通用調理劑對土壤PCB28降解的效果及影響因素研究

靳韜　蔣佳峰　董元華

摘要[目的]明確施用通用調理劑對土壤PCB28降解的影響。[方法]土壤添加2 mg/kg PCB28后，根據不同濃度通用調理劑、有機肥和含水率等設置12個處理，開展培養試驗，并于培養0、14、21、28 d采集土樣分析PCB28濃度。[結果]施用調理劑能夠促進土壤PCB28的降解，其降解率為48.6%，施用有機肥可以繼續促進PCB28的降解率至59.8%，并且提高含水率能夠進一步提高PCB28的降解率至67.9%。[結論]施用0.4 mg/g調理劑、0.7 mg/g有機肥和提高土壤含水率能夠顯著提高土壤PCB28的降解率。

關鍵詞土壤；調理劑；PCB28降解；有機肥；含水率

中圖分類號S156文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）36-0091-03

Abstract[Objective] Effect of soil general conditioner on soil PCB28 degradation was investigated.[Method] 2 mg/kg PCB28 was added to the soil，and culture experiments were carried out with 12 treatments of different concentration of general conditioner，organic fertilizer and water content.Soil samples were collected after culturing for 0，14，21，28 days，and PCB28 concentration was analyzed.[Result] Application of soil conditioner could promote soil PCB28 degradation，and the degradation rate was 48.6%，and together with application of organic fertilizer could continue to promote PCB28 degradation rate to 59.8%，and what's more，increasing soil water content could further improve PCB28 degradation rate to 67.9%.[Conclusion] Application of 0.4 mg/g soil conditioner，0.7 mg/g organic fertilizer and increasing soil moisture content could significantly improve the degradation rate of soil PCB28.

Key wordsSoil；Soil conditioner；PCB28 degradation；Organic fertilizer；Moisture content

多氯聯苯（PCBs）是一類典型的持久性有機污染物（persistent organic），被列為首批需要消減和優先控制的12種持久性有機污染物之一。PCBs具有許多優良物理化學性質，被廣泛應用于電力工業、塑料加工業、印刷業和化工行業等領域，由于焚化含PCBs的物質釋放到大氣中，最后通過沉降作用，大量進入土壤系統，引起土壤環境嚴重污染，還會嚴重危害人類健康[1]，例如1968年日本北部九州縣發生的震驚世界的被PCBs污染米糠油中毒事件。因此，開展PCB的去除降解研究具有重要的現實意義。

PCB的修復包括物理方法，比如封存填埋法、吸附萃取法、蒸餾汽提法等[2]，以及化學修復方法，化學修復方法主要包括焚燒法、金屬還原法、氫化法、硫化還原法、氧化氯化法和光降解法等[3]。在土壤PCB污染修復方面，這些物理化學方法由于其工程量大、成本高，往往無法很好地應用于土壤PCB污染修復。近年來，生物修復方法為土壤PCB降解去除提供了新的方法，主要是通過自然界中動物、植物、微生物將有機污染物降解成CO2和H2O或轉化為無毒無害物質[4]。

土壤調理劑是一類新型的土壤改良劑，能夠改善土壤的理化性質，調節土壤酸度，進而改善土壤結構，促進土壤養分轉化，提高土壤活性養分，促進土壤微生物代謝和生長[5]，進而促進土壤微生物對環境大分子有機污染物的降解[6]。但是，土壤調理劑對土壤PCB降解的效果研究還比較少，相關的影響因素還不清楚，因此，探究不同濃度土壤調理劑對土壤PCB28降解的效果，并分析有機肥和土壤含水量對調理劑影響土壤PCB28降解的影響，以期揭示調理劑對土壤PCB28降解的效果及影響因素。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試土壤采集于南京江寧農田的表層土壤，自然風干后，粉碎后過2 mm篩，供試土壤基本性質為全氮1.38 g/kg，全磷0.73 g/kg，有機質1.26 g/kg。調理劑是該課題組自主研發的通用型蔬菜地改良劑。

1.2試驗方法

1.2.1土壤老化。取一個塑料盆，在盆內墊上塑料薄膜，稱6 kg磨好的土壤置于盆內，加入300 mL 40 mg/L的PCB28丙酮溶液，使得添加的PCB28濃度約為2 mg/kg，拌勻后，將土壤放在通風櫥中，使丙酮完全揮發。處理后的添加土壤避光放置10 d左右使PCB28老化。稱取老化后的土壤樣品6份，每份1 g于15 mL棕色玻璃瓶中，加入5 mL正己烷進行超聲萃取30 min，離心后取上層清夜1 mL進行GC-ECD測定，確定實際添加濃度，并驗證土壤是否拌勻。

1.2.2培養試驗。

在容積1L的塑料盆中，添加土壤100 g，并加入1∶1 000稀釋后的通用調理劑、植物氨基酸有機肥料和水分，拌勻后培養，共設置12個處理，具體設置見表1。其中，調理劑0.4 mg/g為田間常規施用量，植物氨基酸有機肥0.7 mg/g為田間常規施用量，含水量60%為田間常規含水量。每種處理設置4個平行樣，樣品于室溫下培養，培養期間采用重量法定期補水以保持各處理水分恒定。取樣時間設為培養后的第0、14、21、28天。每次取樣時，先將培養樣品用取樣勺攪拌均勻后取出1 g土壤樣品置于15 mL棕色玻璃瓶中，用5 mL正己烷超聲萃取后，離心取上清液進行GC-ECD測定。

1.2.3色譜分析。采用Agilent 6890 N 氣相色譜儀對PCB77進行分析，配備ECD檢測器、BD-5毛細管柱（ 30.0 m×0.32 mm×0.25 μm）和自動進樣器。色譜分析條件：進樣口溫度為250 ℃，檢測器溫度為300 ℃，不分流進樣1 μL；使用高純氦氣（99.999 %）為載氣，流速為1 mL/min，高純氮（99.999%）作為尾吹氣，流速為60 mL/ min；程序升溫過程：150 ℃停留2 min，以10 ℃/ min速率升溫到280 ℃，保留1 min；用外標法進行測定。

1.3數據處理采用Microsoft Office 2010 excel進行數據整理和基本運算，采用SPSS 18進行不同處理間差異顯著性分析，并采用origin 8.0繪制圖形。

2結果與分析

2.1通用調理劑對土壤PCB28降解的影響

前7 d各處理間PCB28降解率差異不明顯（圖1），14 d后隨著培養時間的延長，調理劑處理PCB28降解率明顯高于對照，經過28 d培養后，CK中PCB28降解率為35.6%，添加調理劑的T1、T2、T3處理中PCB28降解率分別為43.2%、48.6%和45.2%，都顯著高于CK，表明施用土壤通用調理劑能夠顯著促進土壤微生物對PCB28的降解。

李小龍等[7]研究表明，施用土壤調理劑能夠促進微生物的生長，而土壤微生物數量的增加，其代謝酶活性的增加會促進土壤PCB28的降解[8]。該研究發現施用土壤調理劑能夠促進土壤PCB28的降解，可能是由于施用調理劑改良了土壤的結構和養分供應，促進了土壤微生物的生長和代謝，進而促進了土壤中PCB28的降解。

2.2有機肥對調理劑降解土壤PCB28的影響

培養28 d后T4處理中PCB28的降解率為38.5%（圖2），雖然比CK高，但是與CK之間無顯著性差異，表明單獨施用0.7 mg/g植物型氨基酸有機肥，對土壤PCB28的降解無顯著影響。

在施用0.4 mg/g調理劑的基礎下，添加有機肥料處理PCB28降解率顯著高于未加有機肥的T2處理（圖3），培養28 d后，T2處理PCB28降解率為48.6%，添加1.2 mg/g有機肥T7處理中土壤PCB28降解率為59.8%，比T2處理顯著提高23.0%。表明添加有機肥能夠協同調理劑進一步促進土壤PCB28的降解。

施用有機肥后會提高土壤有機質含量[9]，土壤調理劑的施用在促進土壤微生物生長的同時，可能會促進其代謝施用的有機肥及產生的有機質，微生物在分泌更多的降解酶來分解有機質的同時，會協同降解土壤PCB28[10]，研究表明施用有機肥能夠加強土壤調理劑對土壤微生物對PCB28的降解促進效應。

2.3含水率對調理劑降解土壤PCB28的影響

培養28 d后，20%含水量T8處理中PCB28的降解率為30.7（圖4），顯著低于60%含水量CK的35.6%和100%含水量T9處理的39.4%，T9處理PCB28的降解率雖然比CK高，但是無顯著差異，表明土壤含水量的增加能夠促進土壤微生物對PCB28的降解。許妍等[11]研究發現，土壤微生物PCB28降解過程是一個厭氧脫氯過程，厭氧環境有利于微生物對PCB28的降解[12]。該研究中土壤含水率的增加，使得土壤中氧氣含量顯著下降形成一個厭氧環境，從而有助于土壤微生物厭氧脫氯降解PCB28。

在進一步加入通用調理劑和有機肥后，土壤含水率的增加對PCB28的降解影響效果更加顯著，在培養28 d后， 20%含水率T10處理土壤PCB28的降解率為42.9%，60%含水率T6處理為53.6%，100%含水率的T11處理PCB28降解率最高為67.9%，顯著高于T10和T6處理。前面的分析已說明含水率對土壤微生物PCB28降解的作用，在同時加入土壤調理劑和有機肥后，在100%含水率處理中，PCB28的降解率進一步提高，已達到近70%，表明聯合施用調理劑和有機肥并保持土壤的含水率，可有效促進土壤微生物對PCB28的降解。

3結論

研究通用調理劑對土壤PCB28降解的影響，進一步分析

有機肥和土壤含水率對調理劑作用的影響，并初步分析相關原因，在調理劑對土壤PCB28降解作用方面得到以上結論：

（1）施用通用調理劑能夠顯著促進土壤PCB28的降解，田間常用0.4 mg/g調理劑施用濃度對土壤PCB28降解促進效果最好。

（2）單獨施用有機肥對土壤PCB28的降解無明顯影響，但是在結合施用調理劑的基礎上，施用有機肥能夠進一步促進土壤PCB28的降解，有機肥使用量1.2 mg/g效果最佳。

（3）提高土壤含水率，使土壤處于厭氧狀態能夠顯著促進土壤PCB28的降解，在結合施用調理劑和有機肥的前提下，提高土壤含水率能夠更進一步地促進土壤PCB28的降解。

結合該研究的各項數據，施用0.4 mg/g土壤調理劑、0.7 mg/g有機肥，并保持較高的土壤含水率，能夠顯著促進土壤PCB28的降解，其降解率能夠達到67.9%。該研究表明，施用土壤調理劑，并結合施用有機肥和提高土壤含水率等農藝措施，是一種簡單易行的PCB28污染土壤的原位修復技術方法。

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45卷36期靳 韜等通用調理劑對土壤PCB28降解的效果及影響因素研究