（环境工程专业论文）表面活性剂对稀脉浮萍和紫背浮萍的毒性效应研究.pdf

硕士学位论文 摘要 石油化学工业的迅速发展，为表面活性剂的生产提供了丰富廉价的原料，从而使世 界表面活性剂的产量迅速增长，其应用范围也越来越广，几乎渗透了所有的工业领域。 随着其广泛的被应用于各个领域，含表面活性剂的废水、废渣不可避免的排入水体、土 壤等环境中，其对水体和土壤的污染问题也随之而来，并受到国内外的广泛关注。而浮 萍是较为常见且分布广泛的水生植物，它因繁殖快、产量高、营养价值丰富而被广泛应 用于植物生物学的研究和水生生态毒理学的研究。 本文以阴离子型表面活性剂直链烷基苯磺酸钠( l a s ) 、阳离子表面活性剂十六烷 基三甲基溴化胺( c t m a b ) 、非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚( o p 1 0 ) 为研究对 象，以稀脉浮萍和紫背浮萍的生长量、叶绿素、p o d 活性变化作为观测指标，比较研究 了不同类型表面活性剂在单一及复合污染情况下分别对稀脉浮萍和紫背浮萍的生理生 化特性的影响，为深入阐述和比较不同类型表面活性剂分别在单独及复合状态下对水生 植物的生长影响提供依据和参考。 在l a s 、c t m a b 、o p 1 0 单独处理时，稀脉浮萍和紫背浮萍的生长量及叶绿素a 、 叶绿素b 和叶绿素总含量受到的抑制作用均随着l a s 、c t m a b 、o p 1 0 浓度的升高而 升高；当浓度小于l m g l 时，其对浮萍生长的抑制作用较少，浮萍生长呈上升趋势，叶 绿素含量变化较少，当浓度大于5 m g l 时，其对浮萍生长的抑制作用明显增强，浮萍出 现负增长，叶绿素含量变化波动也较大，其对浮萍的抑制作用的强弱表现为：c t m a b l a s o p 1 0 ；同一表面活性剂在相同条件下，对紫背浮萍的毒性作用小于其对稀脉 浮萍的毒性作用；经9 6 h 处理后，稀脉浮萍和紫背浮萍的p o d 活性随着l a s 、c t m a b 浓度的增加先增加后减少，其中c t m a b 在浓度为5 m g l 时，浮萍体内的p o d 活性均 达到峰值，l a s 在浓度为1 0 m g l 时，p o d 活性达到峰值，而在o p - 1 0 的处理下，稀脉 浮萍体内的p o d 活性在本实验浓度设置范围内未达到峰值，而紫背浮萍体内的p o d 活 性在o p 1 0 的浓度大于1 0 m g l 时其值变化平稳。 在l a s + o p 一1 0 、c t m a b + o p 1 0 、l a s + c t m a b 复合污染处理时，其对稀脉浮萍和 紫背浮萍的毒性作用大小与其浓度成正比，与l a s 、c t m a b 、o p - 1 0 单独处理时相比， 复合后对浮萍生长和叶绿素产生的抑制大小依次为：l a s l a s + o p 一1 0 o p 一1 0 ； c t m a b c t m a b + o p 1 0 o p 1 0 ：l a s + c t m a b c t m a b l a s 。经9 6 h 处理，稀 脉浮萍和紫背浮萍p o d 活性均随l a s + o p 1 0 、c t m a b + o p 1 0 、l a s + c t m a b 浓度的 增加先增加后降低，其中当l a s + o p 1 0 和c t m a b + o p - 1 0 的浓度为1 0 m g l ，p o d 均 达到峰值，其值分别比其对照组高出2 9 9 7 、3 3 2 4 和2 5 2 4 、2 9 2 8 。当l a s + c t m a b 为5 m g l 时，p o d 均达到峰值，其值分别比其对照组高出3 5 4 6 和3 2 1 7 。 关键词：l a s ；c t m a b ；o p 一1 0 ；浮萍；毒性 表面活性剂对稀脉浮萍和紫背浮萍的毒性效应研究 a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fp e t r o c h e m i c a li n d u s t r yp r o v i d ep l e n t yo fc h e a pr a wm a t e r i a l s f o r t h ep r o d u c t i o no fs u r f a c t a n t ，w h i c hm a k e st h ew o r l ds u r f a c t a n to u t p u tg r o w t h ，i t s a p p l i c a t i o ns c o p ei sm o r ea n dm o r ew i d e l y , a l m o s ta l lo f t h ei n d u s t r i a lf i e l dp e n e t r a t i o n w i m t h es u r f a c t a n tw i d e l yu s e di na l lk i n d so ff i e l d s w a s t e w a t e ra n dw a s t er e s i d u ew h i c h i n c l u d i n gs u r f a c t a n t si n e v i t a b l yi n t ow a t e r , s o i le n v i r o n m e n t ，t h e ni tc a u s i n gt ow a t e ra n ds o i l p o l l u t i o na n di n c r e a s i n g l ya t t e n t i o n a th o m ea n da b r o a d d u c k w e e di saa q u a t i cp l a n t sw h i c h i sm o r ec o m m o no na n dw i d e l yd i s t r i b u t e d ，i tf o rb r e e d i n gf a s t ，h i g ho u t p u t ，n u t r i t i o n a lv a l u e a r ew i d e l yu s e di np l a n tb i o l o g yr e s e a r c ha n da q u a t i ce c o l o g i c a lt o x i c o l o g yr e s e a r c h t 1 1 i sp a p e rr e s e a r c h i n gt h eo b j e c to ft y p ea n i o n i cs u r f a c t a n to fa m y l o s ea l k y lb e n z e n e s u l f o n i ca c i ds o d i u m ( l a s ) ，c a t i o n i cs u r f a c t a n to fc e t y lt h r e em e t h y lb r o m i n a t e da m i n e ( c t m a b ) a n dn o n - i o ns u r f a c t a n to fa l k y lp h e n o lg a t h e ro x y g e nv i n y le t h e r ( o p - lo ) ，u s e i n g b i o m a s si n c r e a s e ，c h l o r o p h y l la n dp e r o x i d e s ( p o d ) a c t i v i t yo fl e m m aa e q u i n o c t i a l i sa n d s p i r o d e l ap o l y r r h i z aa st h eo b s e r v a t i o ni n d e x ，c o m ps t u d y i n gt h ed i f f e r e n tt y p e so fs u r f a c t a n t e f f e c t so fp h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fl e m m aa e q u i n o c t i a l i sa n ds p i r o d e l a p o l y r r h i z ao nas i n g l ea n dac o m p o u n dc a s e sr e s p e c t i v e l y ，p r o v i d e dt h e b a s i sa n dt h e r e f e r e n c ef o rt h ed i f f e r e n tt y p e so fs u r f a c t a n t si n f l u e n c et h e a q u a t i cp l a n tg r o w t hi n t h e s e p a r a t es t a t ea n dt h ec o m p o s i t es t a t e i nt h ei n d i v i d u a lt r e a t m e n to fl a s 、c t m a ba n do p - 10 ，t h eg r o w t h ，c h l o r o p h y l la ， c h l o r o p h y l lba n dc h l o r o p h y l lp r o d u c t i o no ft o t a lo fl e m m aa e q u i n o c t i a l i sa n ds p i r o d e l a p o l y r r h i z aa r ei n h i b i t i o na st h ei n c r e a s eo ft h ec o n c e n t r a t i o no fl a s 、c t m a ba n do p - 1 0 ， w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no ft h e s es u r f a c t a n t sl e s st h a n1m g l ，t h ei n h i b i t i o no fd u c k w e e d s g r o w t hi sl e s s ，t h eg r o w t ho fd u c k w e e d si sr i s i n ga n dt h ec h a n g eo ft h ec h l o r o p h y l lc o n t e n ti s a s l ol e s s ；w h e nt h ec o n c e n t r a t i o ni sg r e a t e rt h a n5m g l ，t h ei n h i b i t i o no ft h ed u c k w e e d s g r o w t h o ne n h a n c e do b v i o u s l y ，t h eg r o w t ha p p e a ro nn e g a t i v eg r o w t h ，a n dc h l o r o p h y l l c o n t e n tc h a n g e sf l u c t u a t i o ni sb i g g e ra l s o ；t h ei n h i b i t i o no ft h ei n t e n s i t yo fr o l ei sa sf o l l o w s ： c t m a b l a s o p - 1 0 ；i nt h es a l t l ec o n d i t i o n ，t h et o x i ce f f e c to ft h es a l n es u r f a c t a n tt o s p i r o d e l ap o l y r r h i z al e s st h a nt h et o x i c i t yo fl e m m aa e q u i n o c t i a l i s a f t e rf o u rd a y sp r o c e s s i n g ， w i t l lt h ei n c r e a s i n go ft h ec o n c e n t r a t i o no fl a sa n dc t m a b t h ep o da c t i v i t yo fl e m m a a e q u i n o c t i a l i s a n d s p i r o d e l ap o l y r r h i z a a r et h ef i r s ti n c r e a s e st h e nr e d u c e ，w h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fc t m a bi s5 m g l ，t h ep o d a c t i v i t yo fl e m m aa e q u i n o c t i a l i sa n ds p i r o d e l a p o l y r r h i z ar e a c h e dt h ep e a k ，a n dw h e n t h ec o n c e n t r a t i o no fl a si s10 m g l ，t h ep o da c t i v i t y o fl e m m aa e q u i n o c t i a l i sa n ds p i r o d e l ap o l y r r h i z aa l s or e a c h e dp e a k i nt h ep r o c e s s i n go f o p 一10 ，i nt h i se x p e r i m e n tc o n c e n t r a t i o nr a n g es e t ，t h ep o da c t i v i t yo fl e m m a a e q u i n o c t i a l i s d i dn o tr e a c hp e a k ，b u tt h ep o da c t i v i t yo fs p i r o d e l ap o l y n h i z aa c h i e v e df l a tw h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fo p 一10i sm o r et h a n10m g l i nt h ec o m p o s i t ep r o c e s so fl a s + o p 一10 、c t m a b + o p - 10 、l a s + c t m a b ，t h es t r e n g t h o ft h et o x i ce f f e c to fl e m m aa e q u i n o c t i a l i sa n ds p i r o d e l ap o l y r r h i z ai sp r o p o r t i o n a lt oi t s i i i 硕士学位论文 c o n c e n t r a t i o n c o m p a r e dw i t ht h ei n d i v i d u a lt r e a t m e n to fl a s 、c t m a ba n do p 10 ，a f t e rt h e s u r f a c t a n tc o m p o u n d t h ei n t e n s i t yo ft h ei n h i b i t i o no ft h eg r e wa n dc h l o r o p h y l lo fl e m m a a e q u i n o c t i a l i sa n ds p i r o d e l ap o l y r r h i z aa r ea sf o l l o w s ：l a s l a s + o p 10 o p 1 0 ：c t m a b c t m a b + o p - 1 0 o p - 1 0 ；l a s + c t m a b c t 嗄a b l a s a f t e rf o u rd a y sp r o c e s s i n g ， w i t ht h ei n c r e a s i n go f t h ec o n c e n t r a t i o no f l a s + o p 1 0 、c t m a b + o p 1 0a n dl a s + c t m a b t h ep o d a c t i v i t yo fl e m m aa e q u i n o c t i a l i sa n ds p i r o d e l ap o l y r r h i z aa r et h ef i r s ti n c r e a s e st h e n r e d u c e ，w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fl a s + o p 1 0a n dc t m a b + 0 p - 1 0a l e1 0 m g l ，t h ep o d a c t i v i t yo fl e m m aa e q u i n o c t i a l i sa n ds p i r o d e l ap o l y r r h i z ar e a c h e dt h ep e a k ，c o m p a r e dt ot h e c o n t r o lg r o u p ，t h ep e a ki sa b o v e2 9 9 7 、3 3 2 4 a n d2 5 2 4 、2 9 2 8 r e s p e c t i v e l y a n d w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fl a s + c t m a bi s5 m g l t h ep o da c t i v i t yo fl e m m aa e q u i n o c t i a l i s a n ds p i r o d e l ap o l y r r h i z ar e a c h e dt h ep e a k ，r e s p e c t i v e l y ，i t sv a l u ew e r e3 5 4 6 a n d3 2 17 h i g h e rt h a nt h ec o n t r o lg r o u p k e yw o r d s ：l a s ；c t m a b ；o p 一10 ；d u c k w e e e d ；t o x i c i t y i v 表面活性剂对稀脉浮萍和紫背浮萍的毒性效应研究 插图索引 图2 1 不同浓度的l a s 对稀脉浮萍的生长曲线的影响1 5 图2 2 不同浓度的c t m a b 对稀脉浮萍的生长曲线的影响1 6 图2 3 不同浓度的c t m a b 对稀脉浮萍的生长曲线的影响17 图2 4 不同浓度的l a s 对稀脉浮萍叶绿素含量的影响1 8 图2 5 不同浓度的c t m a b 对稀脉浮萍叶绿素含量的影响1 9 图2 6 不同浓度的o p 1 0 对稀脉浮萍叶绿素含量的影响2 0 图2 7 不同浓度的l a s 、c t m a b 、o p 1 0 对稀脉浮萍p o d 活性的影响2 1 图3 1 不同浓度的l a s 对紫背浮萍的生长曲线的影响2 3 图3 2 不同浓度的c t m a b 对紫背浮萍的生长曲线的影响2 3 图3 3 不同浓度的o p 1 0 对紫背浮萍的生长曲线的影响a z 2 4 图3 4 不同浓度的l a s 对紫背浮萍叶绿素含量的影响2 5 图3 5 不同浓度的c t m a b 对紫背浮萍叶绿素含量的影响2 6 图3 6 不同浓度的o p 1 0 对紫背浮萍叶绿素含量的影响2 6 图3 7 不同浓度的l a s 、c t m a b 、o p 1 0 对紫背浮萍p o d 活性的影响2 7 图4 1 不同浓度的l a s 和o p 1 0 复合后对稀脉浮萍的生长曲线的影响3 0 图4 2 不同浓度的c t m a b 和o p 一1 0 复合后对稀脉浮萍的生长曲线的影响3 l 图4 3 不同浓度的l a s 和c t m a b 复合后对稀脉浮萍的生长曲线的影响3 2 图4 4 不同浓度的l a s 和o p 1 0 复合对稀脉浮萍叶绿素含量的影响：3 3 图4 5 不同浓度的c t m a b 对稀脉浮萍叶绿素含量的影响3 3 图4 6 不同浓度的l a s 和c t m a b 复合对稀脉浮萍叶绿素含量的影响3 4 图4 7 不同浓度的l a s 、c t m a b 、o p 1 0 复合对稀脉浮萍p o d 活性的影响3 5 图5 1 不同浓度l a s 和o p 1 0 复合对紫背浮萍的生长曲线的影响3 8 图5 2 不同浓度的c t m a b 和o p 1 0 复合后对紫背浮萍的生长曲线的影响3 9 图5 3 不同浓度的l a s 和c t m a b 复合后对紫背浮萍的生长曲线的影响4 0 图5 4 不同浓度的l a s 和o p 1 0 复合对紫背浮萍叶绿素含量的影响4 1 图5 5 不同浓度的c t m a b 和o p 一1 0 复合对紫背萍叶绿素含量的影响4 1 图5 6 不同浓度的l a s 和c t m a b 复合对紫背浮萍叶绿素含量的影响4 2 图5 7 不同浓度的l a s 、c t m a b 、o p 1 0 复合对稀脉浮萍p o d 活性的影响4 3 v i i 硕士学位论文 附表索引 表1 1l a s 对水生植物的影响4 表1 2 表面活性剂对一些水生动物的毒理学数据5 表2 1 主要试验仪器一览表1 3 表2 2 供试表面活性剂的理化性质1 3 表2 3 完全培养液成分1 4 v i i i 表面活性剂对稀脉浮萍和紫背浮萍的毒性效应研究 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 表面活性剂工业是一门新兴的精细化学工业。随着石油化学工业的迅速发展，为表 面活性剂的生产提供了丰富廉价的原料，从而使世乔表面活性剂的产量迅速增长，商品 品种越来越多，其应用范围也越来越广，现已成为国民经济的基础工业之一，几乎渗透 了所有的工业领域。随着表面活性剂广泛的被应用于各个领域，其对水体和土壤等环境 的污染问题也随之而来。 当进入到水体后的表面活性剂浓度达到1m g l 时，就有可能在水面出现一些不容 易消散的泡沫，并在水面形成一层隔离层，这层隔离层能减弱水体与大气之间的氧气转 换，从而导致水体因缺氧而发臭。表面活性剂其具有增溶作用，而这种作用可以使水体 的性质改变，例如，当水体中表面活性剂的浓度超过其临界胶束浓度( c m c ) 后，水体 中的溶解度小的污染物会增大其溶解度，没有吸附能力的化学物质会被吸附在吸附层， 从而增加水体自净的负担，能造成水体的二次污染和间接污染；另外，被处理的污水中 表面活性剂含量达到一定浓度值时，污水处理过程中的一些工艺会被表面活性剂影响， 例如，污水的曝气过程、污泥消化和沉淀等过程，从而直接影响到了污水的处理效果； 其次，如果自来水中含有大量的表面活性剂，会给人不好的嗅觉，并能使人感到油腻感 【l 】。当含表面活性剂的废水大量排入水体后，表面活性剂对水环境中的一些微生物有致 死作用，还能抑制某些有毒化学物质的降解，并能较少水体中氧和大气中氧的交换，能 对水生环境造成直接危害，而且表面活性剂大都含有氮、磷，其进入水体后会造成水体 富营养化【2 。3 1 。此外，由于在土壤环境中某些表面活性剂具有不是很强的吸附作用，一 般会向土壤下层迁移，从而表面活性剂对地下水也有潜在的危害性。 随着表面活性剂的广泛应用，其对水体的污染问题正日益受到国内外的关注。而浮 萍是较为常见且分布广泛的水生植物，它因繁殖快、产量高、营养价值丰富而被广泛应 用于植物生物学的研究和水生生态毒理学的研究【4 】。近年来，国内外许多学者针对重金 属对浮萍的毒性作用进行了大量研慰5 1 0 】，而针对表面活性剂对浮萍的毒性效应研究并 不多见。本文以阴离子型表面活性剂直链烷基苯磺酸钠( l a s ) 、阳离子表面活性剂十 六烷基三甲基溴化胺( c t m a b ) 、非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚( o p 一1 0 ) 为研 究对象，以稀脉浮萍和紫背浮萍的生长量、叶绿素、过氧化物酶( p o d ) 活性变化作为 观测指标，比较研究了不同类型表面活性剂在单一及复合情况下，分别对稀脉浮萍和紫 背浮萍的生理生化特性的影响，为深入阐述和比较不同类型表面活性剂在单独及复合状 态下对水生植物的生理生化影响提供依据和参考。 1 2 表面活性剂的发展及使用概况 从2 0 世纪3 0 年代以来，表面活性剂的品种和产量随着石油化工原料的不断增加也 硕士学位论文 不断的增加，其发展的趋势很是迅猛，并逐渐成为了国民经济中最为基础工业之一。经 过6 0 余年的发展，全世界的表面活性剂的总产量在1 9 9 0 年就已达到6 1 0 万t ，在1 9 9 5 年其总产量为9 3 0 万t ，到2 0 0 0 年其总产量为1 0 8 0 万t ，而到2 0 0 5 年表面活性剂的总 产量已达到1 2 5 0 万t ，表面活性剂在从1 9 9 5 年到2 0 0 5 年这l o 年内增长稳步，其年增 长率约为3 【i 。表面活性剂作为一门工业在中国起始于2 0 世纪中期，尽管其起步比其 他国家较晚，但其发展的趋势却较为迅速，在1 9 9 5 年，中国表面活性剂中的洗涤用品 的总量就已达到3 1 0 万t ，其值仅低于美国，位居世界第二，其中在1 9 8 0 年到1 9 9 5 年 的1 5 年时间里，合成洗涤剂的生产量净增4 7 倍，并还在以平均每年大于1 0 的增长 速度在增长。在2 0 世纪初，我国表面活性剂的总产量已位居世界第二，其值大约为3 0 1 8 4 万t ，对于表面活性剂的品种而言，相对于美国和日本等发达国家，中国在2 0 0 5 年其产 品品种已达到4 7 1 4 个，其值是2 0 0 0 年其产品品种的2 3 5 倍，是1 9 9 6 年其产品品种的 3 7 5 倍，而日本表面活性剂的生产品种在1 9 世纪末期就已达6 1 3 9 个，其品种并且还在 不断的上升，这表明我国在表面活性剂新品种的开发和研制上虽然不慢，但还是比日本 和美国等发达国家落后【l2 1 。 从主要用途上看，表面活性剂主要可以分为日用型和工业用型。日用型表面活性剂 主要又分为家用型洗涤用品和护肤美容品，其具有品种少、产量大等特点，其分别在全 世界的表面活性剂的传统市场上占了大约一半和8 ，日用型表面活性剂占据着表面活 性剂的主要传统市场；而工业用型表面活性剂则占据着正在不断开发的新兴市场，其特 点主要是种类多、用量少、应用范围宽、科技含量高，其值大约约占表面活性剂的总量 的4 0 - 4 2 ，是今后表面活性剂发展的主要趋势，而我国从1 9 世界末期到2 0 世界初 期，表面活性剂总产量中的工业用型表面活性剂的比重有了很大的提耐1 3 】。 从结构看上看，所有表面活性剂都是由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组 成。表面活性剂的亲水基主要是由各种品种多样的极性基团构成，其能与水分子相互作 用，并将其分子引入水，而表面活性剂的亲油基则大多是由烃基组成，其不能与水分子 相互作用，但其能与非极性或弱极性的溶剂分子相互作用，并将其分子引入油( 溶剂) ； 组成亲油基的烃基的大小与结构和亲水基团的种类能引起表面活性在性质上的不同，而 亲水基团在类型与形状上的变化对表面活性剂性质的影响作用比亲油基团的变化对其 的影响要深得多，因此，表面活性剂的分类通常以亲水基团的类型即是否带电荷为根据， 带电荷的为离子型表面活性剂，不带电荷的则为非离子型表面活性剂，而带电荷的离子 型表面活性剂若带阳电荷则为阳离子型表面活性剂，带阴电荷的则为阴离子型表面活性 剂，而同时带阳电荷又带阴电荷的则称为两性表面活性，不带电荷的则为非离子型表面 活性剂。 表面活性剂是一种具有两亲结构，能够在界面上富集，并能显著改变界面性质的特 殊化学物质，表面活性剂的结构特点使之具有增溶作用、乳化和破乳作用、润湿功能、 起泡和消泡作用、洗涤和去污作用、分散和絮凝作用、其他等多方面作用和功能。表面 活性剂由于能够调控界面性质以及在界面上发生物理和化学过程，所以，其在工业生产 中具有十分重要的作用。表面活性剂有“工业味精”的美，在相关生产工艺中加入少量表 表面活性剂对稀脉浮萍和紫背浮萍的毒性效应研究 面活性剂能起到改进生产工艺、提高产品质量、增加产品产量、降低资本消耗、节约能 源、提高生产率和经济效益的关键性作用。表面活性剂除大量用于合成洗涤和化妆品工 业外，还广泛应用于工业、农业、医药、环保业等其他的各个领域1 4 】。 1 3 表面活性剂的环境安全性 通常通过表面活性剂对环境生物的毒性效应、其自身的生物降解性及其被降解时所 形成的代谢产物对环境生物的毒性效应和其在生物体内的富集能力等表征，来评价表面 活性剂的环境安全性。表面活性剂进入水体后，一般会使水体起泡，形成隔离层，降 低水中含氧量，使水体发臭，从而影响水中生物的生态安全性。但也有文献报道，表面 活性剂因其具有增容作用，能增加疏水性污染化合物的溶解度来消除一定的有机污染 物，从而表明表面活性剂对环境污染物具有一定的修复作用【1 5 。1 6 j 。土壤胶体是热力学不 稳定的分散体系，表面活性剂进入土壤后，其在土壤上的吸附作用能够显著地改变土壤 的物理化学性质，表面活性剂对土壤胶体的表面电势、有效h a m m e r 常数及离子强度等 都有影响。通常认为，土壤胶体在一般情况下多半是带负电荷，而土壤胶体的表面电势 在加入阴离子表面活性剂后会有所增加，而使胶体之间的相互排斥力也随之增加；而土 壤在加入阳离子表面活性剂后，其表面电势有所降低，胶体间的相互排斥力也随之减弱， 而表面活性剂的化学性质的变化直接影响到土壤中化合物的行为【l 。土壤溶液的p h 值 会随着表面活性剂与土壤中各种离子之间的的相互交换反应而会发生变化，如果长时间 使用含有表面活性剂的污水浇灌庄稼可使土壤的p h 值升高，例如，长时间使用用含有 1 0 0m g ll a s 的溶液浇灌土壤，其土壤的p h 值相对于对照土壤的p h 值高出0 2 个单 位，例如，当土壤中含l a s 浓度大于5 0 m g l 时，l a s 能与土壤中的重金属镉产生竞 争吸附，它能明显减弱土壤中游离态镉的含量，并能增大土壤中有机结合态镉的含量， 因此，l a s 能降低镉在土壤中的吸附迁移性【l 引。 评价某一化合物的环境毒性作用通常通过以下几个方面来表征：高剂量的某一化合 物是否能引起试验生物的急性毒性作用；少剂量化合物是否能引起试验生物的慢性毒副 作用和蓄积毒副作用；还通过观察这一化合物是否对试验生物具有致癌和致突变的能力 及其对胎儿是否也有致畸的作用等，同时还能观察其对试验生物的生殖功能和一些功能 器官是否具有不可逆的影响。 1 4 表面活性剂的生态毒理性 1 4 1 表面活性剂对水生植物的影响 水生植物受表面活性剂的毒性作用大小与其浓度的高低有直接关系，当水体中表面 活性剂含量达到一定浓度时，水环境中的藻类生物和其他类微生物的生长都会受到抑制 作用，它们生长受到的抑制作用能使水体的一级生产能力降低，从而说明表面活性剂能 破坏水环境中的水生生物的食物链。水生植物在表面活性剂的胁迫作用下，其自身起主 要作用的酶是p o d ，当表面活性剂浓度较低时，p o d 能通过增加水生生物组织的木质 硕士学位论文 化程度及降低水生生物细胞的通透性等方式来保护植物细胞不受表面活性剂的损伤作 用，但当环境中的表面活性剂浓度超过水生植物自身内在的p o d 活性的抵御能力时， 水生植物就会出现损伤作用【1 9 1 。表面活性剂在水环境中的浓度过高时能引起水生植物急 性毒性作用，高浓度表面活性剂会增大植物细胞膜的通透性，会使植物细胞内的物质渗 透到细胞外，还会使植物细胞的结构慢慢改变并逐步解体，植物细胞内的保护酶s o d 、 c a t 、p o d 活性及光合作用必须的叶绿素含量下降。 表1 1l a s 对水生植物的影响 t a b l e1 1t h ee f f e c to fl a so nt h ea q u a t i cp l a n t s 植物种类高浓度l a s 对水环境中的水生植物生长的影响 。，。 带状载的色体卷曲，螺距缩小，细胞质膜皱缩并与细胞壁分离，细胞壁外层的果胶质被 一”。 溶解并逐步消失，内部仅剩纤维层，其急性致死浓度为1 0m g m 轮叶黑藻叶绿体聚集成一团，没有胞质环流的现象，气道渐渐消失 一 细胞膜内陷且有一部分被解体，其与细胞壁分离，液泡变大，叶绿体呈不规则形状，基 ” 粒和片层不平整，其急性致死浓度为2 0m e , m 稀脉浮萍 当l a s 浓度大于l m g l 时，其对稀脉浮萍的生长和生理的影响都较大，当l a s 浓度 大于1 0m g m 时，稀脉浮萍的生长呈现负增长 周晓见皿u j 研究得出，对于3 种非离子型表面活性剂椰油酸二乙醇酰胺( n i n 0 1 ) 、脂 肪醇聚氧乙烯醚( j f c ) 、烷基酚聚氧乙烯( 1 0 ) 醚( o p 1 0 ) 及阴离子型表面活性剂十 二烷基苯磺酸钠( l a s ) 对海洋生物微藻的毒性作用强弱顺序依次为为： n i n 0 1 l a s j f c o p 1 0 ，而微藻类海洋生物对同一表面活性剂胁迫下，其对表面活性 剂的耐受能力的强弱依次为：扁藻 硅藻 小球藻 金藻。刘红玉【2 1 】研究表明，藻体生物 对l a s 的吸收量和在其体内的积蓄量都随l a s 对藻类的作用时间的延长而增加，并与 其对藻类的作用时间成指数相关，藻类对表面活性剂的抵抗能力随着时间的延长而逐渐 降低，l a s 对一些水生植物的损伤情况见表1 1 。对于表面活性剂损伤水生植物的原因， 刘红玉等【2 2 j 认为，环境中的表面活性剂在较低浓度时，其可以诱导水生植物体内细胞的 保护酶c a t 和p o d 活性的提高来清除细胞中因表面活性剂胁迫而产生的超氧自由基， 从而达到保持植物体内细胞正常的生理活动；但环境中表面活性剂的浓度过高时，水生 植物体内的细胞中所形成的过氧化物，会超过细胞自身c a t 和p o d 活性能清除过氧化 物的能力范围，从而未消除的过氧化物会损伤到水生植物的细胞，严重的还可以导致植 物细胞死亡。对于表面活性剂对藻类生物的损伤原因，有进一步的研究发现，薇藻类细 胞的细胞膜是表面活性剂损伤水生藻类细胞的一个媒介，细胞膜通透性的改变会使藻类 细胞中的叶绿素组成发生改变，脱镁叶绿素a 能大批的形成，而叶绿素是植物光合作用 必不可少的色素，它组成的变化能直接影响藻类生物的光合作用效率。 1 4 2 表面活性剂对水生动物的影响 人们最初是通过表面活性剂对水环境中的水生动物的危害中，认识到表面活性剂 的危害性1 23 | 。表面活性剂对水生动物的危害主要是通过水生动物的直接食取或经过水生 动物皮肤的渗透等间接方式进入其体内，当水环境中表面活性剂的含量浓度过高时，其 4 表面活性剂对稀脉浮萍和紫背浮萍的毒性效应研究 可以影响水生动物的呼吸作用，其原理是表面活性剂进入水生动物体内后能对水生动物 的鳃、胆、肝和肾等器官有毒性作用。表面活性剂对一些水生动物的毒理学数据见表1 2 。 表1 2 表面活性剂对一些水生动物的毒理学数据2 4 - 2 9 t a b l e1 2t h et o x i c o l o g i c a ld a t ao fs u r f a c t a n t0 1 1s o m ea q u a t i ca n i m a l s 表面活性剂极易通过鱼类的鳃吸收和鱼类皮肤的渗透进其体内，表面活性剂进入鱼 类体内后能通过鱼类的血液循环遍布整个体内，鱼类体内有表面活性剂存在时，鱼体内 的大部分血清转氨酶和碱性酸磷酶活性都有一定的提高，而血清转氨酶和碱性酸磷酶活 性的改变一般情况下反映了动物胆和肝脏的功能状态，表面活性剂能引起鱼体内这两种 酶活性的升高则表明表面活性剂对鱼类的胆和肝能形成损失作用。研究表面p ，日用型 表面活性剂在非常小的浓度下，对鱼类就会产生急性毒副作用，而鱼类的毒性大小与鱼 类受日用型表面活性剂毒害的时间成正比关系，而且日用型表面活性剂溶液在储存一定 的时间后，其对鱼类产生的急性毒副作用没有大幅度的减弱，然而许多研究者得出当含 有高浓度的日用型表面活性剂的生活污水排放到自然水环境后，日用型表面活性剂将对 水环境中的水生动物形成连续的毒害作用。当人类通过吃食而摄入体内有表面活性剂积 蓄的鱼类后，表面活性剂会在人的体内积蓄，其通过抑制人体内的大部分保护酶的形成 来影响人体内消化系统功能和防御系统功能，从而减弱了人体自身的免疫功能和对自身 对疾病的耐受能力p l l 。 1 4 3 表面活性剂对陆生植物的影响 当土壤环境中的表面活性剂含量浓度较低时，因为土壤环境中具有很多游离态的离 子，低浓度的表面活性剂能提高植物对游离态离子的吸收；而当土壤环境中的表面活性 剂含量达到较高浓度时，表面活性剂能够占据植物幼根的活性表面，阻碍植物根系吸收 环境中的植物生长的必须的水分和营养物质，使植物的根系茎叶发育不完全，从而使植 物的正常生长受到抑制作用，表面活性剂在高浓度下对植物形成毒害作用的主要原理 是：表面活性剂分子能与植物细胞的细胞膜结合并能镶入细胞膜中或透过植物细胞的细 胞膜，并在细胞膜内形成浓度胶束，当细胞膜内的表面活性剂浓度达到一定值时，就会 使细胞膜内的蛋白质变性，并与细胞膜内的磷脂分子分离，从而导致细胞膜的解体p 引。 而当表面活性剂吸附在植物叶片上后，表面活性剂就会与植物叶片表面的气孔和叶片表 面的蜡质层之间产生一些相互作用力，而这些相互之间的作用会减小植物叶片上的液相 表面和固相表面之间的接触角，能提高溶液与植物叶片之间的润湿程度。表面活性剂因 其能吸附在植物叶片表面，并能改变叶片表面上液相表面和固相表面之间的接触角的大 5 硕士学位论文 小，故有学者认为表面活性剂对植物叶片气孔的开闭程度有一定的调节作用并能在一定 程度上控制植物乙烯的释放量，对植物叶片上的蜡质层也有一定的溶解能力，对植物吸 收锰离子也有一定的影响作用【3 3 1 。 如果使用含有表面活性剂的生活污水浇灌庄稼，污水所浇灌的庄稼与对照庄稼相 比，其叶会逐渐卷起，其根会慢慢的变细变短，根的表皮还会慢慢的老化形成大量的褐 色斑点，植株整体高度明显下降，整个植株的干重比重大幅度下降，对所种庄稼的分蘖 数和总产量来说，都会受表面活性剂的影响而有所降低【3 4 】。研究表面，相对于正常情况 下的种子发芽，表面活性剂能延迟种子的表皮开裂所需要的时间，还能使种子所发芽的 芽长短，能降低植物种子的发芽率。有研究表明：表面活性剂在较低浓度时，表面活性 剂能够使小麦淀粉酶活性的提高及能促进小麦根芽的生长，但随着表面活性剂浓度的增 加，小麦淀粉酶活性及小麦根芽的生长都受到强烈的抑制作用；罗立新等【3 6 】认为当环境 中有表面活性剂存在时，其能使镉容易在小麦的叶片中积蓄，小麦叶片中有镉和表面活 性剂同时胁迫下与单独镉胁迫下相比，小麦叶片的细胞膜脂质化程度有大幅度提升。张 永等【3 7 j 研究表明，当环境中l a s 的浓度低于1 5m g l 时，l a s 对黄豆的生长有一定的 促进作用，而当环境中的l a s 浓度高于5 0m g l 时，l a s 能损伤黄豆并对其有致死作 用。束良佐等d 8 j 认为当环境中存在表面活性剂时，其能通过作用于玉米幼苗的细胞膜， 使细胞膜的脂质化增加，改变细胞的通透性，使细胞叶绿素组成含量变化，其还能促进 a 1 ”对玉米幼苗的损伤作用，当表面活性剂的浓度大于其c m c 时，玉米的水分代谢和 光合作用的下降趋势明显。研究表明，表面活性剂可以通过植物叶片上的气孔在短时间 内进入植物叶片，进入叶片的表面活性剂可致使在气孔旁边的叶肉细胞的细胞质慢慢老 化，从而使叶片的气孔扩大例。 1 4 4 表面活性剂对土壤微生物的影响 表面活性剂主要是通过其攻击微生物的细胞膜来体现其对微生物的毒性作用，表面 活性剂攻击微生物的细胞膜主要从两个方面入手，一个是其与微生物细胞膜中的游离组 分发生反应从而使微生物的细胞膜解体；另一个是其与微生物细胞内必须的功能蛋白相 互作用从而使微生物活动必须的蛋白失效。微生物是污染物生物降解必不可少的生产 者，当环境中有高浓度表面活性剂存在时，其一般对微生物降解环境中的极性和非极性 有机化合污染物都具有抑制作用，并能降低它们在环境中的可生物利用性。土壤环境 在不同条件下具有复杂多样性，而土壤环境中的生物因素在不同的条件下也具有复杂多 样性，由于这种复杂多样性使得土壤环境中的表面活性剂对其微生物的