溶解性有機質(zhì)對土壤中污染物環(huán)境行為的影響

1、溶解性有機質(zhì)對土壤中污染物環(huán)境行為的影響徐慧 (南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210044)摘要 綜述了溶解性有機質(zhì)的來源、組成及其對土壤中污染物環(huán)境行為的影響。關(guān)鍵詞溶解性有機質(zhì)；污染物；土壤；環(huán)境行為中圖分類號X53 文獻標識碼A 文章編號0517- 6611(2009) 03- 01315- 02Effects of Dissolved Organic Matter ( DOM) on Environmental Behaviors of Pollutants in SoilXU Hui ( College of Environmental Science and Engi

2、neering, Nanjing University of Informational Science and Technology, Nanjing, Jiangsu 210044) Abstract In this paper, the sources, components of dissolved organic matter and its effect on the environmental behaviors of pollutants in soil were reviewed.Key words Dissolved organic matter; Pollutant; S

3、oil; Environmental behaviors徐慧（1979-）,男，江蘇大豐人，碩士，講師，從事土壤有機 污染研究。2008-10-31J.lLk-rnicElFtr土壤中污染物的環(huán)境行為是近幾十年來土壤、生態(tài)和環(huán) 境科學(xué)等領(lǐng)域備受關(guān)注的一個研究課題。溶解性有機質(zhì)作 為陸地生態(tài)系統(tǒng)中一類重要的物理化學(xué)性質(zhì)活躍的有機組 分，影響著土壤中污染物 重金屬、多環(huán)芳烴、農(nóng)約 的遷移能 力 1- 2以及營養(yǎng)元素的生物有效性 3- 4,已經(jīng)成為土壤科 學(xué)、生態(tài)科學(xué)和環(huán)境科學(xué)交叉領(lǐng)域的研究熱點 5。1溶解性有機質(zhì)1. 1 概念溶解性有機質(zhì)Dissolved Organic Matter, DOI）

4、常指能夠溶于水的那部分有機物。嚴格地說，這只是一個操 作上的定義，它是指物料用水浸提后，能通過0. 45 Lm的濾 膜，具有不同結(jié)構(gòu)及分子量大小的有機物（如低分子量游離 氨基酸、碳水化合物、有機酸等和大分子的酶、氨基糖、多酚 和腐殖質(zhì)等）的連續(xù)體或混合體6。1. 2來源在自然生態(tài)系統(tǒng)中,DOM主要來自植物凋落物、 根系分泌物、土壤動物及微生物新陳代謝的產(chǎn)物。在農(nóng)業(yè)生 態(tài)系統(tǒng)中，施用的外源有機物料（如還田秸稈、各種農(nóng)家肥、 城市污泥物等）是DOM另一重要來源7。不同生態(tài)系統(tǒng)中 DOM量差別很大。在濕地土壤溶液中DOM濃度通常為25 50 mg/ L,與森林土壤剖面淋濾水中的OM含量相近8;農(nóng)地

5、土壤溶液中DOM濃度變化在1080 mg/鬲;而在某些微域 土壤環(huán)境中（如有機肥-土壤交界面）,DOM濃度還可能更 高 10。因而在研究DOM性質(zhì)的過程中,其來源是一個非常 重要的因素。1.3 組成 DOM是一類成分復(fù)雜的混合物，不同來源的DOM,其性質(zhì)與組成差別很大。因此，了解DOM的組分十分 必要。DOM組分的區(qū)分主要按極性大小分組（如大孔徑網(wǎng)狀樹 脂-離子交換樹脂聯(lián)用法）和按分子量大小分組（如透析、凝 膠過濾法2種方法進行瑚。Leenheer根據(jù)DOM組分的極性 狀況將其區(qū)分為親水性酸性組分（HIA）、堿性組分（HIB）、中 性組分HiN）和疏水性酸性組分HoA）、堿性組分HoB）、中

6、性組分HoN）等6大組分12。按DOM組分的分子量大小進 行分級也是一種常用的方法。通常認為，分子量大小是影響 DOM性質(zhì)的主要因素Cleveland等采用透析法將DOM區(qū)分 為 30 000。3的各級分子量的組分分子量小于幾 作者簡介 收稿日期千的DOM 一般包括：單糖、低聚糖和簡單有機酸，而高分子 量DOM成分主要有多糖、多肽等13。2溶解性有機質(zhì)在土壤中的行為2. 1吸附DOM可以被土壤吸附。通常DOM帶負電荷，因 此，負電荷密度較高的土壤對其吸附較弱；而含氧化物較多， 負電荷密度較低的土壤則有利于對DOM的吸附。Karsten等 報道，土壤吸附的DOM約有50%70%被鐵鋁氧化物和氫

7、氧化物所吸附 14。此外，土壤有機質(zhì)通過影響土壤電荷種 類和密度等也影響到DOM的吸附，土壤有機質(zhì)含量越高，對 DOM吸附越弱 15。不同來源的DOM在土壤中的吸附狀況差異較大，這與 DOM的組分及其性質(zhì)密切相關(guān)。通常含低分子量組分或含親水性組分較高的DOM不易于被土壤吸附，而含高分子量 或疏水性組分較高的DOM則容易被土壤吸附16。2. 2遷移 值得指出的是,DOM本身在土壤中有一定的遷 移性。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤中DOM的遷移能力與土壤pH值有 關(guān)，農(nóng)田土壤中施用石灰能大大加速土壤中DOM的溶出和 淋濾17。DOM在介質(zhì)中的遷移性還受溫度的影響，溫度升 高,DOM淋濾作用增強18。2. 3生物

8、降解 DOM中含有單糖、多糖、氨基酸、氨基糖和 蛋白質(zhì)等多種有機組分，在土壤中極易受微生物活動的影響 而生物降解。Rainer等認為，土壤中約有10%40%的DOM 容易被微生物降解19。DOM在土壤中的降解性主要受土壤 微生物活性的影響， 一切影響微生物活性的環(huán)境因素如溫 度、水分、pH值以及土壤理化性質(zhì)等都可能影響DOM在土 壤中的降解性20。有報道指出,DOM與重金屬形成的配合 物不易被微生物降解是由于有機物結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化和穩(wěn)定 化，因而可以抵抗微生物的分解21。3溶解性有機質(zhì)對土壤污染物環(huán)境行為的影響3. 1 DOM對土壤中重金屬行為的影響DOM中含 有-COOH、- OH、- NH2

9、以及C= O等多種官能團，它們都可 以與金屬發(fā)生配位、絡(luò)合反應(yīng)，使得DOM成為重金屬遷移活 化的載體。因此，在一定程度上,DOM在土壤中的行為必將左右土壤中金屬元素的環(huán)境行為。Wonga等研究污泥與污泥堆肥中的DOM對土壤鋅、鎘的 吸附作用，發(fā)現(xiàn)在pH值5. 0- 8. 0時,DOM的加入能明顯降低土壤對鋅、鎘的吸附23。Yang等研究報道DOM能大大減 少土壤對汞的吸附，平衡吸附量從476. 11 mg/ kg減少為270. 27 mg/kg主要原因g與DOM形成可溶性絡(luò)合物從 而降低了土壤固相對汞的吸附24。此外,DOM對金屬的作 用還受到自身性質(zhì)的影響。含親水性的、低分子量組分較高 的D

10、OM不易被土壤吸附，它們與金屬形成可溶性絡(luò)合物，能 提高金屬在土壤中的活性小分子DOM與大分子DOM相比 具有更多的結(jié)合位點，重金屬與DOM的絡(luò)合能力隨著DOM 分子量的增加而顯著降低。近年來大量研究發(fā)現(xiàn)，長期施用有機物料的土壤，重金 屬有向土壤深層遷移的現(xiàn)象。Zhao等指出,DOM能增加Cu 和Zn在土壤中的遷移能力26。Jordan等用土柱試驗研究水 溶性有機物對土壤Pb的遷移影響，結(jié)果表明，隨著DOM的 增加,Pb的遷移性增強：27。DOM對重金屬起著載體的作用 是促進許多污染物向地表水體或地下水體遷移的重要因素， 但應(yīng)注意到上述吸附作用與土壤膠體對金屬離子的吸附作 用是同時存在的。土壤

11、中非可溶性有機物的含量與可溶性 有機物相比占有絕對優(yōu)勢，如果金屬離子同時被土壤顆粒中 非可溶性有機物所吸附，將大大削減上述共遷移的發(fā)生。由于DOM-金屬配合物的形成,DOM能明顯促進土壤重金 屬活化和向下遷移，而且DOM中低分子量或親水性組分所 占比例越低，活化作用越強。3. 2 DOM對土壤中有機污染物環(huán)境行為的影響DOM對有機污染物在土壤中的吸附、遷移過程的影響具有雙重性： 一方面,DOM對有機污染物有增溶作用，有利于有機污染物 的解吸，提高其在土壤中的移動性。它的疏水性組分與污染 物有高度的親合力是其提高疏水性有機污染物水溶性和遷 移性的重要原因29。有研究者認為DOM與農(nóng)藥在土壤表面

12、的競爭吸附會減少有機污染物的吸附容量，有利于土壤中農(nóng) 藥的解吸提高其活性；30。Song等發(fā)現(xiàn)經(jīng)污泥滲濾液灌溉后 農(nóng)田土壤中綠麥隆遷移明顯加快31。Rosalia等發(fā)現(xiàn)施用污 泥后土壤中DOM能與PCP結(jié)合成穩(wěn)定的絡(luò)合物，提高污染 物的活性32；另一方面,DOM與有機污染物在土壤表面的共 吸附可能增加有機污染物的吸附容量，減少有機污染物在土 壤中的淋溶遷移。Moona等發(fā)現(xiàn)DOM的存在降低了疏水性 多環(huán)芳烴萘和菲隨地下水的遷移能力33。其原因有2種：共 吸附和累積吸附。所謂共吸附即PAH優(yōu)先吸附到土壤DOM 的一個或多個組分上，形成的絡(luò)合物和DOM同時被吸附到 土壤顆粒上；累積吸附是指DOM的

13、一個或多個組分優(yōu)先吸 附到土壤顆粒上， 土壤由于對 DOM 吸附量的增加而增強了 對PAH的吸附能力。Ling等研究表明，從城市污水處理廠污泥中提取的DOM 在水中可以與阿特拉津結(jié)合，從而降低土壤對除草劑阿特拉 津的吸附，而從堆肥中提取的DOM則與阿特拉津在土壤固 相上結(jié)合，提高了土壤對其的吸附34。由此可以看出,DOM 來源不一樣，對污染物的影響機制也不一樣。唐東民等研究 表明，水稻秸稈腐解產(chǎn)生的溶解性有機質(zhì)對芐嘧磺隆在土壤 中的吸附行為有抑制作用，秸稈腐解時間越長,DOM對芐嘧 磺隆吸附抑制作用越強；其原因在于DOM的親水組分和疏 水組分在DOM抑制土壤吸附芐嘧磺隆中起著不同的作用， 腐解

14、時間越長，親水組分越低，而疏水組分越高，反之，親水 組分就越高，疏水組分就越低35。馬愛軍等研究結(jié)果顯示,Biochemistry, 2003, 35(8): 1129- 1142. 節(jié)舊：|(下轉(zhuǎn)第 1318 頁)綠肥和污泥中的DOM能減少草萘胺在土壤上的吸附，促進 草萘胺遷移，并且綠肥DOM的影響比污泥DOM更顯著，在 黃棕壤上效果更明顯36。由此可見,DOM對土壤有機污染 物環(huán)境行為的影響程度和作用方向，取決于它們自身的性 質(zhì)、特征以及相互作用的介質(zhì)條件。4研究展望DOM是土壤環(huán)境系統(tǒng)中最活躍的組分，一定條件下由于 DOM充當了許多微量有機或無機污染物的吸附劑和主要遷 移載體，諸多難溶污

15、染物，如疏水性有機污染物和重金屬才 得以在土壤和水環(huán)境中產(chǎn)生明顯的遷移或擴散。因此，繼續(xù) 加強有關(guān)DOM在環(huán)境系統(tǒng)中的產(chǎn)生與消長規(guī)律，特別是 DOM及其與污染物共同作用的機理研究，對合理預(yù)測污染物 的環(huán)境行為和科學(xué)地進行環(huán)境風(fēng)險評估意義十分重大。參考文獻TEMMINGHOFF E J M, VANDERZEE S E M . Copper mobility in a copper)contaminated sandy soil as affected by pH and solid and dissolved organic ma-t ter J. Environ Sci Techno, 19

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24、 of different size classes of dissolved organic matterJ . Limnology and Oceanography， 1996， 41 (1) : 41- 51.20 KARSTEN KALBITZ， DAVID SCHWESIG. Changes in properties of soi-l derived dissolved organic matter induced by biodegradation J . Soil Biology and2、3。表2可降解氧化樂果菌株的革蘭氏染色、態(tài)形排列狀態(tài)Table 2 Gram stain

25、, configuration and arrangement state of degradable omethoate strain編號Code革蘭氏染色Gram stain形態(tài)Configuration排列ArrangementBT-2G-球形排列不規(guī)則SphericalIrregularBT-5G+球形排列不規(guī)則SphericalIrregularBT-10G+球形排列不規(guī)則表3可降解氧化樂果菌株的生理生化鑒定Table 3 Physiological and biochemical identification of degradableomethoate strain菌株編號Str

26、ain code淀粉水明膠水解實驗 解實驗Amylohydr- Gelatin hydrolysis test lysis test糖發(fā)酵實驗V#P實驗M#R實驗Sugar fermen- V#P o-tation test testM#RtestBT-2BT-5BT-10-+-產(chǎn)酸產(chǎn)氣Production of gas and acid產(chǎn)酸產(chǎn)氣-Production of gas and acid不產(chǎn)酸不產(chǎn)氣-No productionof gas and acid- -注:/ + 0表示陽性,/-0表示陰性。Note: + . Posit ive; - . Negat ive.3討論從受污

27、染嚴重的土壤中篩選分離具有優(yōu)良性狀的菌株是當今篩選環(huán)境修復(fù)菌最常用的方法，一般是利用農(nóng)藥廠排 污口及其周圍或者長期使用農(nóng)藥的土壤，經(jīng)過富集培養(yǎng)，從 而獲得優(yōu)良的菌株9。該試驗中，筆者先在營養(yǎng)豐富的富集 培養(yǎng)基中富集可以耐受高濃度氧化樂果的菌株，隨后將富集 的高耐菌株轉(zhuǎn)入基礎(chǔ)培養(yǎng)基，進一步篩選具有降解氧化樂果 能力的菌株。微生物對農(nóng)藥的轉(zhuǎn)化作用有2種方式：一是礦化作用， 農(nóng)藥可以作為微生物的營養(yǎng)源而被微生物分解利用，生成無 機物、二氧化碳和水二是共代謝作用，有些合成的化合物 不能被微生物降解，但若有另一種可供碳源和能源的輔助基 質(zhì)存在時，它們就有可能被部分降解。該實驗在基礎(chǔ)培養(yǎng)基 中加入一定量的

28、葡萄糖，使得在以葡萄糖作為第一碳源的條 件下，能夠篩選出具有共代謝能力的高效率降解氧化樂果的 菌株3，為降解農(nóng)藥殘留污染提供基礎(chǔ)。參考文獻周世寧.現(xiàn)代微生物技術(shù)M.北京：高等教育出版社,2007.汪小蘭.有機化學(xué)M.北京：高等教育出版社,2005.胡萍，王一帆，徐達，等.高效降解氧樂果菌的初步篩選J.食品與生 物技術(shù)學(xué)報,2007, 26(2): 92- 96.楊小蓉，宗浩，鄭鴿，等.一株降解氧樂果的高效菌的分離和鑒定J. 四川師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2001, 24(4): 392- 394.沈齊英，劉歡，張英俊，等.樂果好氧降解菌的馴化和篩選J.環(huán)境污 染治理技術(shù)與設(shè)備,2005, 6(

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