污灌农田土壤中有机污染物的组成成分及其脂质过氧化作用

污灌农田土壤中有机污染物的组成成分及其脂质过氧化作用

根据《中国环境状况公报》2006年，中国地表水的总水质为中度污染。国家环境监测网实际监测的745个地表水监测断面中,劣Ⅴ类水质的断面所占比例为28%;一些原本清洁的河流变成了纳污渠,由于我国总体水资源不足,灌溉用水不断被工业和城市生活用水所挤占,农业生产缺水情况日趋严重,流域范围内农田被迫使用污水灌溉。目前,我国利用污水灌溉的农田面积为361.84万km2,占我国总灌溉面积的7.3%,占地表水灌溉面积的10%。因此,污水灌溉引起的环境污染问题已不容忽视。目前关于污水灌溉卫生问题的研究主要集中于对灌溉用水和土壤中重金属污染的研究,而对土壤有机物污染问题及其有机污染物的联合毒性研究甚少。在现行的GB15618—1995《土壤环境质量标准》中,缺少特定有机污染物的卫生标准,更没有反映有机污染物综合毒性的指标。这给土壤和农产品有机污染物的监督和监测带来极大不便,故急需制订相关标准。笔者于2006年5月采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对某污灌区和对照区土壤中的有机污染物进行分析,并对反映脂质过氧化水平的3项重要指标:总超氧化物歧化酶(T-SOD)活力、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活力和丙二醛(MDA)含量进行测定,为客观评价污灌土壤中有机物的污染状况及其联合毒性积累资料,为修订和完善土壤质量标准提供科学依据。1材料和方法1.1质谱联用仪KQ-500VDB型超声振荡器(昆山超声仪器厂);K-D浓缩器;6890型气相色谱-5973N型质谱联用仪(美国Aglient公司)。T-SOD活力、GSH-Px活力、MDA含量试剂盒均购于南京建成生物工程研究所。丙酮、石油醚、环己烷均为分析纯(天津化学试剂厂);硅胶经活化后,使用前用5%蒸馏水脱活;无水硫酸钠使用前经650℃灼烧。1.2样品的采集和处理1.2.1离污灌溉生长于2006年5月,选取某污灌区农田的土壤作为研究对象,灌溉水水质为劣Ⅴ类;选取远离污灌区、采用地下水(水质符合GB5749—2006《生活饮用水卫生标准》)灌溉农田的土壤作为对照。按HJ/T166—2004《土壤环境监测技术规范》,采用梅花形布点采集样品,采集距表层0~20cm的土样,采样量为1~2kg。1.2.2提取有机物1.2.2.1样品前处理将采集的土壤样品自然干燥,用木棒碾压,通过2mm尼龙筛,用玛瑙研钵将其研磨至全部通过40目尼龙筛。1.2.2.提取沉淀3%准确称取样品30.00g,加入丙酮-石油醚-环己烷混合液(体积比为1∶1∶1)60ml,放置过夜。次日用超声振荡提取30min,离心,收集上清液,将沉淀再用提取液(丙酮-石油醚-环己烷混合液)提取2次。收集3次提取液,置于K-D浓缩器中,于70℃水浴减压浓缩至1ml。1.2.2.k-d浓缩法取玻璃层析柱,下端塞入适量玻璃纤维,从上端装入4g脱活硅胶,再加入4g无水硫酸钠,用10ml环己烷淋洗层析柱以除去有机杂质。将浓缩后的提取液倒入玻璃层析柱,用20倍体积的环己烷进行连续洗脱,收集洗脱液,将洗脱液再次用K-D浓缩器于70℃水浴减压浓缩至2ml后,标号,冷藏,备用。其中1ml用于成分分析,剩余部分浓缩至干,用二甲亚砜溶解,备用。1.3worm分析条件和方法1.3.1初始温度与速率升温载气为高纯氦气,恒压模式为19.7psi(1psi=6894.76Pa);柱温程序:初始温度为40℃,保持1min后,以12℃/min的速率升温到200℃,再以3℃/min的速率升温到260℃,保持3min;进样量为1μl。1.3.2色谱-质谱条件离子源温度为150℃;四级杆温度为230℃;色谱-质谱接口温度为280℃;离子化方程式为EI;电子能量为70eV;调节方式为自动调节。1.3.3分析采用标样保留时间结合GC-MS谱库检索法对有机物进行定性分析,采用标准曲线法进行定量分析。1.4小鼠的土壤重金属污染试验选择清洁级昆明小鼠40只,体重为15~20g,雌雄各半,由华北煤炭医学院实验动物中心提供,许可证号为SCXK(豫)2005-0001。将小鼠随机分为溶剂对照组(用二甲亚砜染毒)、对照区低剂量组、对照区高剂量组、污灌区低剂量组、污灌区高剂量组。高、低剂量组染毒剂量分别为25、5g土壤干重/(kg·d)。采用灌胃法染毒,1次/d,连续染毒2周。染毒14d后,处死动物取血,1500r/min离心10min(离心半径为15cm),分离血清,备用。1.5指标测定血清中T-SOD活力、GSH-Px活力、MDA含量按试剂盒说明书的方法进行测定。1.6数据统计与分析采用Excel2003软件建立数据库。数据均以ue0af±s进行表示,采用SAS8.2软件进行统计分析,不同组别间比较采用方差分析,两两比较采用LSD检验。2结果2.1硫、4-甲基甲基污灌区土壤样品中检测出菲、芘、联苯、芴、萘、2-甲基萘、2,3,6-三甲基色氨酸萘、蒽、2-甲基蒽、1,4-二甲基蒽、荧蒽、4-甲基芘、硫芴、4-甲基氧芴、氧芴、丁基-羟基甲苯、十二烷、新戊基环己烷、3-甲基庚烷、1,2-二甲基环己胺、巴比妥,含量分别为14.3、2.1、1.3、1.1、0.8、1.3、0.4、2.9、7.2、2.3、9.1、0.2、0.4、1.4、1.7、0.37、0.9、0.11、0.02、0.02、0.13mg/kg。对照区土壤样品中检测出3-甲基庚烷、2-甲基庚烷、1,2-二甲基环己胺,含量均为0.01mg/kg。2.2污灌溉高、低剂量对t-sod和gsh-px活力的影响表1可见,与溶剂对照组比较,对照区高剂量组大鼠血清中T-SOD活力和GSH-Px活力降低,污灌区高、低剂量组的T-SOD活力、GSH-Px活力均降低,差异均有统计学意义(P<0.05或P<0.01)。污灌区高剂量组T-SOD活力低于对照区高剂量组,差异有统计学意义(P<0.01)。各组MDA含量间比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。3污灌溉土壤有机物污染美国环境保护局基于有毒化学品的毒性、自然降解的可能性及其在水体中出现的概率等因素,从7万多种有毒化学品中筛选出65类、129种优先控制污染物,其中,有机污染物114种,占88.4。周文敏等根据我国的有毒化学品的污染特征,结合国外的文献资料,提出了反映我国环境特征的环境优先控制污染物黑名单,包括14类、66种优先控制污染物,其中,有机污染物12类、58种。本次研究结果显示,作为对照区样品检测出胺类、烷烃类有机毒物,这可能是与近年来环境普遍受到污染,大气中的有机污染物经过雨水的冲洗作用进入土壤有关。污灌区样品检出了烷烃类、苯系物及多环芳烃等有机物,其种类及含量高出对照区样品数倍。其中,芴、萘、荧蒽、氯苯、甲苯均在我国环境优先控制污染物黑名单之列。这些有机污染物在土壤中难以降解,易在环境中残留,具有生物积累性、三致作用(致癌、致畸、致突变)和毒性,对生态环境和人体健康构成潜在威胁。正常情况下,机体中自由基的产生和清除处于动态平衡状态,一旦平衡失调,自由基可通过引起膜脂、蛋白质、多糖的氧化及DNA分子的交联和断裂,导致细胞膜、受体结构蛋白、染色体的损伤,这是引起机体衰老的一个重要原因,也是许多疾病发生发展的重要病理机制。超过氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶是机体抗氧化系统中重要的酶类,在维持自由基代谢平衡方面发挥着重要作用。丙二醛是脂质过氧化反应的产物,其含量的变化可作为评定自由基生成及膜脂质双层结构破坏的指标。本次研究结果显示,污灌区T-SOD活力和GSH-Px活力均低于溶剂对照组,且污灌区高剂量组T-SOD活力低于对照区高剂量组(P<0.01),表明污灌区土壤中有机提取物中含有影响小鼠脂质过氧化水平的有机物,且污灌区土壤中的有机污染物毒性强于对照区,表明毒性测定指标与成