溶解性有機(jī)質(zhì)對土壤中典型有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響

付高陽，譙　華，彭　偉，楊　昊，郝全龍

(后勤工程學(xué)院國防建筑規(guī)劃與環(huán)境工程系，重慶 401311)

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溶解性有機(jī)質(zhì)對土壤中典型有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響

付高陽，譙華，彭偉，楊昊，郝全龍

(后勤工程學(xué)院國防建筑規(guī)劃與環(huán)境工程系，重慶 401311)

摘要：溶解性有機(jī)質(zhì)(DOM)對土壤中有機(jī)物的行為有重要影響。概述了DOM的定義、來源和分類，歸納了DOM對典型有機(jī)污染物如氯代有機(jī)物、多環(huán)芳烴、硝基化合物和其它有機(jī)污染物(如激素、農(nóng)藥等)在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的影響，從機(jī)理方面對DOM與有機(jī)污染物的相互作用進(jìn)行了解釋，并提出了今后的研究方向。

關(guān)鍵詞：溶解性有機(jī)質(zhì)(DOM)；土壤有機(jī)污染物；遷移轉(zhuǎn)化

隨著人口數(shù)量的激增和工業(yè)現(xiàn)代化的全面推進(jìn)，大量有機(jī)污染物進(jìn)入土壤環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。其中，比較典型的化合物如氯代有機(jī)物、多環(huán)芳烴(PAHs)和硝基化合物等因具有“三致”作用導(dǎo)致其在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化備受關(guān)注。溶解性有機(jī)質(zhì)(dissolvedorganicmatter，DOM)在自然界中含量豐富，在土壤環(huán)境和水體環(huán)境中所占比例較大[1]。DOM分子量大小不恒定，小分子DOM可以小至幾百道爾頓，而大分子DOM則可以達(dá)到幾萬道爾頓。DOM結(jié)構(gòu)中含有多種活性官能團(tuán)(如酚基、羥基、羰基、硫醇基等)使其性質(zhì)活潑，可與土壤中的有機(jī)物發(fā)生大量的物理化學(xué)反應(yīng)，從而影響有機(jī)物在土壤中的行為。同時(shí)它是天然的兩性分子，離子中同時(shí)具有親水和疏水兩種組分[2]。研究表明，在有機(jī)污染土壤中添加DOM可以改變污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化能力[3-6]?；诖?，作者簡述了DOM的定義、來源和分類，并就DOM對土壤中典型有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響進(jìn)行重點(diǎn)闡釋，以期為有機(jī)污染土壤治理研究提供新視野。

1DOM概述

1.1DOM的定義

DOM是指能溶解于水溶液的有機(jī)物，是根據(jù)DOM的提取方法總結(jié)出的操作定義。DOM的提取方法一般為：首先用純水浸泡有機(jī)物料，然后置于搖床振蕩一定時(shí)間，最后將液體經(jīng)0.45μm濾膜過濾。DOM是許多大分子(酶、多酚、腐殖質(zhì)等)和小分子(有機(jī)酸、碳水化合物和游離氨基酸等)的有機(jī)混合物，通常也稱作水溶性有機(jī)質(zhì)[7]。

1.2DOM的來源與分類

DOM一般來源于以下兩方面：一方面是土壤環(huán)境或水體環(huán)境內(nèi)部有機(jī)質(zhì)的形成，主要是土壤母質(zhì)風(fēng)化和水體光合作用過程中形成的各類有機(jī)物質(zhì)；另一方面是外部有機(jī)質(zhì)輸入到環(huán)境中，主要有動植物殘?bào)w、根系分泌物、城市污泥、人畜糞污、稻稈堆肥、有機(jī)廢棄物等[8]。

目前，對DOM還缺乏統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，常見的分類方法有3種：第一種是組分法，即根據(jù)DOM包含的組分按蛋白質(zhì)、游離氨基酸、糖類、酚和脂等進(jìn)行分類；第二種是粒徑法，即根據(jù)DOM分子量大小分為<6 000Da、6 000～14 000Da和>14 000Da幾類，其中小分子DOM主要包括脂肪酸、氨基酸等，大分子DOM主要為富里酸等；第三種是樹脂法，即根據(jù)DOM吸附特性的不同將DOM通過XAD樹脂分為酸性親水有機(jī)質(zhì)(HPIA)、酸性疏水有機(jī)質(zhì)(HPOA)、堿性親水有機(jī)質(zhì)(HPIB)、堿性疏水有機(jī)質(zhì)(HPOB)、中性親水有機(jī)質(zhì)(HPIN)和中性疏水有機(jī)質(zhì)(HPON)等6類[9]。

2DOM對典型有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響

重點(diǎn)關(guān)注和控制的典型土壤有機(jī)污染物主要有氯代有機(jī)物、多環(huán)芳烴和硝基化合物等。DOM對這些污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化有著較大的影響。

2.1對氯代有機(jī)物在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的影響

2.2對多環(huán)芳烴在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的影響

多環(huán)芳烴(PAHs)是分子中含有2個(gè)以上苯環(huán)的碳?xì)浠衔?。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)的PAHs達(dá)200余種，其中較為常見的有萘、蒽、菲、芘等。PAHs是一類典型的持久性有機(jī)污染物，也是環(huán)境中主要致癌物質(zhì)之一[13]。研究發(fā)現(xiàn)，DOM可以促進(jìn)土壤中PAHs的遷移轉(zhuǎn)化[14-15]。Yu等[16]研究表明，從土壤或堆肥中提取的DOM可促進(jìn)PAHs在土壤中的解吸，提高其在土壤溶液中的表觀溶解度，增強(qiáng)其遷移能力。Smith等[17]在研究PAHs污染土壤時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有溶解性有機(jī)碳(dissolved organic carbon，DOC)存在時(shí)，菲、芘等5種PAHs從非水相液體向水相擴(kuò)散的傳質(zhì)速率可提高3倍。韋婧等[18]研究了溶解性富里酸(fulvic dissolved organic matter，F(xiàn)DOM)對土壤中PAHs遷移轉(zhuǎn)化的影響，結(jié)果表明，在FDOM持續(xù)淋溶條件下，菲、芘和苯并[a]芘等物質(zhì)在淋出液中的濃度明顯提高，說明FDOM提高了其在土壤中的遷移能力。唐東民等[19]在芘污染土壤中加入秸稈腐殖化產(chǎn)生的DOM，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，秸稈DOM能促進(jìn)芘在土壤中的遷移，且促進(jìn)作用隨著秸稈腐殖化時(shí)間的延長而增強(qiáng)。

2.3對硝基化合物在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的影響

硝基化合物是烴分子中的氫原子被硝基(-NO2)取代后生成的衍生物。硝基化合物普遍存在一定的毒性，TNT等生物毒性較強(qiáng)的硝基化合物還會誘發(fā)癌癥[20-21]。目前，關(guān)于DOM對土壤中硝基化合物遷移轉(zhuǎn)化影響的研究較少。李恒等[22]在研究腐殖質(zhì)修復(fù)TNT污染土壤時(shí)發(fā)現(xiàn)，DOM對TNT存在 “空穴”吸附，可以降低其在土壤中的遷移能力。郝全龍[23]在TNT土柱淋溶實(shí)驗(yàn)中加入FDOM，發(fā)現(xiàn)，當(dāng)FDOM含量高于5%時(shí)，F(xiàn)DOM對TNT在土壤中的遷移起到較好的抑制作用。孟瑞紅等[24]在研究2，4-二硝基甲苯在黑土上的吸附時(shí)發(fā)現(xiàn)，DOM對2，4-二硝基甲苯的吸附能力較強(qiáng)，抑制了其在黑土中的遷移。

2.4對其它有機(jī)物在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的影響

DOM對土壤中其它有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化也有影響。針對激素和藥物類有機(jī)物，Stumpe等[25]研究了DOM對土壤中雌激素遷移轉(zhuǎn)化的影響，發(fā)現(xiàn)DOM能促進(jìn)雌激素的遷移。周坤等[26]在研究DOM對雌二醇(E2)降解的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在E2單一污染體系中，DOM明顯促進(jìn)了E2的降解。吳沙沙等[27]以可溶性腐殖酸(DHA)作為DOM的替代目標(biāo)物，研究了高嶺土對諾氟沙星的吸附作用，結(jié)果表明，DHA對諾氟沙星具有增溶作用，可促進(jìn)其在土壤中的遷移。針對農(nóng)藥類有機(jī)物，馬愛軍等[28]在除草劑草萘胺污染的黃棕壤中加入DOM，研究其對草萘胺在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明，加入DOM后，草萘胺在黃棕壤上的吸附減少，遷移能力明顯增強(qiáng)。高鵬等[29]在研究DOM與甲草胺類農(nóng)藥的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，DOM可以通過-COOH、-COOR等基團(tuán)與土壤中有機(jī)質(zhì)發(fā)生氫鍵結(jié)合，從而降低甲草胺類農(nóng)藥在土壤中的遷移能力。

DOM對土壤中有機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化有著不同程度的影響，其影響方式與有機(jī)污染物種類、土壤性質(zhì)以及DOM自身特性等有關(guān)。其中DOM影響因素是人為可控的，對研究DOM修復(fù)有機(jī)污染土壤的作用機(jī)理以及實(shí)際應(yīng)用有較好的指導(dǎo)意義。

3DOM與有機(jī)污染物的作用機(jī)理

在土壤有機(jī)質(zhì)環(huán)境中，DOM由于其活躍的理化性質(zhì)而被認(rèn)為是非常重要的組分之一[30]，其與有機(jī)物結(jié)合機(jī)理眾多，主要包括氫鍵結(jié)合、配體交換、疏水粒子分配、共價(jià)結(jié)合、螯合、π鍵作用、電子轉(zhuǎn)移等[31-33]。在有機(jī)物和DOM結(jié)合過程中，并不是所有的機(jī)理都會同時(shí)發(fā)生，一般情況下是多種機(jī)理并存，這與土壤環(huán)境和有機(jī)物本身性質(zhì)有關(guān)，這也是DOM對同類有機(jī)物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化影響方向不盡相同的原因。

4結(jié)語

DOM對土壤中有機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化有著不同程度的影響且影響機(jī)理不同，主要取決于有機(jī)污染物種類、土壤性質(zhì)以及DOM自身特性。目前，DOM對有機(jī)物遷移轉(zhuǎn)化影響的研究大多針對單一污染物。而土壤的有機(jī)污染基本上為復(fù)合污染體系，加之土壤類型及性質(zhì)的差異，因此有必要對DOM影響不同類型土壤中多種有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化的程度、機(jī)理等進(jìn)行深入的研究，以便為有機(jī)污染土壤的修復(fù)提供更好的理論依據(jù)。

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收稿日期：2016-03-16

作者簡介：付高陽(1992-)，男，山西忻州人，碩士研究生，研究方向：土壤污染與修復(fù)，E-mail：550837320@qq.com；通訊作者：譙華，博士，副教授，E-mail：huwangqiao@163.com。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.07.015

中圖分類號：X 53

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-5425(2016)07-0061-03

Effect of Dissolved Organic Matters on Migration and Transformation of Typical Organic Pollutants in Soil

FU Gao-yang,QIAO Hua,PENG Wei,YANG Hao,HAO Quan-long

(DepartmentofNationalDefenceArchitecturePlanningandEnvironmentalEngineering,LogisticEngineeringUniversityofPLA,Chongqing401311,China)

Abstract：Dissolved organic matter(DOM) has an important influence on the behavior of organic compounds in soil.The definition,source and classification of DOM are outlined.Effects of DOM on migration and transformation of typical organic pollutants,such as chlorinated organic compounds,polycyclic aromatic hydrocarbons,nitro compounds and other organic pollutants,such as hormone or pesticide,are summarized.The interaction mechanism of DOM and organic pollutants is explained and the directions for future research are pointed out.

Keywords：dissolved organic matter(DOM)；organic pollutants in soil；migration and transformation

付高陽，譙華，彭偉，等.溶解性有機(jī)質(zhì)對土壤中典型有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響[J].化學(xué)與生物工程，2016，33(7)：61-63，67.