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随着工农业的快速发展,土壤有机污染日益严重。因此,保护土壤环境、实现土壤资源的可持续利用、确保农产品品质和食品安全已成为当今全球关注的焦点问题。研究农田土壤中持久性有机污染物的降解、老化等环境行为,探讨其老化规律与可提取性之间的关系,考察老化态与新鲜态有机污染物的作物累积规律差异,将为研发土壤有机污染防治和修复技术,制定科学的农艺措施,保障农产品安全提供科学依据。
本文在评述土壤中有机污染物的吸附、降解、老化和结合残留行为的研究现状,阐述植物从土壤中吸收有机污染物的机理及影响因素的基础上,以DDT类有机污染物p,p’-DDTs(包括p,p’-DDT、p,p’-DDE和p,p’-DDD)作为代表性的氯代有机污染物,围绕其在土壤中的脱氯降解,模拟土壤一稻作系统中污染物的老化等内容,采用实验室培养的方法研究了p,p’-DDT在红壤性水稻土中的脱氯降解过程与机理,同时在温室分别模拟土壤—早稻和土壤—水稻两种不同系统下p,p’-DDE和p,p’-DDD的老化行为,考察其可提取态含量随时间的变化以及稻谷对污染物的累积规律。主要研究结果总结如下:
1.零价铁的加入显著加速了红壤性水稻土中p,p’-DDT的脱氯过程,促进了p,p’-DDT向p,p’-DDD和p,p’-DDE的转化。在前两周内,p,p’-DDT的含量下降了约80%,与此同时,p,p’-DDD的含量上升了50%。零价铁处理同时添加2%的硫酸铝时,土壤呼吸作用增强,第2周土壤中CO2释放量高达650ml kg-1土,但DDT的降解速率并未因此受到影响。
2.在研究土壤中p,p’-DDE和p,p’-DDD的老化效应和可提取性的试验中,选用了黄泥土和红壤性水稻土两种土壤。水稻和早稻分别种植于水田和旱地土壤。土壤中p,p’-DDE和p,p’-DDD的起始浓度分别为746.18 ng g-1和933.62 ng g-1。研究发现,在污染物与土壤接触的初期,老化时间越长,可提取性越低,但到了后期,部分曾被土壤有机质或矿物吸附捕获的污染物可以重新释放出来,成为可提取态。水田污染物的可提取态含量显著低于旱地,不仅因为淹水可促进污染物的还原降解,而且淹水还可以增加污染物与土壤组分的结合量。种植早稻或水稻30天后都会促进前期老化后的有机污染物在后期被释放,并恢复其可提取性和生物有效性。黄泥土的有机质含量和粉粒含量均高于红壤性水稻土,因而黄泥土中p,p’-DDE和p,p’-DDD与土壤组分的结合量较大,可提取性较低。水稻田中秸秆还田的农业措施不仅可以提高土壤有机质含量,而且可以钝化土壤中的污染物活性,降低其可提取性。
3.采用温室盆栽试验分别研究了水稻和早稻的稻谷对p,p’-DDE和p,p’-DDD的累积规律,结果表明:不加新鲜污染物(p,p’-DDE和p,p’-DDD)的对照组中,稻谷中p,p’-DDE的浓度在11.77至13.39 ng g-1之间,生物累积系数(BAFs)在D.67-0.84范围内。而添加新鲜污染物的实验组中稻谷中p,p’-DDE的浓度最高达到17.78 ng g-1,但BAFs都低于0.04。p,p’-DDD对稻谷的生物有效性显著高于p,p’-DDE,原土中p,p’-DDD的BAFs最小1.39,最大达到2.26;土壤添加新鲜p,p’-DDD后,稻谷中p,p’-DDD的浓度在32.45至42.21 ng g-1之间;添加稻草后p,p’-DDD浓度最高达到46.10 ng g-1,p,p’-DDD的BAFs均高于0.05,最高达0.08。水稻的生物量及对p,p’-DDE和p,p’-DDD的富集量均高于早稻。粉粒含量和有机质含量较低的红壤性水稻土中p,p’-DDE和p,p’-DDD的生物有效性较高。添加有机物料(稻草)不仅促进了水稻稻谷对p,p’-DDD的吸收,而且加速了p,p’-DDD向p,p’-DDMU的代谢转化。