阿特拉津在东北冻融土壤中的吸附降解行为研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chunxianniunai
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阿特拉津是我国应用最为广泛的玉米田除草剂之一,多年的大量使用已造成了严重的环境污染,东北地区是我国重要的农业基地,阿特拉津的施用量尤其广泛。阿特拉津的三氮苯结构稳定,不易被微生物降解,在土壤中残留期长,对生态农业以及自然环境造成了严重危害,通过生物循环进入人体,危害人类健康。因此本文选取东北地区作为实验背景,采集黑龙江农科院试验田的黑土样品,测定土壤的理化性质,研究阿特拉津在黑土中的吸附迁移和降解特性,并运用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对阿特拉津降解菌进行了分离鉴定。首先探究黑土对阿特拉津的吸附作用,考察了温度、pH、离子强度等环境因子对吸附作用的影响,用Freundlich方程和Langmuir方程对吸附结果进行拟合。经分析,Freundlich方程对各温度下的吸附等温线拟合后R2>0.99,而Langmuir方程拟合后R2在0.81-0.93之间,因此判定Freundlich能更好的描述阿特拉津的吸附过程,20℃时Freundlich常数Kf=2.98,并且温度越高Kf越小,说明土壤对阿特拉津吸附量较小。其次对吸附前后的土壤进行了X射线衍射(XRD)和傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)分析表征,分析了土壤对阿特拉津吸附的内在机制,根据FTIR谱图中3620、3449、1632和1030cm-1等特征吸收峰可以得知黑土土壤属于蒙脱石型粘土矿物;结合XRD谱图分析,高岭石和蒙脱石参与了对阿特拉津的吸附,但是吸附量很小。通过吸附热力学分析,计算得25℃时△G=-3.03kJ/mol,△H=-26.91kJ/mol,△S=-81.52J/(K·mol),由此证明土壤对阿特拉津的吸附为自发进行的放热过程,且熵是减小的,升高温度不利于吸附的进行。同时吸附动力学实验结果表明快速吸附8h即可完成,达到吸附平衡所需时间约70h,液相浓度为20mg/L时的平衡吸附量为24.45mg/kg。降解实验结果表明光照对阿特拉津降解无促进作用,光照和黑暗条件下t1/2均为9.6d;添加营养源可以微弱促进阿特拉津降解,添加与不添加时的t1/2分别为8.7d和9.2d;未灭菌组t1/2低于灭菌组,说明微生物起到了一定的降解作用。降解动力学分析得知其降解符合一级动力学方程(R2>0.99),阿特拉津半衰期为8.7-10.5d。用液相色谱-质谱联用(LC-MS)对降解产物进行分析检测,发现降解的主要产物有脱异丙基阿特拉津(DIA)、羟基阿特拉津(HA)和脱乙基脱异丙基阿特拉津(DEDIA)等,其中DEDIA非常稳定,其含量随着时间推移变化很小。对土壤中微生物进行PCR-DGGE分析发现光照组和黑暗组之间的微生物群落结构有一定区别,各实验组微生物群落多样性较为丰富;并分离鉴定出了阿特拉津优势降解菌,经分析分别属于假单胞杆菌、芽孢杆菌。
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