Agr-B对不同土壤样品进行生物添加实验,考察Agr-B对不同土壤中残留扑灭津的降解能力,研究不同环境因素对Agr-B降解扑灭津的影响以及微生物体系对其他三嗪类除草剂的降解效果。监测农药的降解动态,并研究其降解动力学。另一方面,又研究了三嗪类除草剂扑草净在表层土壤中的光降解行为。考察了不同因素对其土壤中光降解的影响,光降解产物的鉴定及光降解途径的推测。最后,进行了磁性Fe304@Ti02光催化材料的合成,对合成的材料进行结构表征。探究了该材料对土壤中残留扑草净直接光催化降解的能力以及重复利用的性能。具体内容如下:1,研究三嗪类除草剂扑灭津在天然土壤中的降解行为,发现扑灭津的降解是先缓慢迟滞,再于1-2 d内快速地降解。探究了扑灭津在此土壤中的吸附解吸行为,结果显示扑灭津的降解受土壤吸附影响较小。而灭菌处理后的土壤中扑灭津降解缓慢,符合一级动力学,判断微生物在扑灭津土壤降解过程中起到重要的作用。监测土壤微生物氮(SMBN)和土壤微生物碳(SMBC)在降解过程中的动态变化,发现处理组中SMBN和SMBC与对照组间存在明显的差异,于第5 d开始出现明显的增加,并分别在11 d和15 d达到峰值。在降解过程中,四种土壤酶CAT、DHA、PO和POD酶的活力都伴随着除草剂的降解而发生动态的变化。PCR-DGGE分析结果表明,处理组和对照组间以及组内不同降解时间点之间的微生物群落结构存在差异。扑灭津处理组中,微生物多样性随着扑灭津的降解周期而逐渐降低。DGGE条带进行测序分析,对40个条带代表的物种在Genbank中进行同源性比对,同时对三嗪类农药相关分解代谢基因进行追踪,采用半定量分析方法初步确认了土壤体系中包含trzN、atzB和atzC降解基因。采用qRT-PCR定量分析了组间三种基因表达水平的差异。结果显示,三种基因的表达水平变化趋势均能很好地对应农药的降解周期。利用UPLC-QTOF-MS/MS分析技术,定性定量分析了扑灭津降解过程中的5种代谢产物,其中鉴定的二聚体产物4,4’,6,6’-四异丙氨基-2,2’-二-1,3,5-三嗪(DIP)的是微生物降解扑灭津过程中产生了活性氧的有利证据。DIP和N,N’-二异丙基-6-甲氧基-1,3,5-三嗪-2,4-胺(MEP)是第一次在微生物降解三嗪类农药过程中被报道的产物。根据上述研究结果,较为完整地推测了土壤介质中扑灭津的降解途径。2,采集不同的环境土壤样品,接种于无机盐培养基中,使用较高浓度的扑灭津(60 mg L-1)对其进行驯化。驯化8周后,获得两种有效的扑灭津降解菌体富集液Agr-B和Agr-C,其6d内对扑灭津的降解率接近100%。对降解菌进行单菌落的分离纯化,但未获得具有较好降解能力的单菌株。提取了 Agr-B中的总DNA,进行了 16S rDNA宏基因组测序。结果表明,降解菌群中包含主要聚类单元属于嗜甲基菌属(Methylophilus)和副球菌属(Paracoccus),还有少量属于节细菌属(Arthrobacter)。研究了 Agr-B对扑灭津的降解动力学,发现使用四参数的Log-logistic模型对降解菌的生长曲线拟合效果最佳,而Logistic动力学模型对扑灭津的降解曲线拟合效果最好。采用UPLC-QTOF-MS/MS分析技术,定性定量分析了菌体中扑灭津的代谢产物,其代谢产物较单一,仅为羟基化扑灭津。3,考察了外源接种降解菌群Agr-B在三种不同理化性质的未灭菌的天然土壤(南京NJ、江西JX和盐城YC)中对扑灭津降解的影响,结果显示,外源接种的Agr-B促进了扑灭津在NJ和JX两种土壤中的降解。动力学分析表明指数增长型IV动力学方程对土壤中扑灭津的降解有很好的拟合效果。不同环境因素对Agr-B降解扑灭津的影响为:接种量的增大加快了农药的降解;低土壤湿度(30%)和淹水(>100%)情况下,扑灭津降解的迟滞期均比60%湿度情况下的要短,说明降解菌群可以在低湿度、低盐和低氧的环境下降解扑灭津;可溶性有机碳(DOC)的加入延长了扑灭津降解的迟滞期,但20 d内扑灭津的降解率也达到95%以上;尿素的添加明显加快了扑灭津的降解,但高浓度的尿素却抑制微生物的最大生长率,说明尿素的添加刺激了降解菌群对扑灭津的利用率,而不是促进其生长。Agr-B在土壤中也可以对阿特拉津(atrazine)和扑草净(prometryn)进行快速降解,但其降解速率不如扑灭津。4,对江西红壤中的扑草净进行了光降解研究。结果表明,不同光源对土壤表层扑草净降解影响不同,紫外光照射下14 d(每天照射6 h)可将土壤中的扑草净降解98%,15 W低压汞灯从降解效果和节约能耗的角度来看具有最好的性能。土壤湿度对土壤中的光降解影响较大,研究结果显示,土壤湿度在0-60%情况下,湿度的增加降解速率也随之增大,而当湿度增大至90%时,扑草净的光降解速率反而降低,通过土壤表面紫外漫反射光谱分析证明,较高土壤湿度抑制了土壤表面对200-500 nm波长的光的吸收。较高的温度和较高的扑草净剂量都促进扑草净的降解速率。TiO2的添加成倍地加快土壤中扑草净的降解速率。采用UPLC-LTQ OrbiTrapMS/MS鉴定了 9个扑草净降解产物,推断了土壤中扑草净在避光、紫外光照射和TiO2光催化条件下可能的光降解途径。结果表明,避光处理组中扑草净的降解没有脱甲硫基途径,扑草净被缓慢降解为较小质量的产物N,N’-二异丙基-1,3,5-三嗪-2,4-胺(DSP)和6-羟基-1,3,5-三嗪-2,4-胺(HDDPP)。而紫外光照组和光催化组中,主要经过脱甲硫基、N-脱烷基以及羟基化作用进行降解,其中TiO2的加入加深了扑草净降解的程度。5,用三种改性剂柠檬酸(CA)、柠檬酸纳(SCA)和焦磷酸钠(TSP)对纳米Fe3O4进行改性处理,提高了 Fe3O4的分散性能。再使用钛酸异丙酯作为钦的前驱体,用氨水水解法合成了磁性纳米TiO2光催化材料,即Fe3O4@TiO2。对改性前后纳米Fe3O4以及Fe3O4@TiO2进行傅里叶红外光谱分析,发现改性剂主要以配位离子的形式存在于Fe3O4表面。X-射线衍射、扫描电镜和透射电镜分析结果表明,TiO2以锐钬矿晶型成功包覆在纳米Fe3O4粒子表面。将合成的纳米Fe3O4@TiO2添加到土壤中,对土壤中的扑草净直接进行光催化降解,明显促进了扑草净的降解速率。使用后的Fe3O4@TiO2材料可以从土壤中磁性分离回收,重复实验5次,每次其平均回收率在95%以上,且每次重复使用降解效率相当,即避免了 土壤环境中纳米粒子的残留,也可以节约成本重复使用。