土壤環(huán)境因子對有機污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響

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1、土壤環(huán)境因子對有機污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響 摘要從傳統(tǒng)污染物和新型污染物等方面介紹了我國土壤污染的現(xiàn)狀,進而分析了土壤環(huán)境因子包括土壤微生物、土壤溫度、pH值、土壤水分、土壤機械組成、氣候及二氧化碳含量等對有機污染物降解和轉(zhuǎn)化的影響。 關(guān)鍵詞土壤環(huán)境因子;有機污染物;遷移轉(zhuǎn)化;影響 土壤農(nóng)藥污染是一全球性問題。隨著環(huán)境問題在全球范圍的不斷變化,土壤環(huán)境污染化學已成為環(huán)境化學不可缺少的重要組成部分1。在北美、西歐和澳洲等國家,隨著各種點源污染得到有效控制,人們關(guān)注的焦點逐漸轉(zhuǎn)移到多介質(zhì)非點源污染,另外土壤環(huán)境污染的研究也受到人們?nèi)找骊P(guān)注。在我國,受農(nóng)藥使用、施藥技術(shù)以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等因素影響,土壤農(nóng)藥污

2、染較為嚴重,制約食品安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)。隨著土壤有機污染物的類型不斷增多,大量難降解的有機污染物進入土壤,造成環(huán)境的嚴重污染,影響了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。土壤中的各種環(huán)境因子對有機污染物降解轉(zhuǎn)化有一定的影響,因此,研究這些因子的相互作用,可促進有機污染物在土壤中的消除。 1土壤污染的現(xiàn)狀 相對于大氣環(huán)境和水環(huán)境而言,土壤環(huán)境的污染源更為復雜,作為有機農(nóng)藥、化肥的直接作用對象,并隨著社會發(fā)展需求,使得土壤污染物的種類極為繁多。目前,全球生產(chǎn)和使用的農(nóng)藥已達1 300多種,其中被廣泛使用的達250多種。我國也已經(jīng)邁入了世界農(nóng)藥生產(chǎn)和使用大國,現(xiàn)在,我國每年施用逾80萬100萬t的化學農(nóng)藥,其中有機磷殺蟲

3、劑占40%,高毒農(nóng)藥達到37.4%,且有的化學性質(zhì)穩(wěn)定、在土壤中存留時間長2-4。大量的農(nóng)藥流失到土壤中,造成土壤環(huán)境受到嚴重污染,影響了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。造成我國土壤農(nóng)藥污染的農(nóng)藥主要是有機氯與有機磷2類。盡管1985年起,我國就已禁用有機氯農(nóng)藥,但因早期大量使用及其難降解性,土壤中仍有殘留,造成作物污染。目前,土壤污染物可以分為傳統(tǒng)污染物及新型污染物。 1.1傳統(tǒng)污染物 一是傳統(tǒng)化學污染物。其又可分為無機污染物和有機污染物兩大類,其中傳統(tǒng)無機污染物包括汞、鎘、 鉛、砷、鉻等,過量的氮和磷等植物營養(yǎng)元素以及氧化物和硫化物等,傳統(tǒng)有機污染物包括DDT、六六六、狄氏劑、艾氏劑和氯丹等含氯化學農(nóng)藥

4、以及DDT的代謝產(chǎn)物DDE和DDD,石油烴及其裂解產(chǎn)物,以及其他各類有機合成產(chǎn)物等。二是物理性污染物。指來自工廠、礦山的各種固體廢棄物。三是生物性污染物。指帶有各種駁的影響較大。這些新型土壤污染物目前主要有四大類6-7:一是各種獸藥和抗生素對土壤環(huán)境的污染。隨著動物飼養(yǎng)業(yè)和畜牧業(yè)的發(fā)展,畜禽養(yǎng)殖污染中一個重要的問題就是這些獸藥通過動物的排泄以及其他方式導致土壤環(huán)境的污染。與獸藥污染相對應(yīng)的是各種抗生素的土壤污染。隨著醫(yī)學事業(yè)的發(fā)展,各種抗生素將得到日益廣泛的應(yīng)用,由此導致的土壤污染可能會更加復雜。二是大部分溴化阻燃劑在土壤環(huán)境中有很高的持久性,能夠通過食物鏈和其他途徑累積在人體內(nèi),長期接觸會妨

5、礙人體大腦和骨骼的發(fā)育,并且可能致癌,因此引起人們關(guān)注。隨著的不斷發(fā)展以及各種電子產(chǎn)品的逐漸報廢,各種阻燃劑將以各種方式進入土壤環(huán)境中,從而造成對土壤的污染。三是“特富龍”不粘鍋中使用的化學物質(zhì)“全氟辛酸銨”以及芳香族磺酸類污染物對土壤的污染。其中,全氟辛烷磺酸(PFOS)是紡織品和皮革制品等防污處理劑的主要活性成分,在民用和工業(yè)化產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域用途非常廣泛。盡管目前尚沒有土壤環(huán)境中存在含量的數(shù)據(jù),但由于PFOS本身的難分解性、生物高蓄積性和污染的廣泛性,有關(guān)其土壤環(huán)境的污染問題勢必將被暴露出來,并成為土壤環(huán)境污染化學面臨的新課題。四是含有過敏源的植物及花粉對土壤的污染。在法國,近年來發(fā)現(xiàn)1種或

6、許起源于北美的豚草屬植物(Ambrosiaartem isiifolia)及其花粉,特別是這種花粉由于含有多種潛在的過敏源,能在夏天導致嚴重的干草熱以及哮喘疾病,成為引起人們關(guān)注的一種新型土壤污染物。 2土壤環(huán)境因子對有機污染的影響 土壤中的微生物、溫度、水分、氣候、土壤機械組成、含水率、植物根際環(huán)境、pH 值、二氧化碳濃度等因素對土壤中有機物的分解與轉(zhuǎn)化有很大的影響。除了有機污染物本身的難降解性以及生物遷移性會對有機物降解速率和效果產(chǎn)生影響外,土壤環(huán)境因子也會對有機污染物的遷移轉(zhuǎn)化造成一定的影響。 2.1土壤微生物 有機污染物在土壤中的降解分為非生物降解與生物降解兩大類,在生物酶作用下,農(nóng)藥

7、在動植物體內(nèi)或是微生物體內(nèi)外的降解即生物降解。微生物降解是指利用微生物降解有機污染物的生物降解過程,降解微生物有細菌、真菌和藻類。雖然在厭氧和需氧條件下多氯化合物都可以降解,但是在厭氧條件下降解速率更快。盡管在好氣條件下土壤也有很多分解菌存在,但是在好氣的旱田條件下,由于有機氯污染物被土壤吸附,生物活性降低,可以長期殘留8。微生物降解是消除有機氯農(nóng)藥的最佳途徑,通常藥劑在土壤中的分解要比在蒸餾水中的分解快得多,將土壤滅菌處理后,藥劑在大部分土壤中對有機污染物的分解速率明顯受到抑制。 迄今為止,已從土壤、污泥、污水、天然水體、垃圾場和廄肥中分離得到可降解不同農(nóng)藥的活性微生物?；钚晕⑸镏饕赞D(zhuǎn)化

8、和礦化2種方式,通過胞內(nèi)或胞外酶直接作用于周圍環(huán)境中的農(nóng)藥。盡管礦化作用是消除環(huán)境中農(nóng)藥污染的最佳方式,但是界中此類微生物的種類和數(shù)目十分缺乏,而轉(zhuǎn)化作用卻相當普遍,某一特定屬種的微生物以共代謝方式實現(xiàn)對農(nóng)藥的轉(zhuǎn)化作用,并同環(huán)境中的其他微生物以共代謝的方式最終將農(nóng)藥完全降解。 研究顯示DDT的分解菌至少涉及30個屬,其中包括細菌、酵母、放線菌、真菌以及藻類等微生物。六六六的分解菌除了很早知道的生芽孢梭芽孢桿菌和大腸桿菌外,Matsu mura等人從各種環(huán)境中分離出71株有分解六六六能力的細菌、真菌菌株。這些分解菌包括好氣性、基本嫌氣性、嫌氣性等各種細菌以及真菌9。 常規(guī)環(huán)境條件下能降解目標污染

9、物的微生物數(shù)量少,且活性比較低,當添加某些營養(yǎng)物包括碳源與能源性物質(zhì)或提供目標污染物降解過程所需因子,將促進與降解菌生長相關(guān)聯(lián)的有機物的降解代謝,即微生物只能使有機污染物發(fā)生轉(zhuǎn)化,而不能利用它們作為碳源和能源維持生長,必須補充其他可以利用的基質(zhì),微生物才能生長。在共代謝過程中,微生物通過酶來降解某些能維持自身生長的物質(zhì),同時也降解了某些非微生物生長必需的物質(zhì)。 2.2土壤溫度 氣候變暖是當今全球性的環(huán)境問題,大氣中CO2濃度的不斷增加對全球氣候變化起著極其重要的作用。土壤中CO2的排放主要來自土壤原有有機質(zhì)和外源有機物(如植物的凋落物、根茬及人為的有機污染物投入)的分解過程10。全球氣候不斷增暖將改變各地的溫度場、蒸發(fā)量和降水量,而這些變化又影響著土壤有機污染物的分解。