不同有機(jī)質(zhì)含量的土壤中DDT對(duì)小麥根系的生物有效性

1、不同有機(jī)質(zhì)含量的土壤中DDT對(duì)小麥根系的生物有效性郭麗青，陶澍*北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)系，地表過(guò)程分析與模擬教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871摘要：對(duì)不同有機(jī)質(zhì)含量的土壤中，分別選用水、正己烷、正己烷/丙酮混合溶劑作為DDT的提取劑，用這3種提取劑逐級(jí)連續(xù)提取，研究了這3級(jí)提取劑所提取的DDT量的差別及其與小麥根吸收的關(guān)系。結(jié)果表明，有機(jī)氯的水提取量隨土壤DOC的增加而上升，正己烷提取量隨土壤TOC的增加而下降，正己烷/丙酮提取量隨土壤TOC的增加而上升。根吸收與水提取量沒(méi)有確定的關(guān)系，但與正己烷提取量具正相關(guān)關(guān)系，與正己烷/丙酮提取量有負(fù)相關(guān)關(guān)系。關(guān)鍵詞：土壤；有機(jī)質(zhì)；DDT；小麥；快速溶劑

2、提??；生物有效性中圖分類號(hào)：X13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-2175（2003）02-0135-04農(nóng)業(yè)土壤中殘留的有機(jī)氯農(nóng)藥可能造成生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的危害。其對(duì)植物的生物有效性關(guān)系到進(jìn)入食物的途徑和速率。有機(jī)氯在土壤中的存在方式與土壤有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系通常比它與土壤其他因素如粒徑、土壤結(jié)構(gòu)、無(wú)機(jī)成分更為重要12。一般而言，土壤中有機(jī)質(zhì)越多，有機(jī)物被結(jié)合得越緊，就越難被生物有效地利用，也越難用化學(xué)方法提取出來(lái)。生物有效性實(shí)驗(yàn)周期一般很長(zhǎng)，加上生物個(gè)體差異大，實(shí)驗(yàn)精度一般較低。因此，用化學(xué)提取來(lái)模擬生物吸收成為無(wú)機(jī)污染物的生物有效性研究的重要手段3。近年來(lái)，也有研究者開始探討用化學(xué)提

3、取手段模擬有機(jī)污染物的生物有效性4。如果能建立這樣的模擬手段，就可以為持久性有機(jī)污染物的生物有效性研究提供重要途徑。土壤中有機(jī)污染物的提取方法很多，常用的有索氏提取、超聲波提取、超臨界提取和微波提取等方法5?？焖偃軇┨崛∈亲罱l(fā)展起來(lái)的高效提取技術(shù)6。本研究的目的即探討不同的快速溶劑提取對(duì)不同有機(jī)質(zhì)含量的土壤中DDT的提取量及其對(duì)小麥根系生物有效性的關(guān)系。1 材料與方法土壤樣品采自北京大學(xué)未名湖南面山坡陽(yáng)坡，取回后置于室內(nèi)（25 左右）自然風(fēng)干，過(guò)20目篩。稱取5份一定量的土樣，混勻，浸泡到4種不同濃度的腐殖酸水溶液中。自然風(fēng)干后，分別浸泡到相等濃度的DDT-丙酮溶液中，最后p, p'

4、-DDT濃度達(dá)到200 mg/kg。浸泡后的土樣置于通風(fēng)櫥內(nèi)，待丙酮完全揮發(fā)后，將土樣放置在玻璃缸中，于25 下避光培養(yǎng)35 d，然后取出栽培植物。植物栽培采用根墊法，具體方法見(jiàn)文獻(xiàn)7。實(shí)驗(yàn)中選用小麥為栽培植物。每個(gè)系列3個(gè)平行設(shè)置，并做空白實(shí)驗(yàn)對(duì)照。選用水、正己烷、正己烷/丙酮混合溶劑為提取劑。使用的加速溶劑提取儀為DIONEX ASE-300型。用上述3種提取劑連續(xù)提取。取5 g土壤樣品裝入加速溶劑萃取儀的33 ml的萃取池中，并用石英砂填滿萃取池。提取溫度120 ，壓強(qiáng)1500 Pa，預(yù)熱 min，靜態(tài)提取 min。用溶劑快速?zèng)_洗樣品，氮?dú)獯祾呤占刻崛∫海由舷到y(tǒng)清洗液，總計(jì)每個(gè)樣品

5、用溶劑40 ml，耗時(shí)22 min。提取液用Florisil層析柱凈化，用100 ml 含10%丙酮的正己烷溶液以2滴/s的速度淋洗，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器濃縮、全部轉(zhuǎn)移，氮吹濃縮。用配有ECD的HP-6890氣相色譜儀測(cè)定。具體凈化、測(cè)定條件和質(zhì)量控制見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn)8。植物采集后自然風(fēng)干，攪碎，準(zhǔn)確稱取樣品干質(zhì)量，全部轉(zhuǎn)移到萃取柱中，用正己烷和丙酮作溶劑（VV = 11），在120 下靜態(tài)提取10 min。提取液用濃H2SO4磺化除脂，然后再用Florisil層析柱凈化。用100 ml含10%丙酮的正己烷溶液以2滴/s的速度淋洗層析柱，淋洗液收集于茄形瓶中，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至微量，氮吹濃縮，氣相色譜測(cè)定。具體處理

6、方法及氣相測(cè)定條件見(jiàn)文獻(xiàn)9。2.50.3 0.85可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)水提o, p1-DDT水提p, p1-DDT水提p, p1-DDD水提p, p1-DDE0.642.02.52.00.40.2321.51.01.51.01.52.01.50.51.5 2.01.02.01.00.50 02.01.51.00.50100.5 00.50DOC/(mg×g-1)DOC/(mg×g-1)DOC/(mg×g-1)DOC/(mg×

7、g-1)1.0000可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)804200.5可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)正已烷提o, p1-DDT正已烷提p, p1-DDT正已烷提p, p1-DDD正已烷提p, p1-DDE360151220401050.4DOC/(mg×g-1)DOC/(mg×g-1)DOC/(mg×g-1)DOC/(mg×g-1)00.50.52.01.51.00.502.01.01.0002.01.51.0002.01.51.00.50 0.3圖1 不同溶劑提取量

8、與土壤DOC的關(guān)系實(shí)驗(yàn)用丙酮、正己烷試劑均為農(nóng)藥殘留級(jí)；濃硫酸為分析純；無(wú)水硫酸鈉在650 灼燒 h，冷卻后儲(chǔ)于密閉容器中；氟羅里硅土（80100目，農(nóng)殘級(jí)）購(gòu)自迪馬公司，在130 活化6 h，冷卻后儲(chǔ)于密閉容器內(nèi)備用。樣品混合用的DDT由天津大沽化工廠提供。玻璃器皿用KQ-500B型超聲波清洗器清洗后灼燒。2 結(jié)果與討論2.1 有機(jī)質(zhì)對(duì)不同溶劑提取效果的影響不同溶劑從不同有機(jī)質(zhì)含量的土壤中提取的各DDT異構(gòu)體的含量如圖1所示。可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg

9、×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)正己烷/丙酮提p, p1-DDE正己烷提o, p1-DDT正己烷提p, p1-DDT正己烷提p, p1-DDD正己烷提p, p1-DDE圖2 不同溶劑提取量與TOC的關(guān)系TOC/%正己烷/丙酮提o, p1-DDTTOC/%TOC/%正己烷/丙酮提p, p1-DDT正己烷/丙酮提p, p1-DDDTOC/%1871161514604020 0181716151420015010050 01817161514 40302010018171615142.01.51.

10、00.50TOC/%TOC/%18TOC/%TOC/%0.38141817161514321017161514453015 01817161514 106218171615140.420.340.300.464 60從圖1結(jié)果可以看出，隨著土壤中水溶性有機(jī)碳（DOC）的增加，所研究的4種DDT異構(gòu)體的水提取量有不同程度的上升。p, p'-DDE系列4的水提取量是系列1的80倍左右，p, p'-DDD在7倍左右，p, p'-DDT在8倍左右，而o, p'-DDT在4倍左右。與水提取量相反，正己烷對(duì)各種DDT的提取量隨DOC的增加大致呈下降趨勢(shì)。p, p'-

11、DDE系列4的提取量是系列1的100%左右，沒(méi)有很大變化，p, p'-DDD在31%左右，p, p'-DDT在23%左右，o, p'-DDT在37%左右。這可能與實(shí)驗(yàn)中添加的腐殖酸含大量水溶性FA有關(guān)，實(shí)驗(yàn)中觀察到隨著腐殖酸添加濃度升高，提取液顏色不斷加深，表明土壤中的FA也被大量提出，同時(shí)吸附在腐殖酸上的有機(jī)氯農(nóng)藥隨腐殖酸進(jìn)入到水溶液中。Chiou等人10在研究中也發(fā)現(xiàn)，隨著DOC的增加，水溶液中的p, p'-DDT, 2, 4, 5, 2, 5-PCB, 2, 4, 4-PCB, 1, 2, 3-trichlorobenzene，林丹的量也線性地上升。實(shí)際上

12、，土壤中有機(jī)質(zhì)含量越高，有機(jī)物就被結(jié)合得越緊，再加上前一級(jí)提取效率提高，所以正己烷的提取量呈不斷下降的趨勢(shì)。圖2顯示，除p, p'-DDE外，隨著土壤中總有機(jī)碳（TOC）的增加，p, p'-DDD, p, p'-DDT, o, p'-DDT的正己烷提取量都呈線性下降。p, p'-DDE系列4的提取量是系列1的100%左右，沒(méi)有發(fā)生很大變化，p, p'-DDD在31%左右，p, p'-DDT在23%左右，o, p'-DDT在37%左右。除p, p'-DDD隨TOC增加而略有下降外，其它3種化合物的正己烷/丙酮提取量均上升。對(duì)

13、有機(jī)氯而言，水是一種溶解能力很弱的溶劑，正己烷提取能力相對(duì)較弱，而正己烷/丙酮?jiǎng)t是一種較強(qiáng)的提取劑11。隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加，DDT與土壤結(jié)合越來(lái)越緊密，從而不容易被弱提取劑提取出來(lái)；提取量下降速度隨溶劑不同、化合物不同而不同。由于正己烷是較弱的提取劑，其對(duì)DDT的提取能力隨TOC的增加而下降得很快。相比之下，正己烷/丙酮混合液的提取能力很強(qiáng)，至少在實(shí)驗(yàn)涉及的有機(jī)質(zhì)含量范圍沒(méi)有表現(xiàn)出提取能力下降的趨勢(shì)。其提取量上升的原因是在連續(xù)提取過(guò)程中，前兩步提取的效率下降導(dǎo)致DDT異構(gòu)體在土壤中的相對(duì)殘留量上升。事實(shí)上，本實(shí)驗(yàn)中3種溶劑提取總量大致不變。2.2 根吸收量與不同溶劑提取量的關(guān)系3種提取劑

14、從土壤中提取的DDT量與小麥根吸收量的關(guān)系見(jiàn)圖3。圖中顯示，各種化合物的植物根吸收量與水提取量沒(méi)有確定的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)得到的p, p'-DDE和p, p'-DDT的土壤總的水提取量遠(yuǎn)低于植物吸收總量，而p, p'-DDD和o, p'-DDT的土壤總水提取量?jī)H略高于植物吸收量。這些化合物很低的溶解度導(dǎo)致其在土壤溶液中含量很低。顯然，土壤中DDT的植物有效部分除土壤溶液中的溶解態(tài)化合物外，弱吸附在土壤固相的部分化合物也能被植物利用。有關(guān)研究曾發(fā)現(xiàn)土壤中添加樹脂的水溶液提取多環(huán)芳烴量與微生物吸收量相關(guān)1213。這可能與多環(huán)芳烴較高的溶解度以及提取液中添加樹脂有關(guān)。此外，微

15、生物吸收機(jī)理和植物根系不同也可能導(dǎo)致這樣的差異。物種也是影響生物有效性的一大因素（White, et al., 1997; Kelsey, 1997）?？商崛×?(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×kg-1)可提取量/(mg×k

16、g-1)水提p, p1-DDE圖3 小麥根吸收量與不同溶劑提取量的關(guān)系正/丙提o, p1-DDT正/丙提p, p1-DDT正/丙提p, p1-DDD正/丙提p, p1-DDE根吸收/(mg×g-1)根吸收/(mg×g-1)根吸收/(mg×g-1)根吸收/(mg×g-1) 200600400204060408012016000.00.40.81.21.62.01020304060402000604020000151050正已烷提o, p1-DDT正已烷提p, p1-DDT根吸收/(mg×g-1)根吸收/(mg×g-1)123204060

17、根吸收/(mg×g-1)正已烷提p, p1-DDD5911151204060根吸收/(mg×g-1)正已烷提p, p1-DDE0.320.340.360.380.4015105 6040200400600400200000 水提o, p1-DDT 根吸收/(mg×g-1)000.20.40.60.8根吸收/(mg×g-1)03.12.21.30.4水提p, p1-DDD 根吸收/(mg×g-1)0.20.81.420水提p, p1-DDD根吸收/(mg×g-1)0.10.20.3604020060040020006040200 151

18、050 由圖中還可看出，各個(gè)化合物的根吸收量和正己烷提取量具有正相關(guān)關(guān)系，可見(jiàn)，在本次實(shí)驗(yàn)條件下，土壤中易交換的有機(jī)化合物對(duì)植物有效性貢獻(xiàn)大；各化合物的根吸收量和正己烷/丙酮提取量大致呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明與土壤結(jié)合緊密的那部分有機(jī)物對(duì)植物的有效性貢獻(xiàn)不大。相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。表1結(jié)果表明，在0.05的顯著性水平下，除p, p'-DDE根吸收量和正己烷提取量沒(méi)有顯著相關(guān)外，p, p'-DDE, p, p'-DDD, o, p'-DDT均顯著相關(guān)。表2結(jié)果顯示，在0.05的顯著性水平下，p, p'-DDE, p, p'-DDD, p, p&#

19、39;-DDT, o, p'-DDT的根吸收量和正己烷/丙酮提取量均顯著相關(guān)。從以上這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，土壤中易交換有機(jī)氯和植物有效部分隨土壤有機(jī)質(zhì)同時(shí)消長(zhǎng)，可見(jiàn)用合適的溶劑提取方法來(lái)模擬土壤中有機(jī)污染物的生物有效性是可能的。表1 根吸收量與ASE-正己烷提取量的相關(guān)系數(shù)化合物樣本量/nRp, p'-DDE120.519p, p'-DDD120.775p, p'-DDT120.992o, p'-DDT120.903臨界值=0.553，=0.05表2 根吸收量與ASE-正己烷/丙酮提取量的相關(guān)系數(shù)化合物樣本量/nRp, p'-DDE120.910

20、p, p'-DDD120.822p, p'-DDT120.591o, p'-DDT120.713臨界值=0.553，=0.053 結(jié)論隨著土壤中DOC的增加，有機(jī)氯DDT的水提取量不斷上升。隨著TOC含量增加，正己烷提取量不斷下降，正己烷/丙酮提取量不斷上升，表明有機(jī)化合物與土壤的結(jié)合強(qiáng)度隨土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加而增強(qiáng)。在本組實(shí)驗(yàn)條件下，有機(jī)氯化合物水提取量對(duì)生物有效性的貢獻(xiàn)不大；正己烷提取量與生物有效性具有正相關(guān)關(guān)系；正己烷/丙酮提取量與生物有效性具有負(fù)相關(guān)關(guān)系。參考文獻(xiàn)：1 BEALL M L, NASH R G. Crop seedling uptake of DD

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