不同使用類型紅壤中DEHP的降解研究

王冠 翁麗云 張紅艷

摘 要：鄰苯二甲酸酯類塑化劑是全球用量最大的塑化劑，同時也是常見的一類環境內分泌干擾物，其對生態環境和人體健康的影響得到了廣泛的關注與研究。鄰苯二甲酸（2-乙基已基）酯（Di-（2-ethylhexyl） phthalate，DEHP）作為鄰苯二甲酸酯中用量最大的一種，在環境中被普遍檢出，其在環境中的降解過程受到了廣泛關注，但在不同使用類型紅壤中的降解情況還未見報道。本研究以DEHP為材料，研究其在不同使用類型紅壤中的降解情況，建立了土壤中DEHP的萃取方法及氣相色譜檢測方法;對不同使用類型紅壤進行了理化特征分析，并人為添加DEHP至50mg/kg后分別在不同時間取樣，測定DEHP含量，從而評估不同使用類型紅壤對DEHP的降解能力。結果表明，林地與果園土壤中DEHP基本無降解，菜地與稻田土壤中DEHP存在緩慢降解，其中稻田土壤中50mg/kg的DEHP在30d內的降解率最高為11.3%。本研究結果為研究鄰苯二甲酸酯類在紅壤中的降解及毒性評估提供了理論參考。

關鍵詞：鄰苯二甲酸酯;鄰苯二甲酸（2-乙基已基）酯;紅壤;降解

中圖分類號：S-3 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200515002

鄰苯二甲酸酯（Phthalic acid esters， PAEs）是一類人工合成的化合物，通常作為塑化劑被廣泛用于塑料制品中，以提高相關產品的柔韌性與可塑性，如醫療產品、食品包裝、個人護理產品、塑料薄膜等[1]。鄰苯二甲酸酯作為目前全世界范圍內使用量最大的塑化劑種類，占據了全世界約65%的塑化劑市場份額，而其中的鄰苯二甲酸（2-乙基已基）酯（Di（2-ethylhexyl） phthalate，DEHP）為全球用量最大的塑化劑，占據全球市場約37%的份額[2]。由于鄰苯二甲酸酯類塑化劑與塑料聚合物骨架間主要通過氫鍵與范德華力等作用力結合，而并非共價結合，導致鄰苯二甲酸酯類塑化劑在塑料產品使用、處理的過程中很容易釋放到環境中，這也使得鄰苯二甲酸酯類塑化劑成為廣泛存在于環境中的典型污染物之一[3]。因此，鄰苯二甲酸酯類塑化劑對環境及人體健康的影響受到了廣泛的關注，并得到了廣泛的研究。由于鄰苯二甲酸酯類化合物具有雌激素效應和內分泌干擾效應，其已被列為典型的環境內分泌干擾物，已有研究表明，鄰苯二甲酸酯類塑化劑可能導致肥胖、呼吸道疾病、孕婦流產等[4]。環境檢測表明，在不同地域的水體、土壤以及動植物體內均有鄰苯二甲酸酯類塑化劑的檢出。因此，已有6種鄰苯二甲酸酯類塑化劑（包括鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛脂、鄰苯二甲酸丁芐酯和鄰苯二甲酸（2-乙基已基）酯）被美國環保署、歐洲以及中國環境監測中心列為優先控制的環境污染物[5]。

隨著塑料制品如地膜等在農業中的大量使用，鄰苯二甲酸酯類塑化劑在農業生態系統中也被普遍檢測到。李米等對廣州地區蔬菜種植土壤中鄰苯二甲酸酯含量進行檢測分析，發現其中鄰苯二甲酸酯類總含量在9.7～58.9mg/kg，且其中豐度最高的為DEHP（8.0～57.4mg/kg）[6]。同時，土壤中的鄰苯二甲酸酯可通過植物吸收進入食物鏈。Sun等發現生菜、草莓以及胡蘿卜可以從土壤中吸收鄰苯二甲酸二正丁酯和DEHP[7]。而目前對于鄰苯二甲酸酯類塑化劑在環境中的降解與轉化研究相對較少，對紅壤中鄰苯二甲酸酯類的降解與轉化研究則更少。基于此，本研究以典型的鄰苯二甲酸酯類塑化劑DEHP為研究對象，采集不同使用類型的紅壤，人為添加DEHP并在不同時期檢測DEHP在土壤中的含量，以確定DEHP在不同使用類型紅壤中的降解情況。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

土壤采自廣東海洋大學周邊的林地、果園、菜地及稻田，土壤的理化指標分析參考鮑士旦的《土壤農化分析》完成[8]。DEHP購自國藥集團化學試劑北京有限公司（分析純，純度99.2%），氣相色譜用高純氮氣（99.999%）購自湛江市瑞盟氣體有限公司。正己烷、甲醇及各種化學藥品均購自國藥集團化學試劑北京有限公司（均為分析純）。

1.2 儀器設備

島津氣相色譜儀（GC-2010pro，SHIMADZU，Japan），旋轉蒸發儀（RE-2000B，上海亞榮），恒溫恒濕培養箱（BSC-250，上海博訊）。

1.3 實驗方法

1.3.1 DEHP檢測方法與標準曲線

稱取DEHP標準品1g溶于40mL色譜純甲醇中，于容量瓶中定容至50mL，經0.22μm孔徑濾膜過濾后得濃度為2×104mg/L的儲存液于4℃避光保存備用。根據已有報道的DEHP氣相色譜檢測方法設定檢測方法為：使用WondaCap1色譜柱（GL Sciences Inc，Japan，2340.25mm×30m×0.25μm），檢測器為電子捕獲檢測器（Electron capture detector， ECD），進樣量為2μL，進樣室溫度為300℃，柱溫恒定為280℃，檢測器溫度為300℃，高純氮氣（99.999%）為載氣（2mL/min），通過軟件LabSolutions （Version 5.90，SHIMADZU，Japan）獲取并分析數據。

采用外標法建立DEHP濃度與檢測峰面積之間關系的標準曲線。準確配置濃度為10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L和50mg/L的DEHP標準濃度樣品，每個濃度各3份，以上述方法對每個濃度樣品進行檢測，從而建立標準濃度與峰面積之間的標準曲線。

1.3.2 土壤中DEHP萃取方法

準確稱取20g不同使用類型待試土壤，向土壤中添加DEHP儲備液至10mg/kg、30mg/kg和50mg/kg，并對樣品進行充分混勻。向含DEHP的土壤樣品中加入20mL的正己烷，充分震蕩后對樣品進行過濾，收集過濾液，并用40mL的正己烷對土壤樣品進行直接淋洗過濾。將獲得的濾液合并后，進行旋轉蒸發，最終將獲得物質以20mL色譜純甲醇進行復溶并以0.22μm的濾膜過濾。最終獲得的濾液以上述氣相色譜法進行檢測，并計算萃取率，確定不同使用類型紅壤中所有濃度下的萃取率均大于95.0%。

1.3.3 不同使用類型土壤中DEHP的降解

以林地、果園、菜地和稻田土壤為材料，準確稱取每種土壤20g后添加DEHP至50mg/L，充分混勻后于恒溫恒濕培養箱中培養，溫度為30℃，相對濕度為60%。在培養的第1、3、5、10、20和30天分別取樣，進行DEHP的萃取（萃取方法見1.3.2），并利用氣相色譜法測定土壤中DEHP的濃度。通過公式：降解率（%）=（樣品中起始DEHP濃度-樣品中t時刻DEHP濃度）×100/樣品中起始DEHP濃度，計算不同樣品在不同時期DEHP的降解率。

2 結果與分析

2.1 不同使用類型紅壤的理化特征

土壤來源及土壤特征如表1所示。可以看出，由于紅壤自身特性，土壤pH值一般偏酸性，所采集的樣品pH值在5.5～6.1，總氮與總磷分別介于0.82～0.93g/kg和0.26～0.42g/kg。同時開展了土壤本底DEHP含量測定，結果顯示均未檢出DEHP，主要原因在于選擇采樣地點時，盡量選擇了無地膜或其它塑料制品使用記錄的地點，以確保本試驗主要用于研究未受塑料制品影響土壤對DEHP的轉化能力。

2.2 氣相色譜法對DEHP的檢測及標準曲線

基于建立的氣相色譜法檢測50mg/L的DEHP結果如圖1所示，其中DEHP在此方法中的保留時間為15.416min，峰面積為1315125。進一步，基于不同濃度DEHP的檢測結果，建立了標準濃度與峰面積之間的標準曲線。標準曲線如圖1所示，其相關系數R2為0.9951，濃度與峰面積的關系為y=26127x-27832（其中y為峰面積，x為濃度），以上結果表明所建立的標準曲線結果可靠，能很好地反應濃度與峰面積間的關系。

2.3 不同使用類型紅壤中DEHP的降解

根據不同時間采樣、萃取、檢測后的結果，計算不同時期不同使用類型紅壤中DEHP的濃度，結果如圖2所示。可以看出，隨著時間的推移，林地與果園土壤中的DEHP濃度并未發生改變，一直維持在50mg/kg左右;而菜地與稻田土壤中的DEHP濃度則出現了下降趨勢，菜土壤中DEHP由50.9mg/kg降低至48.2mg/kg，稻田土壤中的DEHP由51.5mg/kg降低至45.7mg/kg，30d內菜地與稻田土壤中DEHP的降解率分別為5.3%和11.3%。

3 討論

現代農業生產方式快速革新與發展，很大程度上促進了農產品產量與質量的提高，但同時也帶來了許多新的問題，如農產品質量安全與農業生態環境污染[9]。其中常見的農業環境污染問題包括農藥殘留、土壤重金屬污染、農業塑料污染等，這些環境污染對生態環境與人體健康都具有潛在的負面效應[10]。隨著塑料制品在農業中的大量使用，塑料及其所包含的附屬成分，如阻燃劑、塑化劑、色素等，也大量進入農業生態系統中。鄰苯二甲酸酯類塑化劑作為使用最廣泛的塑化劑，在農業生態系統中被普遍檢出，尤以其中的DEHP和鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）為主。關于DEHP和DBP的毒性及生物降解已得到了廣泛而深入的研究，而對于兩者在環境中的轉化過程的研究相對較少[11]。全國范圍內農業生態系統中鄰苯二甲酸酯普遍檢出，其中廣州地區檢出PAEs最高總濃度為58.9mg/kg，其中以DEHP含量最高，達到57.4mg/kg[6]。因此，本研究選擇了50mg/kg作為目標濃度，研究DEHP在土壤中的降解情況。同時，需要注意的是，目前大量研究集中于已使用過塑料薄膜或已檢測到鄰苯二甲酸酯類土壤對鄰苯二甲酸酯的降解能力，即目標土壤中含已受過環境馴化的微生物，這些土壤通常表現出對DEHP較高的降解能力。如，Song等報道了采自山東省壽光市農田的土壤（有超過10a的PVC塑料薄膜使用）6d內對DEHP的降解率在80%以上[12]。然而，對于未受塑料或塑化劑污染/馴化的土壤對鄰苯二甲酸酯類塑化劑降解的報道相對較少。因此，本研究以未受塑料或塑化劑污染/馴化的紅壤作為研究材料，研究未經馴化土壤對DEHP的降解能力。由結果可以看出，未經馴化的土壤對DEHP基本無降解，人為活動（耕作/種植）影響的土壤（主要指菜地和稻田土壤）對DEHP降解緩慢，30d的降解率最高可達11.3%。希望本研究的結果能為鄰苯二甲酸酯類塑化劑的環境毒性評估與環境轉化研究提供理論參考。

參考文獻

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（責任編輯 常陽陽）