土壤环境因子对有机污染物迁移转化的影响

1、土壤环境因素对有机污染物迁移转化的影响从传统污染物和新污染物两个方面介绍了我国土壤污染的现状，分析了土壤微生物、土壤温度、酸碱度、土壤湿度、土壤机械组成、气候和二氧化碳含量等土壤环境因素对有机污染物降解和转化的影响。关键词：土壤环境因素；有机污染物；迁移和转化；影响土壤农药污染是一个全球性问题。随着世界环境问题的变化，土壤环境污染化学已经成为环境化学不可或缺的重要组成部分。在北美、西欧、澳大利亚等国家，随着各种点源污染的有效控制，人们关注的焦点逐渐转移到多媒体非点源污染上，土壤环境污染的研究也越来越受到重视。在我国，由于受农药使用历史、施用技术和产品结构的影响，土壤农药污染严重，制约了食品安全

2、和农业的可持续发展。随着土壤有机污染物种类的增加，大量难降解有机污染物进入土壤，造成严重的环境污染，影响农业的可持续发展。土壤中的各种环境因素对有机污染物的降解和转化有一定的影响。因此，研究这些因素的相互作用可以促进土壤中有机污染物的消除。1土壤污染状况与大气环境和水环境相比，土壤环境的污染源更加复杂。作为有机农药和肥料的直接对象，随着社会发展的需要，土壤污染物种类繁多。目前，全球已生产和使用了1300多种农药，其中250多种被广泛使用。中国也作为杀虫剂的主要生产国和使用国进入了世界。目前，我国每年施用的化学农药超过80万 100万吨，其中40%为有机磷农药，50%为剧毒农药，部分化学性质稳定

3、，在土壤中的滞留时间较长2-4。大量农药流失到土壤中，对土壤环境造成严重污染，影响农业的可持续发展。有机氯和有机磷是造成我国土壤农药污染的主要农药。尽管有机氯农药自1985年在中国被禁止使用，但由于其早期广泛使用和难以降解，土壤中仍有残留，导致作物污染。目前，土壤污染物可分为传统污染物和新污染物。传统污染物一种是传统的化学污染物。它可分为无机污染物和有机污染物，其中传统的无机污染物包括汞、镉、铅、砷和铬，过量的植物营养素如氮和磷，氧化物和硫化物，传统的有机污染物包括含氯化学农药如滴滴涕、六六六、狄氏剂、艾氏剂和氯丹，滴滴涕的代谢物DDE和DDD，石油烃及其裂解产物，以及其他有机合成产品。第二，

4、物理污染物。指来自工厂和矿山的各种固体废物。第三，生物污染物。指含有各种病菌的城市垃圾和卫生设施(包括医院和疗养院)排放的废水和废物，以及农业废弃物和粪便。第四，放射性污染物。它主要存在于核材料的开采、大气核爆炸区和核电站的运行中，锶和铯是土壤环境中半衰期较长的主要放射性元素。在众多污染物中，土壤中的化学污染物是最常见、最严重和最复杂的5。新污染物近年来，新的土壤污染物备受关注，其特点是在土壤环境中浓度低，但对生态系统危害大，对人体健康影响大。目前，这些新的土壤污染物主要分为四类6-7:一是各种兽药和抗生素对土壤环境的污染。随着畜牧业和畜牧业的发展，畜禽养殖污染的一个重要问题是这些兽药通过动物

5、排泄物等方式造成土壤环境污染。与兽药污染相对应的是各种抗生素造成的土壤污染。随着医学的发展，各种抗生素将被广泛使用，这可能导致更加复杂的土壤污染。第二，大多数溴化阻燃剂在土壤环境中具有很高的持久性，并且可以通过食物链等途径在人体内积累。长期暴露会阻碍人的大脑和骨骼的发育，并可能导致癌症，因此人们对此十分关注。随着电子工业的不断发展和各种电子产品的逐渐报废，各种阻燃剂会以各种方式进入土壤环境，从而造成土壤污染。第三，聚四氟乙烯不粘锅中使用的化学物质“全氟辛酸铵”和芳香磺酸污染物污染了土壤。其中，全氟辛烷磺酸是纺织品和皮革制品等抗污染处理剂的主要活性成分，广泛用于民用和工业生产。虽然目前还没有土壤

6、环境中全氟辛烷磺酸含量的数据，但由于全氟辛烷磺酸本身的不可分解性、生物的高积累性和广泛的污染，土壤环境的污染问题必将暴露出来，并将成为土壤环境污染化学面临的一个新课题。第四，由含有过敏原的植物和花粉造成的土壤污染。在法国，近年来发现了一种可能起源于北美的豚草及其花粉。特别是，这种花粉含有许多潜在的过敏原，可在夏季引起严重的花粉热和哮喘，并成为一种新型的土壤污染物，引起人们的关注。2土壤环境因素对有机污染的影响土壤微生物、温度、湿度、气候、土壤机械组成、含水量、植物根际环境、酸碱度、二氧化碳浓度等因素对土壤有机质的分解和转化有很大影响。除了有机污染物的生物降解性和生物流动性外，土壤环境因素对有机

7、污染物的迁移转化也有一定的影响。土壤微生物土壤中有机污染物的降解可分为两类：非生物降解和生物降解。在生物酶的作用下，动植物或微生物体内和体外农药的降解被称为生物降解。微生物降解是指包括细菌、真菌和藻类在内的微生物降解有机污染物的生物降解过程。虽然多氯化合物可以在厌氧和好氧条件下降解，但在厌氧条件下降解速度更快。尽管在有氧条件下土壤中存在许多分解细菌，但在有氧旱地条件下，有机氯污染物被土壤吸附，其生物活性降低，并可长期存在8。微生物降解是消除有机氯农药的最佳途径。一般来说，农药在土壤中的分解比在蒸馏水中要快得多。土壤消毒后，大多数土壤中农药对有机污染物的分解速率明显受到抑制。到目前为止，能够降解

8、不同农药的活性微生物已经从土壤、污泥、污水、天然水、垃圾场和粪便中分离出来。活性微生物主要通过胞内或胞外酶以两种方式作用于周围环境中的农药：转化和矿化。虽然矿化是消除环境中农药污染的最佳途径，但这类微生物的种类和数量在自然界中非常稀少，但其转化相当普遍。特定属种的微生物通过共代谢实现农药的转化，最终通过与环境中其他微生物的共代谢完全降解农药。研究表明，滴滴涕分解细菌至少涉及30个属，包括细菌、酵母、放线菌、真菌和藻类。除了产孢梭菌和大肠杆菌外，还从各种环境中分离出71株细菌和真菌。这些分解细菌包括需氧细菌、碱性厌氧菌、厌氧菌和真菌9。在常规环境条件下，能够降解目标污染物的微生物很少，并且它们的

9、活性相对较低。当添加目标污染物降解过程中所需的包括碳源和能量物质或提供因子在内的一些营养物质时，将促进与降解菌生长相关的有机物的降解和代谢，即微生物只能转化有机污染物，而不能将其作为碳源和能量源维持生长，在微生物生长之前必须补充其他可利用的底物。在共代谢过程中，微生物通过酶降解一些能够维持自身生长的物质，也降解一些微生物生长不需要的物质。土壤温度气候变暖是一个全球性的环境问题，大气中CO2浓度的增加在全球气候变化中起着极其重要的作用。土壤中CO2的排放主要来自原始有机质和外源有机质(如植物凋落物、残茬和有机污染物的人工输入)的分解过程10。全球变暖将改变温度场、蒸发和降水，这些变化将影响土壤有

10、机污染物的分解。土壤温度影响土壤微生物和酶的活性、土壤中溶质的迁移、土壤反应速度和土壤呼吸速率，最终影响土壤中有机污染物的降解和转化。在一定温度范围内，温度的升高会促进土壤有机污染物的分解，但随着温度的进一步升高，土壤有机污染物对温度的响应程度降低。Miko发现，当平均温度为5时，温度每升高1就会造成全世界10%的土壤有机污染物流失；当平均温度为30时，当温度上升1时，有机污染物将损失3%11。然而，在冰冻条件下，土壤有机污染物的分解和微生物的活性仍然存在差异。尼尔森研究了冻结对碳、氮循环的影响，发现冻结加速了土壤碳、氮的循环速率，但不同的植被种类、土层和冻结度增加不同，当冻结度很高时，会促进

11、土壤呼吸和二氧化氮通量及矿化。土壤酸碱度土壤的酸碱度对有机污染物的吸附有很大影响。一般来说，酸碱度越低，土壤对有机污染物的吸附能力越强。土壤酸碱度可以通过影响组分和污染物的电荷特性、沉淀和溶解、吸附和解吸以及络合平衡来改变污染物的毒性，土壤酸碱度也可以通过土壤微生物的活性来改变污染物的毒性。酸碱度对土壤中有机污染物如有机农药的积累、转化和降解的影响如下：33，360。首先，不同的土壤酸碱度和不同的土壤微生物群落影响土壤微生物对有机污染物的降解。该生物降解途径主要包括生物氧化还原反应中的脱氯、脱氯化氢、脱烷基、芳烃或杂环裂解反应等。其次，通过改变污染物和土壤成分的电荷特性，改变它们的吸附、络合、

12、沉淀等特性，导致污染物浓度的变化。土壤湿度土壤水分不仅是土壤中水溶性成分的载体，也是正常土壤反应的介质。王艳辉认为，森林土壤中有机污染物的分解速率在很大程度上受环境条件的控制，其中含水量起着决定性的作用，最佳含水量为分解产物饱和含水量的70% 90%。极端干旱或过量水分会限制土壤微生物的活动，并显著降低土壤中有机污染物的分解速率12。然而，奥利维耶认为，有机污染物的分解速率在淹水条件下加快，厌氧微生物在非淹水条件下，随着分解时间的延长，温度对有机碳分解的影响逐渐减小。深层培养7天后，温度对供试材料中有机碳分解的影响不随培养时间的变化而变化。当土壤含水量为300和500 g/kg时，试验材料中有

13、机碳的分解速度最快，而土壤含水量为200 g/kg时，淹水条件下有机碳的分解速度较慢。空白对照培养结果表明，土壤中有机碳的分解速率随着含水量的增加而加快14。在相同的水热条件下，有机碳的分解量与土壤粘粒含量呈负相关。不同土壤含水量对植物残体分解速率和土壤中腐殖质组分(腐殖酸和黄腐酸)含量的影响仍有争议。传统的研究土壤有机污染物动态变化的方法是不够的，我们可以用同位素示踪法(14C示踪法或13C自然丰度法)对其进行进一步的定量研究。同位素示踪技术可用于区分原始土壤有机质和外源有机质分解转化形成的新土壤有机质，从而了解土壤中植物残体分解转化的动态变化规律。土壤的机械组成土壤质地的差异形成了不同的土

14、壤结构和渗透性，对环境污染物的截留、迁移和转化有不同的影响。粘土富含粘土，土壤具有很强的物理吸附、化学吸附和离子交换能力，具有很强的保肥保水性能。同时，它还将进入土壤的有机和无机分子以及污染物离子吸附到土壤颗粒表面进行保存，增加了污染物转移的难度。向粘土中添加沙子可以降低粘土含量，增加土壤通气孔隙度，减少污染物的分子吸附，提高淋溶强度，促进污染物迁移。然而，应该注意地下水污染。沙土的优点是有机污染物容易从土壤表层淋溶到下层，减少了表层土壤污染物的数量和危害；然而，它可能进一步污染地下水，造成二次污染。壤土的性质介于粘土和砂之间，它们的差异取决于砂在壤土中的比例和土壤颗粒含量。粘土颗粒含量多，性

15、质多为粘土，而砂颗粒含量多为砂。一般来说，粘性土中的空气比砂土中的少，好氧微生物的活性受到抑制。土壤粘土具有保留碳的能力，其含量影响外源有机物(有机化合物、植物残体)及其转化产物的分解速率。随着土壤粘粒含量的增加，土壤有机碳和土壤微生物生物量碳也增加，土壤有机碳与粘粒含量呈正相关。随着土壤粘粒含量的增加，碳氮矿化度降低，但矿化部分的碳氮比不受土壤质地的影响。气候和二氧化碳含量气候变化通过影响土壤水分、溶质运移和温度的变化来影响微生物的活动，从而引起土壤中有机污染物含量的变化。从冷季到暖季的转变会导致土壤有机碳的流失，湿热的气候有利于有机污染物的分解。秋季和冬季，土壤中微生物数量增加；春季融雪后，土壤微生物数量迅速减少，微生物群落的动态变化与植物体内碳、氮的有效性有关。大气CO2浓度的增加提高了植物的光合作用，导致20% 50%的光合产物通过根系分泌物或死亡输入土壤，从而间接影响土壤生态系统。一些学者认