（植物營養(yǎng)學專業(yè)論文）有機氯農(nóng)藥（六六六）污染土壤植物修復技術研究.pdf

械 。； ； 甭 緒 有機氯農(nóng)藥( 六六六) 污染土壤植物修復技術研究 摘要 本文主要分為兩部分內容： 第一部分土壤中六六六( h c h ) 殘留量提取方法的確定 采用氣相色譜毛細管色譜柱分離、電子捕獲檢測器檢測土壤中殘留的 h c h 含量。研究了索氏提取和超聲波提取2 種方法提取土壤中h c h 的效果， 結果表明，超聲波提取法時間短、效率高，加標回收率在9 0 3 2 1 0 3 9 2 之間，相對標準偏差為2 3 2 9 3 3 。該方法準確、靈敏。 第二部分h c h 污染土壤的植物修復 ( 1 ) 通過盆栽試驗研究了受h c h 及其主要降解產(chǎn)物污染土壤的植物修復 技術，比較了1 2 種牧草對q h c h 污染土壤的修復能力。研究表明，種植不 同品種的牧草對土壤中a h c h 的消解的影響存在很大差異，其中種植多花 黑麥草和紫花苜蓿的處理效果最好，與種植其它十種植物的處理之間達極 顯著水平。谷稗次之，其次為高丹草、苦荬菜和菊苣，再次魯梅克斯，木 豆、籽粒莧、御谷、柱花草、大翼豆。 ( 2 ) 植物生物量的根冠與土壤中h c h 的消解率相關性達r = 0 9 2 8 ，因 此，我們認為，較高的根冠是篩選植物的重要指標之一。 ( 3 ) 通過對1 2 種牧草修復周期的預測，種植多花黑麥草和紫花苜蓿只 需三次即可達到預定要求，較其它牧草更為經(jīng)濟、適宜。 ( 4 ) 在h c h 污染土壤( 1 0 0 0 m g k g ) 中，以紫花苜蓿、多花黑麥草和籽 粒莧為供試植物，研究了土壤中h c h 濃度對牧草種子萌發(fā)和種子活力的影 響。結果表明，低濃度的h c h 可以促進紫花苜蓿和多花黑麥草的生長，且 紫花苜蓿能耐受更高土壤h c h 濃度。而低濃度土壤h c h 就會嚴重抑制籽粒 莧的生長發(fā)育。 ( 5 ) 以紫花苜蓿、多花黑麥草和籽粒莧為供試植物，研究了植物修復h c h 污染土壤的根際效應。在h c h 濃度為1 0 9m g k g 的土壤中種植三個月，分 析了不同植物對土壤中的h c h 降解的影響。結果表明，植物的根系可大大 提高土壤中微生物數(shù)量和酶的活性，微生物的數(shù)量和酶的活性與土壤中h c h 的降解密切相關。試驗結束后，土壤中h c h 及其四種異構體的總含量降低 幅度為4 3 8 7 ，卜- 6 5 7 9 。但是，在去除土壤中h c h 的作用上，草的吸收是 輕微的，土壤中污染物消失的主要原因是土壤中生物降解作用的結果。 關鍵詞：六六六( h c h ) 土壤微生物 毛細管氣相色譜植物修復 土壤酶 “， 心 j s t u d i e s0 nt h ep h y t o r e m e d i a t l 0 n0 f h c h c o n t a m aln a t e ds 0il a b s t r a c t t 鉀op a r t sa r eg i v e ni nt h et h e s i s ： 1 s t u d yo nt h ee x t m c t e dm “h o d so fh c h 陽s i d u e i ns o i i t h ec a p i l i a 巧，g 粕c h r o m a t o g 豫p h i cm e t h o d ( g c ) w a si n t m d u c e df o rd e t e 珊i n i n g h c h 托s i d u i ns o i l a n dt w o 既t m c t e dm “h o d s s u c h 嬲s o x h e ne x t m c t i o na n d u l t n s o n i cw a v ea s s i s t a n te x t r a c t i o n ( i j a e ) h 盯eb ns t l l d i e d t h ea n a l y t i c a lm s h s s h 們r e dt h a tt h eu a ew a sm o ne 艏c i 蛆ta n dt h et i m ew a ss h o r t e lt h em e t h o dw a s p r o v e dt ob es i m p i e ，m p ma n ds e n s i t i v e t h es a m p i e 陽c o v e r yw a s 9 0 3 2 1 0 3 9 2 ， 且n dt h en i a t i 、，es t a n d a r dd e v i a t i o nw 鼬2 3 2 9 3 3 2 t h ep h y t o n m e d i a t i o no f h c hc o n t a m i n a t e ds o n ( 1 ) ap h y t o 弛m e d i a “o nt e c h n i q u ef o rc o n t a m i n a t e ds o i lb yh c h a n di t sm a i n d e g r a d a t i o np r o d u c t sp l a n t i n g1 2s p e c i e so fg r a s s e sw a sd e s c r i b e d t h er e s u l t ss h o w e d m a td i f f e 神n t s p e c i e sh a v ew i d ed i a e n n c 鶴c a p a c i t y i ne u m i n a t - o no fp o n u t i o n m e d i c a g os a t i v ala n dl o i i u mm u l t i f o 陽ml a na 他b e s t t h et h i r di s e c h i n o c h i o a c 九i s g a i l i 皿) b e a u v t h ef b u t ht o s i x t ha r es o r g h u mh y b r i ds u d a n g r a s s 、v h c t u c a d e n t i c u l a t am a x a n dc i c h o r i u mi n t y b u sl t h el a s ta r er u m e xp a “e n t i ax 凡t i a n s c h 柚i c u s ，“r u m e xk - 1 、c a j a n u sc a j a n( l i n n ) h n h 、a m a m n t h u s h y p o c h o n d r i a c u s l 、p e n n i s e t u ma m e r i c a n u ml s u h u m 、 s 哆l o s a n t h e sg r a c i i i s h b 1 ( a n dm a c r o p t n i u ma t r o p u r p u 他u m ( 2 ) c o r 聆i a t i o n ( r )b e t w nb i o m a s ss ，ra n dh c h d i s s i p a t i o n e di ns o ni s r = o 9 2 8 ，s oh i g hs 瓜i so n eo f t h ei m p o n a n ti n d i c a t o 礴t os c 他e n i n gp i a n t s ( 3 ) t h r o u g hf o n c a s t i n gt h ep e r i o do fn p a i r i n gs o no ft w e i v eg n s s 船，m e d i c a g o 、10 一t i l 叮 s a t i v ala n dl o l i u mm u m f o r u ml a nn a c ht h ea i mw i t h i no n l yt h r p e r i o d s t h et w o g r a s s e sa r em o 他e c o n o m i c a i a n d a p p r o p r i a t et h a no t h e 礴 ( 4 ) a f t e rs p e c i e ss c r e e n e d l o l i u mm u l t i f o 鄺ml a n 、m e d i c a g os a t i v a l a n d a m a r a n t h u sh y p o c h o n d r i a c u slw e r es t u d i e df b rr e i a t i v eg r o w - n g v i g o ri n d e x ( r g ) a n ds e e d sv “a l i t yi nh c h c o n t a m i n a t i o n e ds o i l ( 10 0 0 m g k g ) t h e 托s u i t ss h o w e dt h a t i o wc o n c e n t m t i o n so fh c hc a np m m o t el o i i u mm u l t i f o n l ml a na n dm e d i c a g os a t i 、，al ， a n dt h el a t e rc a nn s i s t h i g h e r s o i lh c hc o n c e n t r a t i o n s b u ta m a r a n t h u s h y p o c h o n d r i a c u sl w a ss e r i o u sm s t r a i n e di nt h el o wh c h c o n c e n t r a t i o n si ns o i i ( 5 ) s t l i d i e df o rr h i z o s p h e 件c h a r a c t e r i 臻t i o nt oo p t i m i 黯h c hp h y t o m m e d i a t i o n g m s s 鶴w e 他g m w ni nh c h - c o n t a m i a t e ds o i ia t1 0 9m g ，k gf o rm em o n t h s ，a n a n a l y s i so f 伽ed i f f e m n tp l a n t so ns o nd e g 豫d a t i o n ，t h ei m p a c to fp l a n t t h em s u i t s h o w e dt h a tt h em o ts y s t e mo fp i a n t sc a ng ”a t l yi n c m a s es o 訂m i c m b i a l u n 臼a n d e m 叮m ea c t i t y a n dt h en u m b e r o fm i c r o b i a le m 可m 髓w i t ht h em a c t i v es o nd e 掣m d a t i o n w 嬲c l o s e 眵即l a t e dt ot h ep i a n t a f t 盯咖比em o n t h s ，t h es o no ft h ep i a n t 矗n d “sf o 盯 i s o m e 瑙1 0 w e rm a r g i n sf o rt h eo v e 翔nc o n t e n t4 3 8 7 - 6 5 7 9 h o w e ，e r i nd e c 忡a s eo f h c ha n di t sm a i nd e g r a d a t i o np r o d u c ti ns o i l ，t h ef u n c t i o no fa b s o r ba n dc o n c e n t r a t i o n o fh c ha n di t sm a i nd e g r a d a t i o np r o d u c tb yg r a s sw a sv e r yi o w t h ek e yf a c t o rw a s m i c r o d e g r a d a t i o no fp e s t i c i d e si ns o i l k e yw o r d s ： h c h 砘e x a c h l o r o c y c l o h e x a n ec a p i l l a 巧g a sc h r o m a t o g r a p h y p h y t o r e m e d i a t i o n s o i lm i c r o b es o i le n z y m e f ：，；0 、i t l llj善 0 廣西大掌碩士掌位論文 有機氯農(nóng)藥( 六六六) 污染土壤植物修復技術研究 f j u 菁 土壤是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是人類賴以生息的環(huán)境資源之一。但是在過去 幾十年間，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人口的不斷增加，由于對土地的不合理利用和各種污 染物的肆意排放，土壤環(huán)境正在受到越來越大的威脅，越發(fā)暴露出不堪重負的現(xiàn)象。 土壤是各種物質生物地球化學循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)，是大氣、水體及固體廢棄物中污染 物在環(huán)境中遷移、滯留和沉積的目的地。土壤污染不僅直接致使生活在其中的生物衰亡， 而且通過土壤一植物一根系系統(tǒng)經(jīng)由食物鏈危及人類的健康和安全，還通過污染物的遷 移引起地表水和地下水的污染，在多個層面上構成對人類生存環(huán)境的威脅，使人類暴露 于更大的環(huán)境風險之中。因此受污染土壤的修復技術也成為環(huán)保專業(yè)工作者的研究熱 點。 按照污染物的種類，土壤污染可以分為以重金屬為代表的無機污染和各種有機物 污染，后者通常包括石油、農(nóng)藥、木材防腐劑、能源燃燒產(chǎn)生的多環(huán)芳烴( p a h s ) 以 及垃圾滲漏形成的種種有毒有害化合物等。相對于重金屬污染，有機物污染由于種類繁 多、結構各異，產(chǎn)生的環(huán)境問題以及相應的修復技術也更復雜“l(fā) 。 隨著科學技術的發(fā)展，目前對污染土壤的修復技術主要有物理修復( p h y s i c a l r e n l e d i a t i o n ) ：其中包括分離修復、蒸汽浸提( s o i lv a p o l l re x t r a c t i o n ，s v e ) 、固化穩(wěn)定化 ( s o l i d i f i c a t i o n s t a b i l i z a t i o n ) 、玻璃化、熱力學、熱解吸附、電動力學、和冰凍法等?；瘜W 法修復( c h e m i c a lr c m e d i a t i o n ) ：其中主要包括原位化學淋洗( i n 心i 譏s o i l l e a c l l i n ga i l d n l l s l l i n 棚h i l l 曲、異位化學淋洗( o u tq i ms o i l l e a c l l i n g 鋤df l u s h j n 棚l l i n 曲、溶劑浸提 ( s o l v e me x t r a c t i o n 妣h o l o g y ) 、原位化學氧化( i n - s i mc h e m i c a lo x i d a t i o n ) 、原位化學還原 與還原脫氯修復( i n s i i uc h e m i c a lr e d u c t i o na n dr e d u c t i v ed e h a l o g e n a t i o nr e m e d i a t i o n ) 和土 壤性能改良技術等【2 】o 生物修復：主要包括植物修復( p h ”o r e m e d i a t i o n ) 、動物修復、微 生物修復( b i o r e m e d i a t i o n ) 。 此外，污染生態(tài)化學修復( c o o c h e m i c a lr 鋤c d i a t i o n ) 是近年來興起的一種技術， 并被有關專家認為是2 l 世紀污染土壤修復技術的發(fā)展方向。它是微生物修復、植物修 復和化學修復技術的綜合，具有生態(tài)影響小、費用低、和市場結合緊密，容易被大眾接 廣西大掌碩士掌位論文 有機氨農(nóng)藥( 六六六) 紓舡土壤植物修復技術研究 受、應用范圍廣、易操作，容易推廣，可以在其它方法不能進行的場地進行等優(yōu)點【3 一。 生態(tài)化學修復注意與土壤的自然生態(tài)過程相協(xié)調，其最終產(chǎn)物為二氧化碳、水和脂肪酸， 不會形成二次污染。 本研究以典型有機農(nóng)藥，曾在我國大面積使用多年的六六六為例，研究了植物修復 有機污染土壤的機理。 研究目的和意義 農(nóng)藥是保證農(nóng)作物取得高產(chǎn)的重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料之一，據(jù)統(tǒng)計我國施用農(nóng)藥面積在 2 8 億h m 2 以上，2 0 0 3 年全國農(nóng)藥使用量達1 3 1 2 萬t ，全國平均用量為2 3 4 k g i l i n 2 。這 些施用的農(nóng)藥，有5 0 紛6 0 殘留于土壤，只有1 0 哆卜- 2 0 依附于植物，目前，我國約 有8 7 1 0 7 萬h m 2 的農(nóng)田土壤受到農(nóng)藥污染。而對已受有機農(nóng)藥污染的土壤，傳統(tǒng)修復 方法包括通過焚燒或煅燒的熱處理法和采用化學試劑的清洗法等，這些方法對有機污染 雖有一定修復效果，但也存在注入投資及運作費用高，不易管理與操作，容易產(chǎn)生二次 污染等問題，不宜普遍采用。近年來，利用植物吸收、降解、揮發(fā)、過濾、固定等作用， 凈化土壤和水體中重金屬元素、有機污染物、放射性核素的環(huán)境修復技術植物修復 技術( p h y t o r e m e d i a t i o n ) 在重金屬、多環(huán)芳烴類( p a h s ) 、多氯苯類( p c b s ) 等污染 土壤和水體環(huán)境中都取得了一些進展，并大規(guī)模運用于實地修復，取得了巨大的經(jīng)濟和 生態(tài)效益。但利用植物修復有機農(nóng)藥污染土壤的研究并不多見，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?本課題研究的目的旨在對受有機農(nóng)藥污染土壤中，篩選出某種對特定污染物具有 高富集和降解能力的植物，探明植物修復過程中根際微生物多樣性動態(tài)變化特征及其 影響機制，為植物修復技術在有機物污染土壤的修復中的應用提拱依據(jù)。開展這一領 域的研究，將對提高土壤和水的環(huán)境質量、保證農(nóng)產(chǎn)品的安全、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展 等有著重要的理論和現(xiàn)實意義。 二有機氯農(nóng)藥六六六簡介及其檢測方法 ( 一) 有機氯農(nóng)藥六六六簡介嘲 六六六，又名六氯環(huán)己烷餌c h ) ，化學式為c 6 6 c 1 6 ，1 8 2 5 年首先由m i c h lf a i a d a y 2 廣西大掌碩士學位論文 有機氫農(nóng)茍( 六六六) 囂染土壤植物修復拉術研究 合成，1 9 4 2 年發(fā)現(xiàn)其殺蟲功效。根據(jù)氫原子與氯原子在環(huán)兩側位置不同，目前已知有八 種異構體( 2 、b 、6 、e 、y 、r i 、o ) ，其中y 異構體具有明顯的殺蟲效力，但其 含量只占1 2 一1 4 ，其余為無效異構體，含量分別為a h c h5 5 一8 0 ，6 h c h5 一1 4 ，6 h c h2 一1 0 ，- h c h3 一5 。當六六六中y h c h 含量高達9 9 以上 時，稱為林丹。 工業(yè)品六六六為白色固體，6 5 開始熔化。它是多種異構體的混合物。六六六對光、 熱、氧化以及酸性介質均很穩(wěn)定，但在堿介質中發(fā)生氯化氫的消除反應，最終得到l ，2 ，4 一三氯苯。y h c h 具有較高的蒸汽壓( 2 0 為9 4 1 0 。4 p a ) 。該藥難溶于水，易溶于 苯、丙酮、氯仿、乙醚等有機溶劑，能溶于醇。 六六六在自然環(huán)境中降解很慢。有人得出在水稻田中，y h c h 、a h c h 、b h c h 、 6 - h c h 的半衰期分別為1 8 0 、3 6 0 、6 2 0 、7 2 0 h 的結論：在人體血液中，b h c h 的半 衰期為7 2 年，而y h c h 的半衰期為l d 。 林丹的大鼠口服急性毒性l d s 5 0 為7 6 2 0 0m g k g - 1 。給藥后曾在動物的脂肪和肺 中發(fā)現(xiàn)林丹的存在，但能相當快的排除體外，積蓄體內的危險性很小。然而，工業(yè)品六 六六由于含有一定量的b h c h ，使積蓄的可能性及慢性毒性大為提高。 六六六是一種神經(jīng)毒劑，主要影響中央神經(jīng)系統(tǒng)，昆蟲中毒后，在神經(jīng)索內發(fā)現(xiàn)游 離的乙酞膽堿增加，但對膽堿酷酶無抑制作用。六六六對昆蟲呼吸酶也有一定作用，以 y h c h 作為殺蟲劑有效成分，對昆蟲有觸殺、胃毒和熏蒸作用。六六六是一種廣譜性 殺蟲劑，主要用于防治咀嚼和刺吸口器害蟲，但對蚜瞞效果不好。它可用來防治水稻、 經(jīng)濟作物、果樹、蔬菜等多種蟲害，如水稻三化螟、稻飛虱、稻苞蟲、稻薊馬等。六六 六也是一種重要的土壤殺蟲劑，用于防治螻蛄、地老虎、金針蟲、甜菜象甲等。 ( 二) 有機氯農(nóng)藥殘留分析方法 有機氯農(nóng)藥的主要品種六六六( h c h ) 和滴滴涕( d d t ) 分別于1 8 2 5 年和1 8 7 4 年 問世，廣泛應用于農(nóng)業(yè)植保和公共衛(wèi)生，曾成為世界上大多數(shù)國家首選的殺蟲劑。有機 氯農(nóng)藥是我國最早大規(guī)模使用的農(nóng)藥，2 0 世紀七十年代是我國使用有機氧農(nóng)藥的高峰 期，八十年代初達到頂峰。由于其化學性質穩(wěn)定，在環(huán)境中降解十分緩慢，以及它的親 脂性等特點，在環(huán)境和動、植物體內大量蓄積并通過食物鏈進入人體，對人類機體健康 廣可大學碩士學位論文 有機氯農(nóng)藥( 六六六) 污染土壤植物修復技術研究 構成潛在威脅。1 9 8 3 年我國開始禁止生產(chǎn)h c h 和d d t 等有機氯農(nóng)藥。雖然有機氯農(nóng) 藥在中國己被禁止使用了二十多年，但在土壤中仍能檢測出有機氯農(nóng)藥殘留【6 】。 薄層色譜法( t h i n l a y e r c h r o m a t o g r a p h y ，t l c 法) 具有操作簡便，快速等特點，但只 能進行定性和半定量，精密度和靈敏度較低，可滿足土壤中有機氯農(nóng)藥殘留檢測要求。 氣相色譜法( g c 法) 在農(nóng)殘分析中的優(yōu)越性是無需質疑的，尤其是近年來高效毛細 管柱g c 和新型檢測器廣泛應用于農(nóng)殘分析，大大提高了檢測靈敏度，縮短了分析時間。 氣相色譜質譜聯(lián)用法( g a sc h m m a t o g r a p h y - m a s s ，g c m s ) g c m s 聯(lián)用可大大 提高分析靈敏度，并可對多種農(nóng)藥進行確認和鑒定結構，已越來越多的用于農(nóng)殘分析。 如今安捷倫公司還建立了6 0 0 多種農(nóng)藥的質譜圖庫，不需標樣，只須跟庫存圖譜對照， 就可對農(nóng)藥進行定性分析。 我國目前主要采用溶劑萃取g c e c d 法測定有機氯農(nóng)藥。 三國內外污染土壤修復研究進展及應用 ( 一) 污染土壤修復研究進展 目前，對農(nóng)藥污染土壤的修復技術主要有物理修復、化學修復、生物修復、化學與 生物相結合的修復等。傳統(tǒng)的方法是將受污染的土壤挖掘后再處理，工程大、費用高。 郭明等研究采用化學修復方法修復農(nóng)藥殘留的土壤【7 1 ，結果表明，通過單糖組分處理及 改變土壤p h 值均在一定程度上影響了農(nóng)藥的降解率。土壤淋洗技術也是一種重要的化 學修復，利用水壓推動清洗液通過受污染土壤將污染物從土壤中清除。在處理農(nóng)藥污染 土壤時，通常加入表面活性劑或有機溶劑可以達到更好的效果。如r o y 等從s a p i n d l l s m u l ( u r o s s i 果皮中提取的生物表面活性劑化學式為( c 2 6 h 3 1 0 1 0 ) 。，其0 5 和1 o 生物 表面活性劑溶液去除土壤中農(nóng)藥六六六的效率分別為清水的2 0 倍和1 0 0 倍【8 j 。土壤真空 吸引法( s v e ) 是一種重要的物理一化學修復方法。它是利用真空泵產(chǎn)生負壓，驅使空 氣流過受農(nóng)藥污染的不飽和土壤孔隙而解吸并夾帶有機成分流向抽取井，并最終于地上 處理。對于受揮發(fā)性有機農(nóng)藥污染的土壤的凈化來說，s v e 是一種很有效的方法【9 1 。近 年來污染土壤的生物修復受到了廣泛的重視，尤其是植物修復技術以太陽能為驅動，不 破壞土地結構，無二次污染等優(yōu)點，成為研究熱點之一。國外在大量研究的基礎上已有 4 廣西大學碩士掌位論文 有機氯農(nóng)藥( 六六六) 紓橐土壤植物修復技術研究 許多成功的實例，并且開發(fā)出相應的產(chǎn)品進行實地修復，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟和生態(tài)效益。 1 9 9 8 年4 月美國市場報告顯示，全美植物修復市場銷售在1 7 0 0 萬3 0 0 0 萬美元之間， 估計2 0 0 5 年將達到2 億美元【1 0 】。植物修復( p h y t o r c m e d i a t i o n ) 是指利用植物吸收、降 解、揮發(fā)、過濾、固定等作用，凈化土壤和水體中金屬元素、有機污染物、放射性核素 的環(huán)境修復技術。與其它修復技術相比，植物修復技術成本較低，d m k c 等人( 1 9 9 7 年) 曾估算過植物修復技術和其它技術的處理費用的比較列于表1 【1 1 1 。 表l 污染土壤的植物修復與其它各種修復技術的費用比較 t 曲l e lc o s to f p h y t o m m c d i a t i o nc o m p a f e dt oo t i l e rt e c l l i l i q u e s 技術類型處理成本( 美元，t ) 植物修復技術口h y 衄鋤e d i 砒- o n ) 原位微生物修復技術0 ns i mb i o 托m 酣i a l i o n ) 向土通氣( v e n t i l 啦t 0 i l ) 直接熱處理d c tn l e r n l a l ) 清洗土壤( s o 1w a s h m g ) 固化穩(wěn)定化處理( s o i l d i f i c a l i o n ，s t a b i l i z 砒i o n ) 溶劑提取法( s l o v e me x t r a c t i o n ) 焚燒法( i n c i n e r a t i o n ) l o 3 5 5 0 1 5 0 2 0 2 2 0 1 2 0 3 0 0 8 0 2 0 0 2 4 0 3 4 0 3 6 0 4 4 0 2 0 0 1 5 0 0 ( 二) 植物修復在農(nóng)藥污染土壤中的應用 有機農(nóng)藥可以作為植物和根際區(qū)的微生營養(yǎng)源，從而改變農(nóng)藥的化學性質和毒性， 促進農(nóng)藥在土壤中的降解，減少環(huán)境中的農(nóng)藥殘留量。農(nóng)藥污染土壤的植物修復在國內 外已有報道和實際應用，阿特拉津是典型的被廣泛使用的除草劑，l 汛g e r 等人研究發(fā)現(xiàn)， 在用植物修復多種農(nóng)藥污染的土壤時，植物j 面c 幻可明顯地吸收多年沉積的阿特拉津 【1 2 1 ；美國衣阿華州為了防治農(nóng)業(yè)徑流的影響，截留和去除除草劑莠去津和硝酸鹽對下流 河流和地下水的污染，沿河栽種了楊樹建立緩沖帶，結果使1 0 2 0 的莠去津被樹木 吸收，且地表水硝酸鹽含量由5 0 1 0 0 m g l 降低到5 m g l 。p e r k o v i c h 同樣研究了莠去 津的植物修復，種植在含莠去津土壤上的地膚草大大加速了莠去津在根際區(qū)的礦化，3 6 d 后其根際區(qū)的莠去津的礦化率達6 2 1 ，而沒有種植物的土壤與滅菌土中莠去滓的礦化 率分別為4 8 7 和4 4 【1 3 1 。我國目前使用的農(nóng)藥仍以殺蟲劑為主，用量達1 4 1 0 4 蝕 以上，占總用量的6 8 【1 4 1 h s u 等研究了二嗪磷與對硫磷在菜豆根系中的降解，3 0 d 后 二嗪磷和對硫磷的降解分別為1 2 9 和1 7 9 ，菜豆的根系分泌物以及根瘤等均促進了 5 廣霄大掌碩士掌位論文有機氯農(nóng)藥( 六六六) 污橐土壤植物修復技術研究 有機農(nóng)藥的降解。夏會龍等人研究了利用風眼蓮對水溶液中乙硫磷、三氯殺螨醇和三氟 氯氰菊酯進行植物修復，結果表明，1 0 l l g 風眼蓮可將2 5 0 l t l l 的l m g l 乙硫磷、三 氯殺螨醇和三氟氯氰菊酯消解速率分別提高2 8 3 3 、1 0 6 6 4 和3 6 2 2 3 i 】5 1 。6 0 到7 0 年代，六六六、d d t 等高殘留有機氯農(nóng)藥大量使用，雖然我國在1 9 8 3 年禁止使用，但 土壤中仍有大量的有機氯農(nóng)藥的殘留。安風春等利用早熟禾、多年生黑麥草、高羊草等 1 0 種草坪草修復受d d t 、h c h 和三氯殺螨醇污染土壤，結果表明這是一種經(jīng)濟、簡便 和可行的方法，植草三個月d d t 及其主要降解物的總含量分別降低1 9 6 7 3 o 【1 6 】。植 物根際區(qū)農(nóng)藥的降解是一個復雜的過程，土壤微生物、酶系統(tǒng)以及土壤的理化性狀均影 響農(nóng)藥在根際區(qū)的降解。因而植物修復與生物修復、物理化學修復等相結合，往往能更 好的提高修復效果。應注意的是，某些與這類密切聯(lián)系的植物，如糧食作物、蔬菜等， 即使具有很高的降解能力也不能使用，以防止對人類產(chǎn)生不可預料的后果。 ( 三) 植物修復農(nóng)藥污染土壤的機理 。 傳統(tǒng)的有機污染物的生物修復是用微生物來完成的，有人認為研究植物去除有機物 比較較困難，因為有機物在植物體內的形態(tài)較難分析，形成的中間代謝物也較復雜，很 難觀察其在植物體內的轉化【m ，但與微生物相比，植物修復更適合用于現(xiàn)場修復。近幾 年相關的研究也較多，有的已達野外應用的水平。 植物修復技術即利用植物能忍耐和超量累積環(huán)境中污染物的特性，通過植物的生長 來清除環(huán)境中污染物的方法( 見圖1 ) 【1 9 1 。 在農(nóng)藥污染的植物修復中，農(nóng)藥的理化性質、環(huán)境條件、植物種類等均影響著修復 的效果。其中最主要的參數(shù)是辛醇一水分配系數(shù)l 【。，研究表明，具有中等l g 磁。，( 約 1 - 4 1 的農(nóng)藥易被植物根吸收，這些化合物可以在植物木質部流動，但卻不能在韌皮部流 動1 2 0 1 。土壤中這類農(nóng)藥的污染比較適用于植物修復技術。1 9 k w 4 的農(nóng)藥大量地被植物 根部吸收，但卻不能大量轉移到幼芽上，可依賴根表面的降解能力，或利用收獲根的修 復技術口”，收獲根，曬干，完全燃燒以破壞這類農(nóng)藥。植物修復的適用性還依賴于環(huán)境 因子( 如上壤p h 、有機質含量、水分條件，粘土含量與類型閻、氣溫、風速等) ，環(huán)境條 件的改變會影響農(nóng)藥的生物利用率。同時，耕作制度也可以影響植物修復效果，如通過 挖掘土壤，有利于植物根系處理那些密度大于水、1 9 較低、來源于點源( 如泄漏) 且在 6 廣西大學硬士掌位論文 有機氯農(nóng)藥( 六六六) 囂巢土壤檀物侍復技術研究 土壤中呈垂直濃度分布的農(nóng)藥。 圖l 土壤污染的植物修復技術 t 曲1 p l 研o r e m e d i a t i o nt e c h n o l o 科o f c o n t 咖h l 非舊s o i l s 有機農(nóng)藥污染土壤的修復方式有4 種圈，植物提取( p h y t o e s 昀c l i o n ) ：植物直接 吸收有機污染物并在體內積累，植物收獲后進一步處理；植物降解刪咖d e g r a d a t i o n ) ： 植物本身及其相關微生物和各種酶系統(tǒng)將有機污染物降解為小分子的h 2 0 和c 0 2 ，或轉 化為無毒性的中間產(chǎn)物；植物穩(wěn)定( p h ”o s t a b i l i z a t i o n ) ：植物在與土壤的共同作用下， 將有機物固定并降低其生物活性，以減少其對生物與環(huán)境的危害；植物揮發(fā) ( p h y t o v o l a t i l i z a t i o n ) ：植物揮發(fā)是與植物吸收相連的，它是利用植物吸取，積累、揮發(fā) 而減少土壤有機污染物。 植物修復有機農(nóng)藥有三種機制：直接吸收并在植物組織中積累非植物毒性的代謝 物；釋放促進生物化學反應的酶；強化根際( 根一土壤界面) 的礦化作用。 1 植物對有機農(nóng)藥的直接吸收和降解 植物對有機農(nóng)藥的吸收受以下三個因素影響：化合物的化學特性；環(huán)境條件和植物 種類嗍。植物對位于淺層土壤的中度憎水有機物( 辛醇水的分配系數(shù)的對數(shù)l g k w - o 5 3 ) 有很高的去除率，憎水有機物( 1 9 i ( o w 3 o ) 和植物根表面結合得十分緊密，致使它 們在植物體內不能轉移，水溶性物質( 1 邸0 。 9 9 9 9 ，購自北京化學試劑公司；丙酮、石油醚、無水硫酸鈉( 5 0 0 烘3 小時后備 用) 、濃硫酸，均為分析純；硅藻土，脫脂棉等。培養(yǎng)細菌、真菌、放線菌和測定土壤 酶試劑均為國產(chǎn)。 1 4 實驗方法 1 4 1 土壤中h c h 提取方法的確定 1 4 1 1 土壤預處理 取經(jīng)風干、研細、過6 0 目土壤樣品置烘箱中，3 5 0 烘烤8 小時后，放入干燥器 內冷卻，作空白土壤備用。稱取8 份空白土壤，每份重1 0 o o g ，分別加入不同體積的 h c h 工作液( 2 5 p g ，m l ) ，使土壤中h c h 的含量分別為o o o 、o 1 0 、o 2 0 、o 4 0 g 瓜g 。 分別進行索氏提取和超聲波提取，重復( n = 6 ) ，計算精密度和加標回收率。 ( 1 ) 索氏提取法( 國標法) 【3 7 】 準確稱取制備的預處理土壤樣品1 0 o og ，置于小燒杯中，加蒸餾水2m l ，硅藻土 4 9 ，充分混勻，無損地分四份均勻裝入濾紙包后，將濾紙包放入索氏提取器內。加1 0 0 m l 石油醚一丙酮( 1 ：1 ) ，用7 0 m l 溶液浸泡土樣1 2h 后于8 5 恒溫水浴上加熱提取4 h ， 待冷卻后，將提取液移入2 5 0m l 的分液漏斗中，用1 0m l 石油醚分三次沖洗提取器及 燒瓶，將洗液并入分液漏斗中，加入5 0m l 硫酸鈉( 2 ) 溶液，振搖1m i n ，靜止分層， 棄去下層丙酮水溶液，留下石油醚提取液，待凈化。 在分液漏斗中加入5m l 濃硫酸，振搖1i n j n ，棄去硫酸層，再加濃硫酸，重復4 5 次。然后向棄去硫酸層的石油醚提取液中加入2 5m l 左右的硫酸鈉溶液。振搖1 0 余 次。待其靜止分層后棄去水層。如此重復至提取液呈中性為止( 一般2 4 次) ，石油醚 提取液再經(jīng)裝有少量無水硫酸鈉的漏斗脫水，濾液用氮掃吹近干，用1 m l 石油醚洗出， 過濾，供氣相色譜測定。 廣西大學碩士掌位論文 有機氯農(nóng)藥( 六六六) 污染土壤植物修復技術研究 ( 2 ) 超聲波提取法【3 8 1 準確稱取上述預處理土壤樣品1 0 o og 于具塞三角瓶中，用7 0m l 石油醚一丙酮 ( 1 ：1 ) 浸泡過夜，超聲波提取1 5m i n ，轉入5 0 m l 離心管，1 5 0 0 轉m i n 離心5 i i l i n ， 用l m l 水清洗一次，上清液用o 5 m l 濃硫酸凈化，棄去磺化層，反復兩次，再用l t i l l 水清洗一次，取上層清液體供氣相色譜進樣用。 1 4 1 2 標準樣品配制 標準儲備液：用石油醚分別將各1 0 0 “咖l ，標準溶液稀釋成1 0 咖l 的儲備液， 密封冰箱保存。 混合標準溶液：分別從l o “咖l 儲備液中準確吸取2 0 0 m l 于1 0 i i l l 容量瓶中。 所需標準溶液采用逐級稀釋法配制。 1 4 1 3 測定方法及條件 測定方法：氣相色譜法。 測定條件：進樣口溫度2 5 0 ，檢測器3 0 0 ，柱溫1 4 0 2 2 0 ，5 m i i l ， 保持l o m i n ，l o m i n 升至2 5 0 ，保持3 m i n 載氣高純氮9 9 9 9 9 ，柱頭壓3 5 k p a ，尾吹氣2 8 m l m i n ，無分流進樣。 進樣量為l 兒，外標法定量計算。 1 4 2h c h 污染土壤中適宜植物的篩選 1 4 2 1 污染土制備 以q h c h 為供試農(nóng)藥，將d h c h 標準樣品以石油醚溶解后，拌入過6 0 目篩7 0 0g 土壤中，置于瓷盤內充分混勻。自然狀態(tài)下?lián)]發(fā)3 天后，期間多次攪拌，裝入封口袋內， 再用3 0 0 9 土將瓷盤內所有土粒沖擦干凈，一并倒入袋內混勻備用。 1 4 2 2 盆栽試驗 每盆稱2 5 6 4 9 上述制備的污染土混入未加農(nóng)藥過3 衄篩土壤內，使其總重為7 0 0 9 ， 充分混勻后裝盆，經(jīng)分析測定a h c h 濃度為o 0 5 1 2 8 m g ，i 【g 土。設不施農(nóng)藥空白對照， 廣西大學碩士掌位論文有機氯農(nóng)藥( 六六六) 虧染土壤植物修復技術研究 重復三次。將裝好污染土壤的花盆底部浸入清水，當水由底部通過毛細管作用上升到土 壤表面后，直接播種，待出苗后間苗。多花黑麥草和紫花苜蓿留苗8 株盆，柱花草、大 翼豆、苦荬菜、籽粒莧留苗3 株盆，谷稗、木豆、魯梅克斯、御谷、菊苣、高丹草留苗 2 株盆。 1 4 2 3 栽培時間及管理： 栽培時間：2 0 0 4 年1 0 月1 9 日2 0 0 5 年月1 月1 9 日 管理：花盆置于廣西大學實驗農(nóng)場溫室大棚，按常規(guī)管理方法，每2 天隨機交換盆 缽在溫室中位置。9 0 天后采樣。 1 4 2 4 測定方法 植株處理：9 0 天后，以土壤表面為界，收割所有牧草地上部鮮樣，稱重。地下部從 土壤中仔細挑出植物根系，沖洗后擦凈。待土壤稍干后，捏碎篩分出余下根系，洗凈后 殺青烘干，一并稱重。 土壤處理：土壤風干后過6 0 m m 篩，于1 8 冰箱中保存，供檢測農(nóng)藥殘留量用。 數(shù)據(jù)處理采用d p s 軟件，多重比較采用做e y 法。 1 4 3h c h 污染程度對植草生長的影響 1 4 3 1 不同濃度污染土壤制備 將直徑9 0m m 培養(yǎng)皿用蒸餾水清洗后放人烘箱中烘干，放2 層濾紙，加入5 0 9 供 試土壤，拌入不同濃度六六六原粉，使各處理h c h 濃度分別為l o 、2 0 、5 0 、1 0 0 、5 0 0 、 1 0 0 0m 眺g 土，以不施農(nóng)藥為對照。 1 4 3 2 種植與培養(yǎng) 將供試種子均分3 份，在每個培養(yǎng)皿中均勻地擺放l o 粒種子。將培養(yǎng)皿放入人工 光照培養(yǎng)箱，2 5 l 培養(yǎng)一周，以當天胚根和胚芽長到種子本身長度的一半為發(fā)芽標 準，從起始發(fā)芽每天記錄發(fā)芽數(shù)。 1 4 3 3 測定 廣西大掌碩士掌位論文 有機氯農(nóng)藥( 六六六) 污染土壤植物修復技術研究 采用直接發(fā)芽的方法進行種子萌發(fā)特性實驗。根據(jù)文獻中有關標準網(wǎng)，實驗結束 時，測正常幼苗鮮重，計算幼苗活力指數(shù)( g m 、v i n g 、r i g o ri n d e x ，g v i ) 和相對幼苗活力指數(shù) ( r e l a t i v eg m w n g v i g o ri l l d e x ，r g v i 【5 6 1 ，即 毛。= 區(qū)o d ) 】幼苗平均鮮重 k ，= 等器瓣川。 式中：d 發(fā)育天數(shù) n 刊時間內的成苗數(shù) 對照幼苗指不施六六六處理的種子，其b t 0 為l o o 。r g v i 既能反映品種成苗率， 又能反映品種成苗速度及生活力，而且消除了品種本身間存在的差異，能夠用來比較不 同品種的植物耐鹽性，因此筆者主要以g v i 和r g v i 作為評價種子活力及耐受限度的主 要指標。 1 4 4 經(jīng)篩選植物對土壤中h c h 降解效應研究 1 4 4 1 污染土壤的制備 稱取2 1 6 0 0 96 可濕性六六六原粉拌入l 0 0 0 9 過6 0 目風干土樣，準確稱取一定量 上述污染土加入過2 m m 篩每盆1 2 0 0 9 土中，充分混勻，經(jīng)測定其中含h c ho 6 3 5 4 m g i 【g 土、b h c h0 1 5 5 6m g k f l 土、y h c h 0 1 6 3 9m g 瓜g 土、6 h c ho 1 3 5 5m g k 礦1 土，設計土壤h c h 四種異構體總濃度為1 0 9 0 4m g k g 1 土。 1 4 4 2 培養(yǎng)試驗 試驗分為兩組，i 組：土壤滅菌處理，土壤滅菌條件為1 1 0 ，1 5 m p a ，3 0 m i n 。 1 i 組：土壤非滅菌。每組8 個處理，設空白對照，具體見表1 2 。將篩選后的植物多花 黑麥草、紫花苜蓿和籽粒莧分別植入，網(wǎng)室內培養(yǎng)3 個月。種植后第3 0 天起每隔1 5 天 采集土壤樣品，三個月后采集植株樣品，用于測定土壤和植株農(nóng)藥殘留量的樣品保存在 1 8 冰箱中，測定微生物數(shù)量和酶活性土壤樣品保存在4 冰箱。測定土壤和植株中六 六六的含量以及土壤中過氧化氫酶、轉化酶、脲酶的活性和細菌、真菌和放線菌的數(shù)量。 1 4 廣西大掌碩士掌位論文 有機氯農(nóng)藥( 六六六) 囂巢土壤植物修復拉術研究 表1 2 試驗處理 1 抽l e1 - 2t r e a t m e n t so f e x p e r i m e m 注：c k 、a 、b 、c 分別代表不種植植物的空白對照、種植黑麥草、紫花苜蓿和籽粒莧的處理 1 4 4 3 植物中h c h 的提取和凈化 牧草鮮樣洗凈后用石油醚：丙酮( 1 ：1 ) 浸泡過夜，高速搗碎，過濾，濾液加入2 m i2 n a 2 s 0 4 溶液，分層后棄去有機相，有機相用濃h 2 s 0 4 凈化至上層液清晰透明為止，氮 掃吹儀濃縮至于，準確加入1 l n l 石油醚溶解，待測h c h 用。 1 4 4 4 測定方法及條件 土壤和植株中h c h 含量的測定方法同上 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的測定：細菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基；放線菌采用高 氏i 號培養(yǎng)基；真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基，稀釋平板法培養(yǎng)、計數(shù)h 0 1 。 過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法【4 1 】：取2 9 風干土，置于1 0 0 m l 三角瓶中，并注入 4 0