土壤中五氯酚的残留及其对根际土壤细菌组成的影响

发布时间：2018-02-05 23:00

本文关键词： 五氯酚可提取态结合残留态腐殖酸根际商通量测序土壤微生物　出处：《浙江大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：五氯酚(Pentachlorophenol,PCP)作为作杀菌剂、除草剂、除虫剂以及木材防腐剂等,在世界范围内广泛使用,在我国,PCP还被长期用于消灭稻田内寄生血吸虫的宿主钉螺。PCP对生物体具有广谱毒性和致突变性,被列为环境优先监测的持久性有机污染物之一。虽然多个国家已禁止或限制使用PCP,但在土壤环境中依然能检测出微量的PCP,这对农业和自然生态系统以及人类健康均会造成一定的威胁。因此,本文对PCP在我国地带性土壤中的降解规律,可提取态和结合态残留的特征以及与土壤性质的关系,黑麦草根际环境PCP残留的形态特征以及与微生物间的相互关系等展开了研究,为评估其环境危害、潜在的生态安全性以及为有机污染土壤的植物修复提供基础依据。取得的主要结果如下:(1)建立了涡旋辅助-液液萃取-气相色谱法测定土壤中水和甲醇提取态PCP的方法。对PCP水提取态测定过程中的涡旋转速、液液体积比、衍生化溶液与萃取剂的体积比等条件进行了优化,得出:当涡旋转速为2000r/min时PCP回收率最高,可达97.4%,重复性较好;当衍生化溶液与萃取剂的体积比为10:4时PCP回收率为103%,RSD为0.7%;该方法对PCP提取测定的标准曲线线性范围较宽,1.25～4000μg/L(R~2= 0.9999),方法检出限在0.02μg/L以下,适合于痕量及微量PCP的分析。与传统液液萃取和固相萃取相比,本方法有机溶剂消耗量低、操作步骤少,且对PCP有较高的回收率,可达96.8%。通过4种不同类型土壤验证,在1和10 mg/kg PCP污染条件下,总回收率分别达到89.5%～98.9%和88.7%～98.4%,说明本方法可满足不同类型土壤中不同浓度范围的水和甲醇可提态PCP的提取和测定要求。(2)解析了~(14)C-PCP在我国13种不同类型土壤中的矿化、残留动态规律以及与土壤性质的关系。~(14)C-PCP在土壤中的矿化速率差异巨大,前期快速,后期缓慢,在培养第210 d,总矿化率在6.40%到54.6%之间;最大矿化率与土壤微生物生物量碳、土壤pH值呈显著正相关性,而与土壤比表面积、土壤孔隙度、土壤粘粒含量等呈显著负相关。土壤中水、水+甲醇(1:1)混合溶液提取态~(14)C-PCP消减较快,而甲醇提取态~(14)C-PCP残留率则呈现先增加后降低的趋势;土壤中的结合残留态~(14)C-PCP表现出一直增加的趋势,到培养第210 d的时候,占到了总添加量的39.8%～87.5%。逐步回归分析得出,土壤pH值和微生物生物量碳含量是影响PCP在土壤中结合态残留的主要因素,而土壤pH值、有机质含量、腐殖物质中富里酸含量、胡敏素含量、土壤比表面积、土壤孔隙等因素是影响PCP在土壤中降解和残留的主要因素。逻辑斯谛模型相比一级动力学模型能更好地模拟不同土壤中~(14)C-PCP的消减行为和残留半衰期,经计算,土壤中可提取态和总残留态的半衰期分别为7.1～111.8d、长达数百天到数十年之久,其在土壤中的稳定性和生态安全性应引起更大的关注。(3)揭示了土壤腐殖物质中~(14)C-PCP结合残留态的分布规律和动态变化特征。结果显示,~(14)C-PCP结合残留态在富里酸和胡敏酸中表现出先增加后降低的趋势,而在胡敏素中不断累积,残留量为胡敏素富里酸胡敏酸。逐步回归分析发现,~(14)C-PCP在富里酸中的残留主要由土壤pH值、有机质含量及田间持水量决定;在胡敏酸中的残留由胡敏素、粘粒含量及金属氧化物无定形铁决定;胡敏素中的残留由土壤有机质含量、土壤颗粒比表面积及田间持水量等因素决定。~(14)C-PCP结合残留态在胡敏素中的累积趋势符合微生物降解有机污染物质的Components模型,随着“老化”时间的延长,生物和化学活性最低的胡敏素中PCP结合残留态增加,为其进一步降解带来困难。(4)研究了~(13)C-PCP在黑麦草根际和非根际土壤中的残留、归趋及其对土壤细菌组成的影响。黑麦草根际显著促进了PCP污染土壤的修复,修复作用包括"活化"和"固定"两部分。根际环境中~(13)C-PCP的可提取残留态(水提取态和甲醇可提取态)以及总残留态都显著的低于非根际土壤,~(13)C-PCP在根际的消减率达91%以上,而非根际中仅为30%;然而活性较低的结合残留态PCP在根际土壤中高于非根际土壤,可见根际既促进了PCP的降解也增加了其形成更稳定的结合残留态。施肥处理,增加了水可提取态的消减,对甲醇可提取态和结合残留态的影响不显著。通过高通量测序技术进一步得出,PCP胁迫引起了土壤微生物群落结构的改变,而植物和施肥措施可缓解这种胁迫。PCP污染土壤中,耐受菌相对丰度增大;而在黑麦草根际环境中,一些污染物降解菌的相对丰度显著增大;微生物群落结构的改变,也影响到可提取态和结合残留态的分布差异。
[Abstract]:Pentachlorophenol ( PCP ) is widely used as bactericide , herbicide , pesticide and wood preservative . In China , PCP has been widely used in the world . The results are as follows : ( 1 ) There is a high recovery rate of PCP in soil environment , which can reach 97.4 % and RSD 0.7 % . ( 14 ) C - PCP showed a significant negative correlation with soil microbial biomass carbon and soil pH value . The results showed that the residual stress of ~ ( 14 ) C - PCP in the rhizosphere and non - rhizosphere soil was higher than that of non - rhizosphere soil . The residual content of ~ ( 13 ) C - PCP in rhizosphere soil was higher than that of non - rhizosphere soil . The residual of ~ ( 13 ) C - PCP in rhizosphere soil was higher than that of non - rhizosphere soil .

【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S481.8;S154.3

【参考文献】