再生水灌溉典型雌激素类内分泌干扰物的环境行为与风险防控阈值

发布时间：2020-05-16 06:26

【摘要】：雌激素类内分泌干扰物(Estrogenic endocrine disrupting chemicals,e-EDCs)在极低浓度下即有危害性,城市污水及再生水是其重要来源。再生水用于农业灌溉时,e-EDCs会随着灌水进入土壤,并在植物体内富集,引发环境和人体健康风险。壬基酚(Nonylphenol,NP)是一种典型的e-EDCs,在再生水中具有极高的检出率和检出浓度。本研究的目的是以NP为重点研究对象,通过盆栽试验和土箱试验,研究再生水灌溉条件下NP在土壤-作物系统的迁移分配规律和土壤介质中的环境行为机制,进而开展NP健康风险评价和土壤NP风险防控阈值研究,为再生水灌溉风险管控提供理论依据和技术支撑。基于以上背景,本文主要开展的研究包括:(1)选择芹菜、生菜和茄子三种蔬菜进行盆栽试验,采用添加一定浓度NP的人工配置土壤以模拟长期再生水灌溉后土壤的污染状况,分析再生水灌溉条件下(土壤NP含量和土壤水分)土壤和作物中NP的赋存特征,揭示土壤-作物系统NP环境行为机制;(2)采用土箱试验,研究再生水滴灌下(输入负荷)土壤NP赋存与累积的时空变化趋势与特征,揭示NP在土壤迁移和生物降解过程中的环境归趋机制;(3)对再生水灌溉下土壤-作物系统NP含量进行健康风险评价,提出基于作物食用安全和土壤暴露安全的土壤NP风险防控阈值。主要结论是:(1)不同类型的蔬菜在再生水灌溉条件下,土壤和植物组织中NP的赋存特性存在较大差异。①作物成熟期,芹菜土壤NP残留浓度随土壤NP初始浓度的增加而增大,而生菜和茄子土壤NP残留浓度在初始浓度较高的处理中出现小幅降低现象;土壤水分为75%FC的土壤NP残留量比60%FC和90%FC的低。②芹菜根部NP累积量与土壤NP初始浓度呈正相关性,但芹菜茎叶、生菜和茄子组织NP含量受土壤NP初始浓度或土壤水分的影响较小;作物根、茎、叶、果对NP的富集能力强弱因作物类型不同而异。③NP同分异构体在土壤和蔬菜组织中的分布存在差异性,土壤含量最多的异构体为NP3、NP11和NP12,植物组织富集NP异构体的能力因植物种类而异。(2)不同类型蔬菜对NP的富集和转运特征不同。芹菜植株NP富集系数与土壤NP初始浓度呈显著的幂函数负相关关系,生菜和茄子的平均富集系数受土壤NP初始浓度影响不大,壤水分为75%FC时的NP富集能力比60%FC和90%FC时强;蔬菜地上部分的转运系数随土壤NP初始浓度的增加而降低。(3)土壤NP降解作用显著,仅极少部分被植物吸收,植物的存在可以增强土壤NP的降解。再生水滴灌条件下,随着灌溉次数和灌水量的增加,土壤NP含量呈波动状递减规律。(4)本研究中,在再生水灌溉的极端污染负荷下,人体经作物暴露途径和土壤暴露途径的危险度水平分别在10-11-10-9和10-14-10-10范围内,远低于人群可接受危险度水平10-6,健康风险较低。综合考虑作物暴露风险和土壤暴露风险,提出研究区芹菜土壤NP风险防控阈值为250 mg/kg。
【图文】：

示意图,试验站,日光温室,地理位置

试验分别于２０１７年４月８日至５月１７日和２０１８年３月２６日至６月２０日在国家逡逑节水灌溉北京工程技术研究中心庞各庄试验站（北纬３９°３５Ｓ东经１１６°２０＇）的日光温室逡逑内进行（图２－２）。试验区位于北京市南部的大兴区，海拔３０ｍ。该地区属于暖温带半湿逡逑润大陆性季风气候，多年平均气温１１．６邋°Ｃ，多年平均降雨量５５６ｍｍ，季节分布不均匀，逡逑多集中在汛期６？９片份，约占全年的８０％左右，年均水面蒸发量为１０２１邋ｍｍ，陆面蒸发逡逑量４５０邋ｍｍ，主要土壤类塑为砂质壤十和粉质壤十。逡逑图２－２试验站地理位置示意图逡逑日光温室长１００ｍ，宽６ｍ，东两走向。２０１７年芹菜盆栽试验期间温室内的温湿度变逡逑化如图２－３所示，芹菜生育期内温室气温均值为２１邋°Ｃ，白天气温在１６－３２邋°Ｃ之间（均逡逑值２５邋°Ｃ），夜间气温在１０－２４邋°Ｃ邋（均值１６邋°Ｃ）；相对湿度均值为５７％，白天相对湿度逡逑在２８°／。－８９°／。之间（均值４７％NB夜间相对湿度为３２°／。－８９％邋（均值６８％），，平均温度和相逡逑对湿度整体Ｍ上升趋势。２０丨８年盆栽试验期间温室内的温湿度变化如图２－４所示

盆栽试验,温湿度,温室

２．３．１．２试验材料逡逑供试邋ＮＰ邋标准品（０．２５ｇ，纯度邋１００％，ＣＡＳ：邋２５１５４－５２－３）购自德国邋Ｄｒ．邋Ｅｈｒｅｎｓｔｏｒｆｅｒ逡逑公司。逡逑盆栽试验供试土壤取自试验站附近农地，采样深度为０－２０ｃｍ，过５ｍｍ筛后，自然逡逑风干，留存备用。供试土壤的理化性质如表２－１所示。土壤类型为粉质壤土，田间持水逡逑率为０．２１邋ｇ／ｇ，有机质含量为１４．６邋ｇ／ｋｇ，土壤为碱性土壤，ｐＨ值８．３８，全氮和有机磷含逡逑量分别为７６３和６３．６ｍ＆／ｋｇ，内分泌干扰物ＮＰ含量为０．１２６ｍｇ／ｋｇ。逡逑按照蔬菜食用部位的不同，盆栽试验供试植物选用了日常消耗量较高的茎叶类蔬菜逡逑（芹菜和生菜）以及茄果类蔬菜（茄子）共三种，芹菜品种为“广良奥尔良西芹”，生菜逡逑１６逡逑
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;X503.231

【参考文献】