有机污染物在土壤中老化行为的研究进展

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2019-03-14
简介
随着社会经济建设与行业发展,有机污染物对土壤的污染越来越严重。有机污染在土壤中的老化行为是目前有机污染研究的一个热点问题。文章通过对其机理的研究,可以调控污染物,且文章介绍了有机污染物在土壤中的老化行为和国内外研究现状,指出老化的实质包括有机污染物在土壤中的慢吸附和锁定,总结了土壤性质、化合物性质和环境因素对老化的影响,同时介绍了老化的评价方法,并在此基础上提出要了目前研究有机物在土壤老化过程中所存在的问题,并对老化行为的未来研究方向进行了展望。详情请阅读此文章!

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随着社会经济的迅迹发展,有机污染物对土壤的污染越来越严窜。因此,研究土壤巾的有机污染物在土壤巾的行为具有贯要的意义。有机污染物在土壤中的老化行为是目前有机污染研究的一个热点问题,口益受剑国内外研究者的关注。对其研究具有以下两方面的意义,对于钝化污染物,通过加速老化过程,达到降低污染物的活性和毒性的目的;而对于修复来说,则希塑消除老化效果,使其生物有效性和化学可浸提性增大,从而使其最大限度的为化学试剂所提取或被生物所利用。本文保讨有机污染物在土壤巾的老化行为的机理、国内外研究现状及存在问题,对其今后的研究进行展望。1有机物的老化行为1.1有机污染物在土壤rr的老化现象有机污染物在土壤中迁移转化通常被划分为2个阶段,民Il最初短时间内快速的损失以及随后长时间的缓世损失 ,每个阶段都与化合物的挥发性和疏水性有重要的关系。除了下惨进入地下水,生物阵解,蒸发进入大气,束缚在土壤固相里以及迁移进入生物体过程,化合物在土壤颗粒间的作用也同时发生。这些过程随着时间的增加,其生物有效性和可浸提性降低,对昆虫和植物的毒性降低,不容易在生物体内积累,并且促进了非生物可利用的残留物的形成。通常,将这一土壤内的变化过程定义为老化(Jonesel.al.,1996)0Hatzinger等(1995)将菲和4--M基酌置于无菌的肥土和腐殖土中,随后力1:1入能阵解这2种化合物的微生物。结果发现,随者化时间的增加,赵育等:有机衬染物在土楼中老化行为的研究进展腐殖土巾的菲和2利'土攘巾的4-硝基盼的矿化程度显著降低。这种矿化作用的械少意昧着随着时间的增加,更多百分比的化合物变得生物不可利用,更加l难以生物|锋解。从现场采集的样品研究也表明,生物降解能力随老化时间显著降低。The吨等(2001)的研究表明,菲进入兹脱土的品格层后被8urkholderiαsp.和Sphingomonαssp.到II菌可利用的可能性儿乎为零。郭刚育等(2∞2)研究了7K、E己炕、正己炕/丙嗣对土壤巾不同老化时间的DDT的逐级提取莹的差别及其与小麦恨吸收的关系。结果表明,植物根吸收DDT的宣随老化时间增加而下降。1.2老化的机制有机物在土壤巾的老化行为包括将污染物结合到土模有机质巾,污染物在土壤微孔内和土攘有机质内的扩散,或者隔离在非水相液态物原内(Hatzinger&Alexancler,1995)。老化的机制包括以下儿种情况:1)疏71<性有机化舍物分配进入腐殖质(Chioueto.l.,1983;Chiouet悦,1989);老化的化合物可能来向于这些通过缓↑坦解吸阶段的组成巾含土攘有机质的分子(Brusseau&Rao,1991;Bl1.lsseauetal.,1991);2)化合物通过级胆解吸过程进入土壤团聚体的微孔巾并被困县;巾(Steinberget乱,1987)。这些化合物可能由于孔隙弯曲的路径而被固定在里而并通过分配作用进入孔隙水和含有机质的孔隙接巾(Wu&Gs悦巳hwend,1山98趴6;S缸1怆e创阳l川ln巾EB岛r阳uωss忧ea阳uIω!tαalι.,1991):3)被土壤有机E11民附。Isaacson等(1984)提出苯酣在沉积物巾阻碍解析的部分与其和腐殖顶之间形成的组槌有关。H前,吸附己经被普遍认为是控制老化行为的一种机理;但是,其他过程例如土壤微孔的诱捕过程(Steinbergetat.,1987)或有机质(Xing&Pignatello,1997;Schlebaumetat.,1998)也是化合物与土壤之间的作用机3虫。Alexancler(1995)、Luthy(1997)和Pignatello(1996)等都对老化行为的实质开展了研究。王帅杰等。∞3)认为,封锁行为是老化的机理。所谓封锁行为就是在老化过程巾,化学品分子慢慢地进入土壤基质的某些地方,这些地方即使是最小的微生物、组织或更高级的生物体也不能无困难地进入,对这些硫水性化合物的主要吸附剂是土壤的有机质,1M且这部分可能就是疏7K性分子被诱捕的地方。如果分子被封锁的地方是生物体,抖至微生物的细胞扑酶不能进入的,并且如果从这些微小的地方扩散出去非常慢,那么这些化合物的生物可用性将由分477子扩散出去的速率所控制,在短时间内,被动植物和微生物可利用的较少,这种行为被称之为封锁行为。老化的实质应包括有机物在土壤巾的世吸附和锁定2个过程。但是,关于这2个过程究竟是如何共同作用于有机物上的,目前地不能被包括分配遮半常数、动力学滞后和较'出浓度依赖性在内的简单的扩散模型所很好的描述。PinateUo等(1996)提出了一种党争·机理,它包括通过天然有机质基质扩散和通过粒子内纤孔扩散,这2种机理可能同时作用。2老化的影响因素2.1土壤性质对老化的影响土壤性质包括土壤有机质和土壤的无机要素特别是土壤空隙的尺寸和结构等。土壤有机质对有机物,土壤相互作用非常重要(Brussseallelal.,1991:ComeLissenetal.,1997,1998).Comelissen等(1998)提出土壤有机质的存在显著地增加了多氯联苯和氯苯在土壤中的缓慢解吸部分。类似地,Brllsseall等(1991)用大最疏水性有机物证明了内部有机质扩散(IOMD)是非平衡吸附的原因。这些有机物包括五氟化苯甲酷版酸、苯、0-二甲苯、p-二甲苯、三|币基苯、乙基苯、n-丙基苯、丁基苯、n-己基苯、茶、葱、氯苯、1,3-二氯苯、1,2,3,4-四氯苯、四级乙炕、三氯乙炕、1,2-二氧乙炕和喳啡。土壤中的微孔或空隙也是非常重要的(王帅杰和朱坦,2003),η.径<100nm的孔在被检验的所有土壤和沉积物巾都出现了,百.径在0.3-1011m的孔成空棋也较多(White&Ravikovitch,1998)。如果这些孔的农丽是l琉水的,则有机物的解吸会非常慢,并且生物降解能力降低较多。减少的生物可用性可能与有机化合物进入有机质闹相的入口有关。分子将分配在罔相有机质巾,并且随着时间流逝,从外表而移到生物组织、细胞或前进不去的地方。只有当化介物极慢地扩散通过网相来到它的外而,它才变得可利用。Chung等(2∞2)分析测定了16种具有显著不同性质的土壤的孔隙度(7-10nm),阳离子交换容量,表而积和柑土矿物。发现菲和阿特拉津隔离的程度在不同性质土壤巾有显著不同。简单的相关分析显示,对菲和阿特拉详的隔离作用主要与有机碳合母、孔隙度及阳离子交换容最高度相关。此外,柏土矿物吸附有机分子后,如果品格结构受到破坏,吸附在品格内的污染物也会成为龙化基质(罗启仕等,2004)。478生态学杂志第27卷第3期7俯(Steinbergetα,.,1987)0Makeyeva(1989)指出气相提驭周期性湿化和干化土壤通过有机质的随之胀缩导致土壤表丽积的减少和土壤结构的全而聚集。Thompson和Mcbride(1985)观测到干化土壤改变了土壤的多孔部分和固相孔大小的分配。Brusseau等(1991)研究发现,酸化土壤悬浮物加速了儿利'由化物的解眠,1h内的解吸茸l:由天然pH值时的13%增加到pH<2时的80~岛,增加了6倍多。2.2化合物向身性质对老化的影响化合物自身。性质能够影响其自身在土攘巾的吸附,从而影响老化行为。一般认为,化合物硫水性越强,分子最越大,K恻值和KM值越大,其在土壤巾的吸附越强,解吸越难,老化程度越大。Divincenzo和ISparks(1997)证明,在浓度越高时土攘对五氯苯盼吸附越大。在这些被吸附的高浓度的PCP中只有少部分能进行随后的解吸。同样这一吸附解吸过程适用于很多有机物例如吁l苯、挠、1,2-二氧苯、菲、4,4-四氯联苯、2,2',5,5'四氯联苯平日DDT(Kanetαl.,1998)0Northcott牙钉Jones(2001)研究发现,PAH随着老化程度增加而诫少的最以及不可提取残留物的增加与化合物分子最、K值和KM值Jîx.正相关。2.3环境冈索对老化的影响环境肉索如温度、混皮、pH等都会对老化产生影响。一般地,温度越大IpH越小、土壤干温循环都能降低老化的程度。研究发现,当温度从25OC升高到40OC时,EDB(1,2-二澳乙炕〉的解吸i草率增加了3老化行为的评价方法3.1化学法评价有机物的老化化学法评价有机物老化的技术主要包括连续流动相提提技术、罔相吸附技术、膜分离提取技术、气相提取法和热j晖|吸法等(表1)。但是,用不同的化学试剂作为提取剂所提取的化合物的量是不同的。并且,即使相同的化学试剂,其所用的量不同,结果也不同。郭丽青等(2002)研究了水、正己炕、正己;即丙酣ASE对土壤巾不同老化时间的DDT的逐级提取茧的差别。结果表明,有机氧的水提审:随老化时间增加l旧下降,正己炕提取号:随老化时间增加II(tj下降,正己;即丙酣提取最随老化时间增加~I(tj上升。Kelsey等(1997)研究发现,用不同的有机试剂以及不同配比的儿利'有机试剂混合
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