四氯化碳與四氯乙烯復合污染對土壤呼吸率的影響

單愛琴 肖潔 楊秀婧

摘要：通過室內(nèi)模擬試驗對土壤進行四氯化碳與四氯乙烯復合染毒，采用直接吸收法（密閉靜置培養(yǎng)測二氧化碳法）研究四氯化碳與四氯乙烯復合污染對土壤呼吸率的影響。結(jié)果表明，四氯化碳對土壤呼吸作用的影響隨時間呈先抑制、后恢復的過程，且四氯化碳體積分數(shù)越高，抑制作用越強；四氯化碳與四氯乙烯復合污染增強了對土壤呼吸作用的抑制，四氯乙烯高體積分數(shù)組（0.40～1.60 mg/kg）與四氯化碳各質(zhì)量分數(shù)復合處理的抑制作用均強于對照；四氯化碳與四氯乙烯的交互作用對土壤呼吸的影響主要表現(xiàn)為協(xié)同作用。

關(guān)鍵詞：四氯化碳；四氯乙烯；復合污染；土壤呼吸率

中圖分類號： X53文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0364-04

收稿日期：2015-01-11

基金項目：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部項目（編號：2013-K7-11）；江蘇省自然科學基金（編號：BK2008134）。

作者簡介：單愛琴（1966—），女，山東諸城人，副教授，博士生導師，主要從事環(huán)境生物毒理及生態(tài)修復研究。E-mail：klsaq2003@163.com。氯代脂肪烴被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，如四氯乙烯可作為織物的干洗劑、金屬的脫脂洗滌劑、干燥劑、驅(qū)蟲劑、有機合成中間體等[1-3]，四氯化碳常作為重要的化工原料和有機溶劑。但由于其性質(zhì)穩(wěn)定、不易降解，進入環(huán)境中的氯代脂肪烴會改變該環(huán)境的生態(tài)功能及組成，如進入土壤環(huán)境后將改變微生物群落結(jié)構(gòu)及土壤酶活性，使土壤呼吸作用降低。氯代脂肪烴是威脅生態(tài)系統(tǒng)最普遍的一類持久性有機污染物[4-5]。

氯代脂肪烴復合污染土壤及地下水的事件在國內(nèi)外均有發(fā)生，如我國北方某城市淺層地下水氯代烴污染已被證實[1，6-9]，其中三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯是污染區(qū)的主要污染物，且四氯化碳（CT）與四氯乙烯（PCE）常共存于污染場地。1999年至今10余年的連續(xù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，某農(nóng)藥廠排放的四氯化碳對其所在巖溶水源地補給區(qū)的土壤造成污染，并從中檢測出四氯化碳的各種同系物[7]。

目前，國內(nèi)外學者已對土壤、地下水環(huán)境中的氯代脂肪烴污染進行了大量研究[9-12]。毒理學研究多集中于其動物醫(yī)學毒性特征[13-14]，大多僅考慮單一污染物水平的環(huán)境行為，對土壤中復合污染的研究極少，而實際情況中復合污染更為常見。

在土壤環(huán)境中，土壤呼吸作用強度是土壤肥力、微生物代謝旺盛程度、氮循環(huán)的重要指標之一[15]，不僅關(guān)系到土壤中有機物的分解，且土壤呼吸所釋放的二氧化碳是植物同化二氧化碳的重要來源，與植物生長密切相關(guān)[16-17]。通過模擬試驗研究CT與PCE復合污染對土壤呼吸率的影響，探討復合污染對土壤微生態(tài)毒理效應(yīng)、保障生態(tài)安全、提高土壤質(zhì)量具有重要指示性意義。

1材料與方法

1.1供試土壤

取江蘇省校內(nèi)一處未經(jīng)污染的土壤，將其風干后研磨，過2 mm篩備用。土壤的基本性質(zhì)見表1。

1.2土壤中四氯化碳及四氯乙烯的質(zhì)量分數(shù)設(shè)置

四氯化碳的質(zhì)量分數(shù)設(shè)置見表2，CT-PCE復合處理的質(zhì)量分數(shù)設(shè)置見表3。

1.3土壤呼吸率的測定

采用直接吸收法（密閉靜置法）[18]滴定測定CO2釋放量。取50 g土壤置于100 mL干燥燒杯中，加入1 g葡萄糖及少量水，將燒杯放入（25±1） ℃生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7 d，取出燒杯后加入不同質(zhì)量分數(shù)的氯代脂肪烴（表2、表3），并將土壤含水量調(diào)節(jié)為最大持水量的3/5。取35 mL 0.1 mol/L的NaOH溶液置于100 mL空燒杯中，將2個燒杯放入標本瓶并密閉瓶口，置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。分別于1、2、4、6、9、13 d取出含NaOH溶液的燒杯，對剩余NaOH進行滴定（0.2 mol/L HCl標準溶液），同時另取一燒杯加入35 mL 0.1 mol/L的NaOH溶液，置于培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)，按上述步驟如期進行測定。土壤呼吸率以每克土壤釋放的CO2量（mg/g）表示，每個處理至少重復2次。

1.4數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均設(shè)置不添加污染物的空白處理為對照，計算方法為平均變化百分數(shù)=（處理土樣-對照土樣）/對照土樣×100%。采用Excel 2003軟件、SPSS 13.0軟件進行數(shù)據(jù)處理、方差分析等統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1CT單一污染對土壤呼吸率的影響

由表4可知，CT對土壤呼吸率的影響隨時間呈先抑制、后恢復的過程，且CT質(zhì)量分數(shù)越大，抑制作用越強。抑制作用除3#于2 d、5#于4 d達最大值外，其余樣本均于1 d達到最大值，經(jīng)檢驗，1#、2#樣本與空白對照無顯著差異，但2#樣本的抑制率為30.98%；3#至6#樣本的抑制率分別為 59.07%、67.19%、67.01%、71.91%。各處理樣本的呼吸率于2 d開始呈上升趨勢，至13 d 1#～4#樣本分別比空白對照高27.58%、26.20%、5.75%、1.39%，表明低質(zhì)量分數(shù)CT（0.032～3.200 mg/kg）處理的呼吸率已恢復，而較高質(zhì)量分數(shù)的5#、6#樣本（6.40～9.60 mg/kg）在試驗期間內(nèi)恢復緩慢。這是因為四氯化碳對土壤中微生物的活性產(chǎn)生抑制，繼而使土壤呼吸率降低。隨著時間的延長、四氯化碳在土壤中揮發(fā)等原因，土壤中微生物適應(yīng)了四氯化碳污染環(huán)境，或有新的優(yōu)勢菌群增長，使土壤的呼吸作用逐步恢復。質(zhì)量分數(shù)較大時，土壤中微生物受抑制程度高，難以在短期內(nèi)恢復至正常水平；而質(zhì)量分數(shù)較小時，污染土壤中的微生物活性恢復較快。由表5可知，土壤呼吸率與CT質(zhì)量分數(shù)之間存在顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系。

2.2CT與PCE復合污染對土壤呼吸率的影響

CT-PCE復合污染對土壤呼吸率的影響見表6。采用SPSS 13.0軟件交叉分組的雙因素方差分析，比較單一CT污染脅迫與CT-PCE復合污染脅迫下土壤呼吸率的均值，并采用LSD法進行多重比較。

弱[19]。當PCE質(zhì)量分數(shù)很小（PCE<3.00 mg/kg）時，PCE會暫時抑制土壤呼吸，但土壤的呼吸功能會隨時間的延長逐漸恢復，甚至可能激活土壤中的微生物。而大質(zhì)量分數(shù)CT和PCE污染對土壤微生物的毒性作用較大，導致較多土壤微生物死亡，因此土壤生物量及呼吸功能的恢復需要更長時間。可能由于大量污染物質(zhì)的一次性增加對微生物造成短期“觸殺”效應(yīng)，使微生物群落結(jié)構(gòu)遭到破壞，大量微生物死亡，微生物生物量顯著減少，呼吸作用受到抑制。隨著時間的推移，污染物在土壤中的吸附作用降解、毒性減弱，微生物群落結(jié)構(gòu)逐漸恢復，呼吸作用有所增強；加入PCE各處理后，抑制作用隨CT質(zhì)量分數(shù)的增大而更加明顯。可見，兩者復合的交互作用總體表現(xiàn)為協(xié)同抑制作用。

此外，PCE（0.10 mg/kg）與CT（9.60 mg/kg）復合、PCE（0.20 mg/kg）與CT（9.60 mg/kg）復合、PCE（1.60 mg/kg）與CT（0.032～0.320 mg/kg）復合均與其他復合污染組存在顯著性差異。小質(zhì)量分數(shù)組PCE（0.1～0.2 mg/kg）與大質(zhì)量分數(shù)CT（9.60 mg/kg）復合、小質(zhì)量分數(shù)組CT（0.03～0.32 mg/kg）與大質(zhì)量分數(shù)PCE（1.6 mg/kg）復合均與其他復合污染組存在顯著性差異。

試驗結(jié)果表明，PCE小質(zhì)量分數(shù)組（0.10～0.20 mg/kg）處理加入CT后的CT-PCE復合處理對土壤呼吸率產(chǎn)生的抑制作用更強，且CT-PCE復合污染對土壤呼吸率的交互作用總體表現(xiàn)為協(xié)同作用。

3總結(jié)

CT對土壤呼吸作用的影響隨時間呈先抑制、后恢復的過程，且抑制強度與CT質(zhì)量分數(shù)有關(guān)，質(zhì)量分數(shù)越大則抑制作用越強。CT與PCE復合污染增強了對土壤呼吸作用的抑制，與對照相比，PCE大質(zhì)量分數(shù)組（0.40～1.60 mg/kg）與CT各質(zhì)量分數(shù)的復合處理、CT大質(zhì)量分數(shù)組與PCE各質(zhì)量分數(shù)的復合處理在整個培養(yǎng)階段受到很大抑制。CT與PCE體積分數(shù)差異越大，協(xié)同作用越明顯。CT-PCE復合污染的交互作用對土壤呼吸率的影響主要表現(xiàn)為協(xié)同作用。

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