秸秆源溶解有机质与腐殖酸的相互作用及其对有机污染物光降解的影响

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溶解腐殖酸(Humic acid/Fulvic acid,HA/FA)是农田水环境中溶解有机质(Dissolved organic matter,DOM)的活跃组分及主要组成部分,秸秆源溶解有机质(Straw-derived dissolved organic matter,SDOM)进入农田水体便会与HA/FA发生相互作用。由于HA/FA与SDOM均属于复杂的混合物,其组成成分难以定性分析,这使得SDOM与HA/FA的相互作用及相互作用机制尚不清楚。且在光照的条件下HA/FA以光敏化的方式诱导有机污染物(Organic Pollutants,OPs)发生光降解,当HA/FA与SDOM发生相互作用后对OPs光降解的作用是否会发生改变尚未得到准确的结论。这也表明,参考HA/FA和SDOM单独对有机污染物的作用,可能导致我们对SDOM–HA/FA对OPs光降解的作用产生误判。因此,本文以胡敏酸(HA)和富里酸(FA)作为农田水环境中DOM的代表物,以水稻秸秆和小麦秸秆作为SDOM的来源,同时以常出现在农田环境中的OPs敌草隆(Diuron,DIU)、17β-雌二醇(17β-estradiol,E2)和磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)作为模式有机污染物。系统的探讨了SDOM与HA/FA之间的相互作用组分和相互作用机制,及相互作用过程中DOM体系结构特征的变化,并探究了SDOM–HA/FA对OPs光降解的作用,及OPs在SDOM–HA/FA中的光降解机制。主要研究结论如下:(1)SDOM与HA/FA的相互作用不会影响DOM体系的芳香性,但会使反应体系整体分子量降低。且相互作用过程主要由SDOM中的类色氨酸组分与HA/FA的类腐殖酸组分发生相互作用,并使SDOM的类色氨酸组分发生荧光淬灭,HA/FA的类腐殖酸组分荧光强度不受明显的影响,同时此过程使得DOM体系的生物可利用降低,而腐殖化程度与HA和FA的浓度变化呈线性关系。SDOM与HA/FA的相互作用属于静态相互作用与动态相互作用相结合的过程。且在整个相互作用过程RSODM与HA/FA之间的相互作用强于WSDOM。(2)DIU、E2和SMX在纯水中与DOM中光降解速率均符合一级动力学模型(R~2Adj≥0.950),四种DOM均促进DIU的光降解,WSDOM对E2光降解表现出抑制作用,而四种DOM对SMX的光降解速率均表现出抑制作用。SDOM与HA/FA相互作用使得HA和FA对DIU和E2光降解促进能力的降低,且RSDOM与HA/FA相互作用增强了对SMX光降解的抑制作用,但WSDOM与HA/FA的相互作用能降低HA和FA对SMX光降解的抑制作用。DOM存在的反应体系,DOM均会通过产生滤光效应从而降低OPs直接光降解速率。同时SDOM与HA/FA的相互作用使得该体系中的RIs(Reaction Intermediates)表观量子产率降低,且DIU与E2在SDOM–HA/FA中的光降解主要由·OH和~3DOM*起主导作用,而SMX则以直接光降解为主,RIs对其光降解作用较小。以上研究结果有利于让我们更加清晰的认识秸秆源DOM在农田水环境中产生的环境效应,以及相互作用对HA/FA光化学活性的改变。这也有助于我们对农田环境中OPs的光化学行为进行评估,同时为DIU、E2和SMX在农田环境中的环境风险评估提供参考。
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