土壤淋溶影響因子及種屬評價方法研究

土壤淋溶影響因子及種屬評價方法研究

0特征特性及樣品處理作為一種氨基甲酸酯農(nóng)藥，其抗劑性容易分解（t1/2.30d），但其分解產(chǎn)物的強(qiáng)稀釋亞和強(qiáng)稀釋亞仍然具有很高的毒性和較長的使用壽命，將殘留物的總使用壽命延長到159.686天。強(qiáng)粘液和高蒸發(fā)時間的廢水在土壤中的溶解度增加了對地下水的污染。因此，對強(qiáng)粘液和水的形成影響因素進(jìn)行了研究。由于地下水的稀釋作用,地下水中的污染物濃度一般很低,涕滅威在地下水中的含量為每升幾微克或幾十微克,所以測定前必須對樣品進(jìn)行分離和富集之前處理.1實驗部分1.1旋片式1.2試驗室丙酮、甲醇、乙腈(色譜純);超純水(用Mili-QRQ超純水凈化系統(tǒng)制備);固相萃取柱(OasisTMHLB):美國Waters公司;2XZ-0.25型旋片式真空泵:浙江黃巖求精真空泵廠;600D氣相色譜儀:韓國Younglin公司,固定相為ATWAX的毛細(xì)管柱(內(nèi)徑0.53mm,長10m,固定液膜厚0.25μm),載氣為高純氮(純度99.99%,流量:10mL·min-1),氧氣流量為20mL·min-1,氫氣流量為80mL·min-1,柱溫采用程序升溫:在85℃時停留1min,然后以10℃·min-1的速度升溫至140℃,檢測器溫度為220℃,進(jìn)樣口溫度為240℃,檢測器為FPD(火焰光度檢測器).1.2土壤樣品的采集用填充土壤的短柱實驗來模擬農(nóng)藥在土壤中的淋溶過程,為便于觀察農(nóng)藥在土壤柱中的分布,本實驗加入大于田間的實際施藥量.短柱為有機(jī)玻璃柱,長0.5m,直徑75mm.具體步驟如下:(1)不飽和土壤淋溶柱的制備:稱取土壤1500g,按15mL超純水/100g土的比例混勻,取少量粗砂置于柱底部,上面加土樣且壓實,并防管壁出現(xiàn)溝流,加藥后,上層加1～2cm粗砂粒,再加一層濾紙.(2)加藥:取5%涕滅威顆粒劑0.6g與大約10g土樣混勻,均勻置于柱上層.(3)淋溶:用一定體積的超純水淋溶短柱,平均每分鐘3～4滴.(4)取樣:淋溶結(jié)束后,將短柱中的土壤按每5cm為一采樣點,自下而上從土壤柱中取出,每個樣點取土壤20g.(5)樣品處理:20g土壤樣品加100mL丙酮/水混合液(3∶1)振蕩提取1h,然后離心,殘渣用50mL丙酮/水混合液再提取一次,合并上清液,濃縮至50mL,依次用50、25、25mL二氯甲烷分三次萃取并合并萃取液,濃縮至5mL.(6)測定:濃縮液進(jìn)行氣相色譜測定.2結(jié)果與討論2.1對淋溶的影響農(nóng)藥在土壤中的淋溶是造成地下水污染的主要原因,本文從模擬降雨的大小和強(qiáng)度,復(fù)合污染物及土壤有機(jī)質(zhì)含量,土壤溫度,土壤pH值幾個方面研究對淋溶的影響.2.1.1土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)取河北省盧龍縣邵時各莊村的表層土(30cm以上)為實驗土樣,理化性質(zhì)如表1所示.2.1.2淋溶強(qiáng)度及降雨強(qiáng)度的影響降雨或灌溉是導(dǎo)致農(nóng)藥在土層中淋溶的動力學(xué)因素,降雨或灌溉水量的多少直接影響著土層中水的滲漏量,進(jìn)而影響農(nóng)藥在土層中的淋溶濃度.分別用200、250、300mL超純水淋溶三個短柱,平均每分鐘3～4滴.由圖1可以看出,水量愈大,農(nóng)藥在土層中的最大淋溶深度愈大,出現(xiàn)濃度最高峰的土層深度也越大,兩者呈正相關(guān)關(guān)系.另外降雨的強(qiáng)度對農(nóng)藥的淋溶同樣有很大影響,取兩根短柱用200mL超純水淋溶,調(diào)節(jié)淋溶速度分別為8～9滴/min(降雨強(qiáng)度為3.2mL·s-1·m-2)和3～4滴/min(降雨強(qiáng)度為1.4mL·s-1·m-2),兩種不同淋溶強(qiáng)度下的農(nóng)藥淋溶情況如圖2,降雨強(qiáng)度越大,出現(xiàn)涕滅威濃度最高峰的土層深度越小,兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,這是因為降水的強(qiáng)度增大,水的滲透速度增大,涕滅威未能被充分淋溶,所以淋溶深度會降低.2.1.3表面活性劑的調(diào)濕結(jié)果由多種污染物組成的復(fù)合污染體系,其表現(xiàn)出的環(huán)境行為與各污染物單獨存在時的行為會有很大的差別,近年來,表面活性劑與污染物形成的復(fù)合污染逐漸引起了人們的關(guān)注.十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)是洗滌劑的主要成分,是一種典型的表面活性劑,我們選擇它和涕滅威組成復(fù)合污染體系進(jìn)行研究.實驗結(jié)果如圖3所示,添加SDBS的土柱與不添加SDBS的土柱相比,出現(xiàn)涕滅威濃度最高峰的土層深度有所增大,此外,最大淋溶深度可以穿透淋溶柱,說明SDBS促進(jìn)了涕滅威在土壤中的淋溶.這是由于表面活性劑分子中具有疏水基和親水基兩部分,進(jìn)入土壤后能夠迅速降低土壤水的表面張力,使農(nóng)藥在土壤水中的溶解性增強(qiáng),從而增大了農(nóng)藥的淋溶性.另外,當(dāng)溶液中的表面活性劑的濃度增大到一定值,超過其臨界膠團(tuán)濃度(CMC)時,涕滅威分子可以完全進(jìn)入膠團(tuán)內(nèi)部,或吸附于膠團(tuán)的表面,但更多的時候是涕滅威的親水基吸附在膠團(tuán)表面,疏水基伸入到膠團(tuán)的中心,總之,通過這些方式,表面活性劑起到了涕滅威在土壤水溶液中的增溶作用,使淋溶作用增強(qiáng).2.1.4土壤溫度和ph的影響土壤顆粒和土壤有機(jī)質(zhì)是吸附農(nóng)藥的載體,許多研究結(jié)果表明,農(nóng)藥在土壤上的吸附性能與土壤中的有機(jī)質(zhì)含量有顯著的相關(guān)性,土壤有機(jī)質(zhì)含量愈高,吸附性能愈強(qiáng),農(nóng)藥愈易向土壤固相富集,從而使可供淋溶的農(nóng)藥量減少,所以隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的增大,涕滅威在土層中的最大淋溶深度逐漸減少,兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.但與土壤質(zhì)地相比,土壤有機(jī)質(zhì)含量對涕滅威淋溶性能的影響不大,這同涕滅威水溶性較大、土壤吸附較弱有關(guān).在砂性土壤中,不僅土壤孔隙率大,而且土壤有機(jī)質(zhì)含量也低,有利于農(nóng)藥在土層中的淋溶.此外,由于土壤溫度和pH對土壤中涕滅威的生物降解、化學(xué)降解都有一定的影響,從而對涕滅威的淋溶有間接的影響.蔡道基等人研究表明,涕滅威及其降解產(chǎn)物涕滅威砜和亞砜在水體環(huán)境中的降解半衰隨著溫度和pH的增大而減小;朱魯生等對涕滅威及其代謝產(chǎn)物在不同pH值的水介質(zhì)中的水解速率研究后,也得出了相同的結(jié)論.華小梅等人研究了土壤中涕滅威及其代謝產(chǎn)物在不同溫度時的降解規(guī)律之后得出,降解速率隨溫度的增加而增加,并認(rèn)為溫度的增加對生物降解和化學(xué)降解均有促進(jìn)作用.由此可見,較低的溫度和較低的pH值都不利于涕滅威的降解.如果涕滅威的降解速度較慢,降解半衰期長,則在土壤中的滯留時間就長,通過淋溶造成地下水污染的可能性就越大.2.2淋溶影響因子的作用農(nóng)藥在土層中的移動深度和對地下水污染的潛在可能性受到眾多因素的影響,其中起主導(dǎo)作用的有三個因素:一是施藥地區(qū)的土壤質(zhì)地與土層中可供淋溶的農(nóng)藥總量;二是土層中的下滲水量和下滲濃度;三是施藥區(qū)地下水埋深.在地下水埋深一定的情況下,前兩個因素決定了農(nóng)藥在土層中的淋溶深度和是否危及地下水.其中土層中可供淋溶的農(nóng)藥總量與土壤對農(nóng)藥的吸附作用和在土壤中的降解有關(guān),從而間接與土壤的有機(jī)質(zhì)含量以及土壤的溫度和pH值有關(guān);而土層中下滲水的多少又與降雨的多少有關(guān),因此要判斷某個地區(qū)地下水是否有污染的可能性時,需要綜合這些淋溶影響因子的作用結(jié)果作出評價.蔡道基等人選取了5個淋溶影響因子,根據(jù)每種因子對淋溶的貢獻(xiàn)大小給定了相應(yīng)的值,然后將每種因子進(jìn)行分級,得到了由于淋溶作用導(dǎo)致地下水污染的評價指標(biāo)(見表2),再將這些指標(biāo)值進(jìn)行綜合考慮,就可得出地下水是否被污染的結(jié)論(見表3).我們以河北省盧龍縣邵時各莊村的地下水作為評價對象進(jìn)行研究.上述5個因子中,前四個因子決定著農(nóng)藥在土壤中的淋溶移動速度,地下水埋深則是判斷農(nóng)藥是否進(jìn)入地下水的衡量標(biāo)準(zhǔn),兩者共同影響著涕滅威對地下水的污染可能性,為了得到這些因素的綜合作用結(jié)果,可用下面的公式表示:PGWC=(W1×P1×W2×P2×W3×P3×W4×P4)14+W5×P5ΡGWC=(W1×Ρ1×W2×Ρ2×W3×Ρ3×W4×Ρ4)14+W5×Ρ5式中PGWC為涕滅威對地下水的可能污染程度.將盧龍地區(qū)根據(jù)表2得出的各項數(shù)值帶入上面的公式可得PGWC=(0.9×0.80×0.70×1.00×0.9×0.90×1.0×0.80)14+1.0×0.70=1.75>1.60ΡGWC=(0.9×0.80×0.70×1.00×0.9×0.90×1.0×0.80)14+1.0×0.70=1.75>1.60可見盧龍縣地下水很有可能被涕滅威污染.為了檢驗這個結(jié)論的正確性,我們在盧龍進(jìn)行了實地采樣分析.2.3萃取柱的沉積我們選取了盧龍縣五個不同深度的飲水井和農(nóng)田灌溉井作為采樣點,既有淺層水井(4#和5#井),井深分別為7m和12m,也有中層水井(2#和3#井),井深分別為17m和16m,還有深層水井(1#井)為30m.一年中分四次采樣,使用OasisTMHLB固相萃取柱富集濃縮,測定結(jié)果如表4.當(dāng)年的農(nóng)田施藥發(fā)生在前兩次采樣之間.從表4可看出,在前兩次采樣測定結(jié)果中,五個水井中的總涕滅威含量均未檢出,這是由于對于第一次采樣來說,距離上年施藥已經(jīng)有一年的時間,地下水中的涕滅威已完成降解;而對于第二次采樣來說,距當(dāng)年施藥不到半月,涕滅威還被截留在土壤中未能遷移進(jìn)入地下水中.從第三次采樣測定結(jié)果看,五個水井中均檢測出了涕