（环境科学专业论文）酞酸酯dep、dop与铅复合污染对土壤微生物的生态效应研究.pdfVIP

a b s t r a c t c o e x i s t e n c eo fo r g a n i cp o l l u t a n t sa n dh e a v ym e t a li sac o m m o np h e n o m e n o ni n s o i l e n v i r o n m e n t a tp r e s e n t ，t h es t u d yo ft h ee c o l o g i c a le f f e c to ft h ec o m b i n e dp o l l u t i o nb e t w e e n o r g a n i cp o l l u t a n t sa n dh e a v ym e t a l si ns o i l h a sb e c o m et h er e s e a r c ht o p i c si nf i e l do f e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e b u tt h es t u d yo ne f f e c ta n dm e c h a n i s mo fp h t h a l a t e sa n dh e a v ym e t a l c o m b i n e dp o l l u t i o na r es t i l lr e l a t i v e l yr a r ei nc h i n aa n da b r o a d i nt h i st h e s i s ，u n d e r l a b o r a t o r yc o n d i t i o n ，e f f e c t so fc o m b i n e dp o l l u t i o no fd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n s ( 10 ；5 0 ， 5 0 0 m g k g ) o fd e p , d o pa n dp b ( 3 0 0 m g k g ) o nf o u rk i n d so fs o i le n z y m ea c t i v i t i e s ( p h o s p h a t a s e ，i n v e r t a s e ，u r e a s ea n dc a t a l a s e ) ，s o i lr e s p i r a t i o na n dm i c r o b i a lb i o m a s sc a r b o n h a v eb e e ni n v e s t i g a t e d a tt h es a m et i m e ，b yc o m p a r i n gt h ed i f f e r e n c eb e t w e e ns i n g l ea n d c o m b i n e dp o l l u t i o n ，w ec l a r i f i e dt h ei n t e r a c t i o nt y p e so fd e p 、d o pa n dp b ，a n da n a l y s ei t s m e c h a n i s mp r e l i m i n a r i l y t h er e s u l t si n d i c a t et h a t ： 3 0 0 r a g 蚝p bs t i m u l a t e d t h ea c t i v i t yo fc a t a l a s ed u r i n gt h ew h o l ec o u r s eo fc u l t i v a t i o n t h ec o m b i n e de f f e c to fd e pa n dp bo nc a t a l a s ew a sa n t a g o n i s t i c ，h o w e v e r ，o t h e r c o n c e n t r a t i o n so fd e p d o pa n dp bs h o w e ds y n e r g i s t i c t h ee f f e c to f3 0 0 m g 蚝p bo nu r e a s ea c t i v i t ys h o w e df i r s ti n h i b i t i o n ，t h e ns t i m u l a t i o n ， a n df i n a l l yr e t u r n e dt ot h ec o n t r o ll e v e l t h ei n t e r a c t i o n so ft w oc o m b i n e dp o l l u t i o no nu r e a s e w e r es i m i l a r ，s h o w e ds y n e r g i s t i ca tl o wc o n c e n t r a t i o na n da n t a g o n i s ma tm i d d l ea n dh i 曲 c o n c e n t r a t i o n s 3 0 0 m g k gp bs t i m u l a t e d t h e a c t i v i t yo fp h o s p h a t a s ed u r i n g t h ew h o l ec o u r s eo f c u l t i v a t i o n t h ec o m b i n e de f f e c to fd e pa n dp bo np h o s p h a t a s ew a sa n t a g o n i s t i c a st h e c o n c e n t r a t i o no fd o pi n c r e a s i n g ，t h ec o m b i n e de f f e c t so fd o pa n dp bo np h o s p h a t a s e c h a n g e dg r a d u a l l yf r o ma n t a g o n i s t i ct os y n e r g i s t i c t h ee f f e c to f3 0 0 m g k gp bo ni n v e r t a s es h o w e df i r s ts t i m u l a t i o na n dt h e ni n h i b i t i o n ，a n d w i t ht i m el e n g t h e n i n g t h er a t eo fi n h i b i t i o nw o u l di n c r e a s e w i t l lt h ec o n c e n t r a t i o no fd e p i n c r e a s i n g ，t h ec o m b i n e de f f e c t s o fd e pa n dp bo ni n v e r t a s ec h a n g e dg r a d u a l l yf r o m a n t a g o n i s t i ct os y n e r g i s t i c ，w h i l et h ec o m b i n e de f f e c t so fd o pa n dp bo ni n v e r t a s ew a s a n t a g o n i s t i c d u r i n gt h e w h o l ec o u r s eo fc u l t i v a t i o n ，3 0 0 m g k gp bs t i m u l a t e ds o i l r e s p i r a t i o n s i g n i f i c a n t l y , a n dt h es o i lr e s p i r a t i o ni n c r e a s e df i r s t ，t h e nd e c l i n e da n df i n a l l ys t a b i l i z e d t h e i n t e r a c t i o n so ft w oc o m b i n e dp o l l u t i o no ns o i lr e s p i r a t i o nw e r es i m i l a r ，s h o w e ds y n e r g i s t i ca t l o wa n dh i g hc o n c e n t r a t i o n s ，b u ts h o w e dt h ed i f f e r e n tt y p eo fi n t e r a c t i o nw i t ht h ee x t e n s i o no f t i m ea tm i d d l ec o n c e n t r a t i o n w i t ht h ee x t e n s i o no ft i m e ，t h em i c r o b i a lb i o m a s sc a r b o no fp bp r o c e s s i n gw a sm o r e t t t h a nt h ec o n t r o l s ，a n dt h em i c r o b i a lb i o m a s sc a r b o ni n c r e a s e df i r s t ，t h e nd e c l i n e da n df i n a l l y s t a b i l i z e d t h ec o m b i n e de f f e c t so fa 1 1t r e a t m e n t so nm i c r o b i a lb i o r n a s sc a r b o ns h o w e d s y n e r g i s t i c ，a n dw i t hd e p , d o pc o n c e n t r a t i o n si n c r e a s i n g ，t h es y n e r g i s t i cw a sm o r eo b v i o u s c o m p a r e dc o m p l e t e l yt h ee f f e c t so ft h et w oc o m b i n e dp o l l u t i o no nt h es i xi n d i c a t o r s ， i n v e r t a s ew a ss u g g e s t e dt ob et h em o n i t o r i n gi n d e xo fc o m b i n e dp o l l u t i o ni ns o i l s k e yw o r d s ：p a e s ；p b ；c o m b i n e dp o l l u t i o n ；i n t e r a c t i o n i i i 独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作 所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集 体，均己在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：蕴董垒日期： 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东：l k n 范大学可以采用影印、缩印 或其它复制手段保存、汇编本学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀 博硕士学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国 学位论文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出 版物形式出版发行和提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：盟 日 期：婴2 1 ：墨； 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名：堡矍 日 期：苎! 翼! 互：垒i 电话： 邮编： 东北师范大学硕士学位论文 第一章前言 随着工农业的发展，进入生态系统中的污染物的种类随时间呈指数增长，环境污染 不再是单一污染的简单体系，而是由各种污染物构成的复合污染为主体。由于单一污 染物在土壤一水植物系统中的行为在某种程度上受制于其它共存的污染物，所以在环境 标准和环境容量的制定中，以单一污染为依据已经无法真实地反应实际状况，因此复合 污染的研究已引起国内外科技工作者的高度重视，并已成为当前环境科学领域的研究热 点。 土壤微生物生态系统中微生物种群的数量、结构组成及其活性是一个随着环境条件 不断变化的动态过程，污染物的胁迫会引起土壤中各微生物种群活细胞数量及组成结构 的变化，同时，土壤中微生物会在生理代谢方面做出响应以适应环境压力。其中，土壤 微生物生物量是土壤微生物变化的敏感指标以及保持土壤质量可持续性演变的重要指 标。土壤酶主要来源于土壤微生物的生命活动，在一定程度上，也反映了土壤微生物的 活性。另外，土壤呼吸强度作为表征土壤生物能量代谢及生命活动的有效指标，一直受 到研究者的重视。 1 1 酞酸酯类化合物的研究概况 酞酸酯( p h t h a l a t ee s t e r s ，简称为p a e s ) 通常为苯二甲酸或酐与醇类酯化反应生成 的化合物，有邻位、对位、间位三种异构体，是大约3 0 种化合物的总称。酞酸酯一般 为无色油状粘稠液体，难溶于水，易溶于有机溶剂，常温下不易挥发。工业上大量生产和 生活中广泛使用的是邻苯二甲酸酯。最常使用的是邻苯二甲酸二乙酯( d e p ) 、邻苯二甲 酸二丁酯( d b p ) 、邻苯二甲酸二辛酯( d o p ) 、邻苯二甲酸二异辛酯( d e h p ) u 。酞酸酯 是世界上广泛使用的人工合成的难降解有机化合物，主要应用于塑料工业的增塑剂和软 化剂，其作用是增大塑料的可塑性和韧性，提高塑料强度，含量可达最终产品的5 0 。这 些酞酸酯( 邻苯二甲酸酯类) 与塑料分子的相容性很好，它们之间由氢键或范德华力连接， 彼此保留各自相对独立的化学性质。因此随使用时间的推移，可由塑料中转移到外环境， 造成对空气、水和土壤的污染乜1 。p a e s 已成为全球最普遍的环境污染物，美国国家环保 局( e p a ) 将6 种p a e s 列为优先控制污染物。目前在我国的土壤、水体、空气和大气沉 降物中已广泛检测出了酞酸酯类化合物。 1 1 1 酞酸酯类化合物的来源 环境中酞酸酯污染来源主要由人类活动造成的，此外还有自然途径，例如，植物木 质素氧化产物中就有酞酸及其酯类。大气中酞酸酯污染主要来自于工业污染源排放，并 东北师范大学硕士学位论文 且存在于大气中的p a e s 会强烈地吸附于颗粒物上，仅有少量以气态形式存在。地面水中 的酞酸酯类主要来自工农业废水、地表径流和空气中颗粒物的沉降等。它们被吸附在水 中的悬浮颗粒物上或以溶解态存在。目前全球地面水中酞酸酯的含量一般为1 0 。9 级。土 壤中的酞酸酯类通常来自工业烟尘的沉降。污水灌溉、塑料废品的堆积、农田塑料薄膜 等长期受雨水浸淋，可使局部土壤受至u p a e s 严重污染n 1 。 1 1 2 酞酸酯类化合物的残留现状及生物危害性 p a e s 在环境中残留期长，具有一定的滞留性。p a e s 在土壤中的降解主要是微生物作 用1 。李立忠等1 研究得出，分子量较小的d m p 、d e p 、d b p 在土壤中易降解，半衰期分别 为1 4 4 h 、1 0 5 h 、2 7 4 h ，而分子量较大的d e h p 、d o p 较难降解，其半衰期分别为1 3 7 d 、 1 5 8 d 。 大量研究表明，p a e s 能被水生植物、鱼类、陆生植物等所富集，并且富集能力较强 n 】 o p a e s 的急性毒性不高，d e h p 对小鼠、大鼠、鸽、兔、鸡经口致死量为l 一- - 3 1 9 k g ，静 脉注射0 0 7 - 0 3g k g 可引起死亡。对大鼠腹腔注射d e h p ，l d 5 0 为5 3 0g k g 。国内外 研究结果显示，p a e s 可导致动物存活率降低、体重减轻、肝肾功能下降、血中红细胞减 少，具有致突变性和致癌性。作为一种环境激素，酞酸酯物质对人体危害主要体现在对内 分泌系统的影响、对生殖与发育的影响、致癌作用、神经系统毒性和对免疫系统的影响， 最重要的就是对生殖系统的影响。 目前，国内外学者针对酞酸酯的降解方法及毒理学方面开展了大量研究。徐新云h 1 研究了d o p 对小鼠精子形态的影响，发现d o p h 匿j i 起小鼠精子的畸形。厉曙光啼1 研究了酞 酸酯对果蝇寿命的影响，发现酞酸酯可降低果蝇的平均寿命，且影响程度与果蝇性别有 关。a m s a i l l e n f a i t 1 等用含有d a p 的饲料喂养已怀孕的大鼠，发现d a p 不仅会对母鼠 的体重，肝产生影响，而且对于幼鼠的体重及骨骼发育方面影响也很显著。李佳华口1 、 胡芹芹哺3 分别研究了d b p 对苦艾草以及斜生藻生理生化的影响。聂湘平呻1 则研究了4 种酞 酸酯类化合物在龙须菜一篮子鱼食物链中的积累、分布和放大状况。b v c h a n g n 们等研 究了四种p a e s ( d b p 、b b p 、d e p 、d e h p ) 的生物降解，结果发现分子量越大，降解趱慢， 降解速率是d b p b b p d e p d e h p ，而且用超声波预处理能更有效地去除淤泥中的p a e s 。 1 2 铅的研究概况 铅是自然界分布很广的元素，在地壳中的含量为0 0 0 1 6 ，列地壳中元素丰度的第 3 5 位1 。由于铅具有密度高、熔点低、柔软易加工、耐腐蚀等优良特性，在许多工业部 门具有广泛用途。仅有四分之一的铅被回收再利用，其余大部分以废气、废水、废渣等 各种形式排放于环境中，造成环境铅污染n 钉。 2 东北师范大学硕士学位论文 1 2 1 铅的来源 环境中的铅有天然来源和人为来源。天然来源主要为岩石矿物，地壳岩石中铅的平 均丰度为1 6 m g k g ，土壤含铅量一般为2 - - 一2 0 0 m g k g 。人为源是环境铅污染的主要来源， 主要来自含铅矿山、冶炼企业的“三废 ( 废水、废气、废渣) ，特别是尾砂。其它工 矿企业含铅废气( 包括微粒) 的排放和汽车尾气( 包括气溶胶) 是大气中铅的主要来源， 废气中的铅最终以各种形式沉降在土壤中。用含铅废水灌溉，施用含铅垃圾，喷洒含铅 农药，都会导致土壤中铅的积累。植物能通过叶子和根系吸收土壤和空气气溶胶中的铅， 其中9 0 以上蓄积在根系里。另外，含有多种铅化合物的颜料、涂漆、釉彩、焊料等广 泛应用于建筑和装修，是造成室内外空气铅污染的重要原因u 羽。 1 2 2 铅的生物危害性 铅是一种广泛存在的环境污染物，在环境中能长期蓄积，可通过食物链、土壤、水 和空气进入人体。铅可与体内一系列蛋白质、酶和氨基酸的官能团主要是巯基相结合， 从多方面干扰机体的生化和生理功能。高浓度的铅可致人死亡，低浓度的铅可使人体 的神经系统和肾脏等所有系统和器官产生损害。环境铅污染已经给人类健康造成严重的 危害，引起了人们的高度关注。植物铅中毒可引起植物的染色体和细胞核发生畸变，同 时，铅能减少根细胞有丝分裂速度，造成作物生长缓慢。铅对高等植物的毒性效应通常 采用根生长试验、种子萌发试验和早期植物幼苗生长试验这三种方法来观察n 1 。晁雷n 伽 等运用植物幼苗早期生长实验，研究了p b 污染土壤对植物生态系统造成的影响，结果表 明，p b 污染能够抑制植物的蛋白质生物合成，另外也可以使小麦幼苗叶片中的叶绿素含 量明显下降。宋玉芳n 耵等开展了重金属对土壤中萝卜种子发芽和根伸长抑制的实验，实 验结果表明，不同铅浓度处理的萝i - 种子的发芽抑制率远小于铅根伸长的抑制率，说明 根伸长对土壤铅污染比种子发芽更敏感，应以根伸长作为土壤铅污染的敏感指标。近年 来，关于铅对土壤生化活性影响的报道也比较多见。李江遐n 明等研究了不同铅添加水平 ( 2 0 0 - 1 2 0 0m g k g ) 对青紫泥田微生物生物量碳及土壤基础呼吸作用、土壤代谢商、土壤 脱氢酶的影响。研究表明：随培养时间延长，青紫泥田生物量碳呈下降趋势，基础呼吸作 用随铅浓度升高而加强。土壤代谢商随培养时间延长变化趋势不同。外源铅胁迫下土壤 脱氢酶活性随铅处理浓度升高明显受抑制。 1 3 土壤复合污染及其特点 1 3 1 复合污染的概念与分类 复合污染在概念上，并不等同于“污染物+ 污染物”；复合污染应该同时具有以下 三个基本条件：( 1 ) 一种以上的化学污染物同时或先后进入同一环境介质或生态系统 同一分室；( 2 ) 化学污染物之间、化学污染物与生物体之间发生交互作用；( 3 ) 经历 化学和物理化学的过程、生理生化过程、生物体发生中毒过程或解毒适应过程等三个阶 段。因此，可以简单地理解为，复合污染是指存在于同一环境介质或生态系统同一分室 3 东北师范大学硕士学位论文 的两种或两种以上的不同性质的环境污染物之间发生联合作用的现象n 7 1 8 l 。 关于复合污染的分类，通常根据污染效应和污染物性质分为以下几种n 卜2 0 7 ： 按复合污染效应分： ( 1 ) 简单相似作用( s i m p l es i m i l a ra c t i o n ) ：也有文献称为相似联合作用、剂 量相加作用和相对剂量相加作用。这种作用无相互作用，表现为各单一污染物之间无相 互影响，所有污染物作用方式、作用机制均相同，只是强度不同。如果按一定比例，用 一种污染物代替另一种污染物，其复合污染效应不改变。 ( 2 ) 独立联合作用( i n d e p e n d e n tj o i n ta c t i o n ) ：也称为简单不相似作用、简 单独立作用、或效应相加作用。这种作用也无相互作用，但污染物的作用方式、机制和 部位不同，因而常常出现在一种污染物先进入环境，并与生物体发生作用后，导致机体 抵抗力下降，从而当后一种污染物进入环境后，并与上述生物体作用时，其污染效应明 显增强。 ( 3 ) 交互作用( i n t e r a c t i o n ) ：污染物之间存在相互作用，所产生的联合作用效 应大于或小于各污染物单一污染所产生的效应之和。联合作用增强的称为协同 ( s y n e r g i s t i c ) 、加强( p o t e n t i a t i n g ) 或超相加( s u p r a a d d i t i v e ) ，反之，为拮抗 ( a n t a g o n i s t i c ) 、抑制( i n h i b i t i v e ) 或亚相加( s u b a d d i t i v e ) 。 总之，不管哪一种联合作用，按其所产生的效应，可以分成三种：即相加、协同和 拮抗。严格地说，复合污染必然会产生协同或拮抗，绝对的相加作用是不存在的。因此， 复合污染中交互作用更具有普遍性，也是目前复合污染研究中的重点，许多文献中提到 的复合污染大多属于这一类型。 按污染物类型分： ( 1 ) 有机复合污染：由两种或两种以上有机污染物共存所形成。目前研究较多的是 两种农药之间的复合污染。 ( 2 ) 无机复合污染：两种或两种以上无机污染物同时作用所形成的环境污染现象。 重金属元素之间的复合污染是当前无机复合污染研究的重点。 ( 3 ) 有机一无机复合污染：有机污染物和无机污染物在同一环境中同时存在所形成 的环境污染现象。目前研究主要集中在重金属与农药、有机螯合剂、石油烃及芳香类化 合物之间的复合污染。 1 3 2 土壤中有机污染物与重金属之间的交互作用形式及特点 土壤中有机污染物一重金属复合污染既是普遍存在又是非常复杂的，实际体系中所有 这些过程都不是孤立的，而是同时存在于交互作用的总过程之中。有机污染物一重金属 在土壤中的交互作用主要包括三种形式。第一，有机污染物一重金属在土壤中吸附行为 的交互作用；第二，有机污染物一重金属在土壤中化学作用过程的交互作用；第三，有 机污染物一重金属在土壤中的微生物过程幢。 ( 1 ) 吸附行为的交互作用 4 东北师范大学硕士学位论文 土壤是一个由无机( 粘土矿物) 、有机( 腐殖酸类) 以及有机一无机胶体所组成的胶体 体系，具有较强的吸附性能。有机污染物和重金属在土壤中存在着对吸附点位的竞争， 它们在环境中的同时出现往往会在吸附行为上形成交互作用。 有机污染物在土壤中的吸附点位主要是土壤中的腐殖质部分。土壤中有机质的碳链 结构所构成的疏水微环境，对有机污染物质的吸附起着非常重要的作用。有机化合物通 过在这些疏水微环境与水界面上的分配而被吸附在土壤表面。疏水性的有机污染物在土 壤中的吸附系数往往与土壤中有机碳的含量相关。可是对于疏水性较差的极性有机污染 物，例如，许多极性农药，它们在土壤中的吸附系数较之疏水性强的有机污染物要小得 多。这些物质往往通过在土壤或粘土矿物表面发生静电作用以及形成氢键等方式产生一 定量的吸附。 重金属在土壤中吸附行为的影响因素非常多，概括起来主要有土壤的阳离子交换容 量、粘土矿物组成、有机质质量分数、重金属离子本身的电荷性质、价态、水合半径以 及平衡介质的酸度等。重金属的存在通常不会影响有机污染物( 特别是以分子形态存在 的有机物) 在土壤上的吸附，它本身在土壤有机质上的吸附则主要是通过与有机质官能 团之间的络合作用而产生的，其中汞、铜、镍和镉等具有比较强的络合能力，其络合点 位主要为羧基、羟基以及胺基等；而极性有机污染物可以通过静电作用以及在土壤中的 粘土矿物上形成氢健等方式被吸附在土壤表面，从而与重金属发生竞争吸附。土壤中的 重金属与有机污染物之间也能够发生配位反应生成有机配合体，而这种配合体可能改变 土壤一水界面上的分配系数，导致重金属在土壤中的表观吸附量增加或降低。王慎强等口羽 研究表明邻苯二胺能够在土壤溶液中发生配位反应生成铜的有机配合体，导致铜在土壤 中的表观吸附量增加。 ( 2 ) 化学过程的交互作用 从化学角度来考虑，重金属一有机污染物在土壤中的交互作用过程主要包括络合、 氧化还原以及沉淀等，这些过程的发生对其在土壤中的交互作用有非常重要的影响。有 机污染物与重金属共存，其直接的结果就是可能形成重金属一有机络合物，这些络合物 将显著改变重金属以及有机污染物在土壤中的物理化学行为，从而使得土壤表面对重金 属的保持能力、水溶性、生物有效性等发生一系列的影响；另外，一些重金属还能与有 机污染物作用而导致有机化，例如，汞、锡等可与有机污染物发生作用而生成毒性更大 的金属有机化合物( 甲基汞、三甲基锡等) 。另外，变价的重金属与有机污染物共存可 能存在氧化还原的交互作用，最典型的例子是六价铬、五价砷、五价锰等和有机污染物 ( 如，苯酚类、苯胺类) 在土壤中共存时会发生氧化还原反应。 ( 3 ) 微生物学过程的交互作用 污染物在土壤中的作用不仅包含物理的和化学的过程，同时也包含生物过程。般 认为，重金属一有机复合污染对土壤生物学过程的作用，主要是通过影响酶的活性从而 间接影响有机污染物的降解。另一方面，它们也通过改变土壤的氧化还原能力从而影响 对有机污染物一重金属的交互作用。通常，+ 重金属污染容易导致土壤中酶活性的降低， 5 东北师范大学硕士学位论文 呼吸作用减小，氮的矿化速率变慢，有机污染物降解半衰期延长等。当然，重金属对土 壤中微生物活性的影响，也与重金属种类以及土壤类型、有机污染物的结构等有关。例 如，镉的存在对污泥的分解有非常明显的减缓作用，可是它对葡萄糖、纤维素的作用就 非常小，原因是镉的加入导致它在有机质上的吸附，从而使有机质的分解速度变慢。 1 3 3 土壤有机物一重金属复合污染研究现状及展望 近年来，国内外相继开展了土壤环境中多种无机污染物( 重金属) 之间、多种有机 污染物之间以及有机污染物和无机污染物之间交互作用的研究工作。尤其是多种重金属 和有机污染物共存时的复合污染更成为当前复合污染研究的方向和重点。目前，土壤有 机物一重金属复合污染的研究主要集中在有机螯合剂、农药、石油烃及芳香类化合物与 重金属的复合污染研究瞳引。 张倩茹等他4 3 研究表明：乙草胺一铜复合污染比其单一污染更能降低土壤脱氢酶的活 性，并且乙草胺一铜复合污染土壤与长期施用农药土壤具有较高相似性( 相似系数达 7 4 1 ) ；胡著邦等乜5 1 研究表明镉与苄嘧磺隆除草剂单一污染和复合污染对土壤微生物生 物量碳、基础呼吸、磷酸酶和蔗糖酶活性的影响均随时间的推移表现为先增加后减小的 趋势，并且镉与苄嘧磺隆除草剂复合污染之间存在明显的交互作用，对土壤生物学指标 的影响依次为：镉与苄嘧磺隆除草剂复合污染 苄嘧磺隆除草剂 镉。b a r b a r a 等啪1 研究了 多环芳烃和三种重金属( z n 2 + ，p b 2 + ，c d 2 + ) 污染对土壤酶( 磷酸酶或脱氢酶) 、土 壤中细菌总量及呼吸强度的影响，结果指出p a h 与重金属复合污染对土壤微生物的影响 比其单一污染更强。i i h an 乜钉研究了多环芳烃芘和重金属c r 、p b 、c u 、c d 复合污染对土 壤微生物脱氢酶的影响，认为重金属与多环芳烃复合污染对微生物的毒性与土壤有机质 含量成正相关，而与无定形相( a m o r p h o u sp h a s e ) 成负相关。s h e ng h 等啪1 研究了重金 属( c d 、z n 、p b ) 与多环芳烃( 菲、荧葸、苯并a 芘) 对土壤脲酶和脱氢酶的影响，结 果表明脱氢酶比脲酶更为敏感。陈莹莹1 研究了除草剂丁草胺和重金属镉( c d ) 复合污染 对土壤呼吸强度的影响，结果表明复合污染对土壤呼吸强度的影响存在明显的交互作用， 与单一污染相比，对土壤呼吸强度的影响依次表现为：丁草胺 c d 与丁草胺复合污染 c d 。 1 4 复合污染对土壤微生物的生态毒理效应 土壤微生物是土壤生态系统中的重要成员，它们可以分为细菌、真菌、放线菌、藻 类和原生动物等。研究发现，土壤微生物类群的特性和数量与土壤肥力和植物生长有着 密切关系。在土壤以及生物圈的物质循环和能量流动中，土壤微生物起着关键性的作用。 近年来，开展复合污染条件下土壤微生物的生态毒理效应研究，建立复合污染微生物诊 断指标，已成为复合污染微生物生态学的一个重要内容。目前，文献报道的指标主要包 括土壤酶活性、微生物生物量、呼吸作用等方面。 6 东北师范大学硕士学位论文 1 4 1 复合污染对土壤酶活性的影响 土壤酶在土壤生态系统的物质循环和能量流动方面扮演了重要的角色。土壤酶作为 生物催化剂具有加快土壤生物反应速率的功能，它几乎参与了土壤中所有生化过程的活 动，在土壤的c 、n 、p 循环中起着重要的作用。土壤酶活性与土壤质量的很多理化指标 相联系，而且对环境等外界因素引起的变化较为敏感，近年来，人们开展了大量的复合 污染对土壤酶活性影响的研究工作都表明土壤酶是土壤复合污染的重要生物活性指标 之一。例如，杨志新等啪1 进行了土壤酶作为重金属复合污染的主要生化指标的可行性研 究，并验证重金属总量的离子冲量与脲酶活性有显著的直线负相关性。张慧等口1 1 研究证 明可以把脱氢酶和多酚氧化酶作为镉芘复合污染的动态检测指标。目前，被用来做土壤 监测指标的土壤酶主要有脲酶、脱氢酶、转化酶、磷酸酶等，但监测结果差异较大，其 原因主要是由于酶类型、土壤性质等不同导致的。 1 4 2 复合污染对土壤呼吸的影响 土壤呼吸，严格意义上是指未扰动土壤中产生二氧化碳的所有代谢作用，包括三个 生物学过程( 即土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸) 和一个非生物学过程( 含碳矿 物质的化学氧化作用) 。它决定了土壤碳素周转的速率，并能反映土壤微生物量的整体 活性，是评价污染物对土壤微生物生态效应的重要指标之一张昀等羽研究发现吡嘧磺 隆，二氯喹啉酸能刺激土壤呼吸作用。而龚平等口朝采用室内培养研究了c d 、z n 、菲和多 效唑复合污染的土壤微生物生态效应，表明这4 种污染物均明显的抑制了土壤呼吸，而且 微生物的呼吸强度和生物量之间存在很好的相关性。程莹莹啪1 在研究丁草胺与镉复合污 染对土壤呼吸强度的影响时同样也发现了土壤呼吸强度的敏感性。 1 4 3 复合污染对土壤微生物生物量的影响 土壤微生物生物量是指土壤中体积小于5 x 1 0 3 u l t l 3 的生物总量，包括细菌、真菌、放 线菌和小型动物，但活的植物体如植物根系等不包括在内。广义的土壤微生物生物量包 括微生物量碳、微生物量氮、微生物量磷以及微生物量硫，它们均可采用氯仿熏蒸提取 法来测定。一般以微生物量碳含量来表示土壤微生物生物量，它虽然仅占土壤有机质的 很小一部分( 1 - 4 ) ，但所起的作用不可低估，因其所含养分有效性较高，常被看成是土 壤活性有机质组分。土壤微生物生物量在养分循环和生态系统持续稳定上起着重要的作 用，不仅是土壤肥力的一项重要参数，而且也是土壤微生物变化的敏感指标以及是保持 土壤质量可持续性演变的重要指标。胡著邦【2 5 】在研究镉与苄嘧磺隆复合污染土壤的微生 物生态效应时发现，二者复合污染抑制了微生物生物量碳，且生物量碳随时间变化有先 降低后升高的规律。贾继元【3 4 】在铅一苄嘧磺隆复合污染对青紫泥微生物生物量影响的研 究中发现了同样的规律，而且在一定范围内，随污染物浓度的增加，复合污染对生物量 碳的抑制效应也越强。 7 东北师范大学硕士学位论文 1 5 本文的研究内容、目的及意义 随着农业塑料薄膜、蔬菜大棚的大量使用以及污水灌溉的推广，农田越来越多的受 到p a e s 的污染。同时，工业废气和汽车尾气排放以及污水灌溉和污泥的使用使得农田 中的p b 污染也十分普遍。由此可见，在农田土壤生态系统中p a e s 和p b 污染物同时存 在非常普遍。但是，目前关于酞酸酯类化合物与铅复合污染对土壤生态环境微生物学指 标影响的研究国内外至今没有报道。本论文拟研究两种典型酞酸酯d e p 、d o p 与p b 复合 污染以及p b 单一污染对四种土壤酶( 过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶和转化酶) 活性、土 壤呼吸以及土壤微生物生物量碳的影响，揭示其动态变化规律，阐明二者复合污染的交 互效应。该研究可为全面评价酞酸酯与铅复合污染对土壤质量的影响提供基础科学依 据，并为制定更加科学、准确的土壤环境质量标准提供理论依据。 8 东北师范大学硕士学位论文 2 1 实验材料 2 1 1 化学试剂 药品名称 邻苯二甲酸二乙酯 邻苯二甲酸二辛酯 正己烷 醋酸铅 次氯酸钠 高锰酸钾 柠檬酸 氢氧化钾 氢氧化钠 硫酸 甲苯 甲醇 乙醇 丙酮 尿素 苯酚 过氧化氢 无水碳酸钠 磷酸苯二钠 盐酸 硫酸钾 氯仿 葡萄糖均为化学纯 铁氰化钾 4 氨基氨替比啉 氯化铵 氨水 3 ，5 二硝基水杨酸 酒石酸钾钠 第二章实验材料与方法 级别 化学纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 化学纯 化学纯 化学纯 化学纯 化学纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 化学纯 分析纯 9 生产厂家 北京化工厂 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 北京化工厂 天津市华东试剂厂 天津市化学试剂厂 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 天津市塘沽化学试剂厂 上海三爱思试剂有限公司 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 沈阳试剂三厂 国药集团化学试剂有限公司 北京益利精细化学品有限公司 北京化工厂 中国医药上海化学试剂有限公司 北京化工厂 东北师范大学硕士学位论文 磷酸氢二钠 磷酸二氢钾 蔗糖 葡萄糖 二氯甲烷 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 北京化工厂 2 1 2 主要仪器 i r h - - 2 5 0 _ g 型光照恒温培养箱，广东省医疗器械厂 t h 乙一8 2 型恒温振荡器，常州国华电器有限公司 d h g - - 9 0 7 6 型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司 t 6 新世纪紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限公司 控温空气浴培养摇床，南京实验仪器厂 低速离心机，北京医用离心机厂 旋片真空泵，上海申光仪器仪表有限公司 h g 3 0 3 - 4 型电热恒温培养箱，南京实验仪器厂 t o c 5 0 0 型总有机碳分析仪，日本岛津公司 t o c - v 型总有机碳分析仪，日本岛津公司 a c c u l a b 系列电子分析天平，德国赛多利斯股份公司 1 0 1 1 型干燥箱，上海市实验仪器厂 2 1 3 土样的采集及前处理 供试土壤为吉林农业大学试验田土壤，采集0 2 0 c m 深新鲜土样，剔除植物残根及 石砾等杂物，过2 m m 筛备用。用常规方法嘶3 分析土壤理化性质。土壤基本理化性质见 表2 1 。 表2 - 1 供试土壤的基本理化性质 t a b l e 2 - 1t h ep h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e so fs o i l st e s t e d 2 2 实验设计 实验设置8 个处理：1 ) 对照( c k ) ；2 ) 铅3 0 0 m g k g ( p b 3 0 0 ) ：3 ) d e p l o m g k g + 铅 3 0 0 m g k g ( d e p l 0 + p b 3 0 0 ) ：4 ) d e p 5 0 m g k g + 铅3 0 0 m g k g ( d e p 5 0 + p b 3 0 0 ) ；5 ) d e p 5 0 0 m g k g 铅3 0 0 m g k g ( d e p 5 0 0 + p b 3 0 0 ) ；6 ) d o p 10 m g k g + - 铅3 0 0 m g k g ( d o p10 + p b 3 0 0 ) ； 1 0 东北师范大学硕士学位论文 7 ) d o p 5 0 m g k g + 铅3 0 0 m g k g ( d o p 5 0 + p b 3 0 0 ) ；8 ) d o p 5 0 0 m g k g + 铅3 0 0 m g k g ( d o p 5 0 0 + p b 3 0 0 ) 。其中d e p 、d o p 与p b 浓度的选择依据是根据文献报道和实验室室内模拟试 验一般用量而设定的。 取实验土样2 k g 置于2 l 烧杯中，调节含水量至田间最大持水量的5 0 左右，置于 2 5 恒温培养箱中避光预培养7 天。预培养结束后，进行染毒。例如，d e p l 0 + p b 3 0 0 的处理，首先根据原药浓度，量取一定量的d e p ，溶于分析纯正己烷中，配制成一定浓 度的d e p 正己烷溶液，然后移取l m l 已配溶液至1 0 0 9 风干土样中，使土壤中的d e p 浓度为1 0 m g k g ，混匀，放入通风橱中，待正己烷完全挥发后，再加入已经配好的p b ( a c ) 2 水溶液，使p b 2 + 在土壤中的浓度为3 0 0 m g k g 。采用同样方法制备其余各浓度的复合污 染土壤。染毒后调节土壤含水量为田间最大含水量的5 0 ，并将土壤置于2 5 恒温培 养箱中进行暗培养。在培养的当天以及第3 、6 、1 0 、1 5 、2 0 、2 5 、3 0 、3 5 、4 2 、4 9 、5 6 天取样测定所选土壤微生物学指标。其中脲酶、磷酸酶、转化酶活性需做无土对照及无 基质对照，过氧化氢酶、土壤呼吸量、土壤微生物生物量碳需做无土对照。每个处理作 3 个平行。 2 3 实验方法 2 3 1 土壤含水量的测定 土壤含水量采用酒精燃烧法测定啪1 。 称取土样5 o g ，放入已知重量的铝盒中，向铝盒中滴加酒精，直到土样被完全浸没。 燃着酒精，经数分钟后火熄灭，待样品冷却后称量。经计算得到干土重量。 土壤含水量= ( 湿土重一千土重) 干土重1 0 0 2 3 2 土壤过氧化氢酶活性的测定 过氧化氢酶的测定采用高锰酸钾滴定法m 1 。 取2 0 克土样，置于1 0 0 m l 三角瓶中，注入4 0 m l 蒸馏水和5 m lo 3 过氧化氢溶液； 振荡2 0 m i n ；加入5 m 1 1 5 m o l l 硫酸，以稳定未分解的过氧化氢；将瓶中悬液过滤；吸 取2 5 m l 滤液，用o 0 2 m o l l 高锰酸钾滴定至淡粉红色终点。 结果计算：用于滴定土壤滤液所消耗的高锰酸钾量( 毫升数) 为b ，用于滴定2 5 m l 原始的过氧化氢混合液所消耗的高锰酸钾量( 毫升数) 为a 。 ( a b ) t 即为过氧化氢酶活性。以2 0 m i n 后l g 土壤消耗的0 0 2 m o l l 高锰酸钾 的毫升数表示。式中t 为高锰酸钾滴定度的校正值。 2 3 3 土壤脲酶活性的测定 土壤脲酶活性的测定采用靛酚蓝比色法啪1 。 称5 o 克土样，置于5 0 m l 三角瓶中，加l m l 甲苯，1 5 m i n 后加1 0 m l1 0 的尿素液 和2 0 m l p h 6 7 柠檬酸盐缓冲液。摇匀后在3 7 c 恒温箱中培养2 4 h 。过滤后取3 m l 滤液注 l l 东北师范大学硕士学位论文 入5 0 m l 容量瓶中，然后加蒸馏水至2 0 m l 。再加2 m l 苯酚钠溶液和1 5 m 1 次氯酸钠溶液， 边加边摇匀。2 0 m i n 后显色，定容。1 h 内在分光光度计上于波长5