土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥DDT原位降解研究.pdf

1、本文選取砂粒和粘粒比例適中、兼有砂質(zhì)土和粘質(zhì)土的優(yōu)點(diǎn)、透氣透水性好、耕性好、保水保肥及供水供肥能力強(qiáng)的壤質(zhì)土作為供試土壤，以在上個(gè)世紀(jì)60-80年代曾經(jīng)作為殺蟲劑廣泛施用過的DDT作為有代表性的有機(jī)氯農(nóng)藥，進(jìn)行了有機(jī)氯農(nóng)藥在土壤中的降解研究。根據(jù)有機(jī)氯農(nóng)藥在土壤中的環(huán)境行為，分別研究了土壤對(duì)光催化劑TiO2的吸附性能、光催化降解土壤及土壤滲出液中的DDT的效果、特異性植物對(duì)光催化降解DDT的誘導(dǎo)作用，特異性植物與專性微生物共同作用降解土

2、壤中的DDT，光催化、植物、微生物幾種方式聯(lián)用共同修復(fù)土壤中的DDT等幾個(gè)方面，并通過改變降水量、降水強(qiáng)度、光照強(qiáng)度、時(shí)間，反應(yīng)溫度、濕度、酸堿度、降解菌種類、修復(fù)用植物種類、采取農(nóng)耕措施等環(huán)境條件實(shí)現(xiàn)有機(jī)氯農(nóng)藥DDT降解反應(yīng)的優(yōu)化。本文還將有機(jī)肥中所含的溶解性有機(jī)質(zhì)、無機(jī)肥料中所含的過渡金屬元素與DDT的降解研究結(jié)合起來，探討了這兩類物質(zhì)在土壤中DDT的各種降解過程中的作用。 主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 1.土壤對(duì)納米T

3、iO2吸附性能的影響因素研究。選取壤質(zhì)土作為代表性的土壤，利用玻璃管進(jìn)行土柱實(shí)驗(yàn)，模擬自然降水過程，研究淋溶水量和淋溶水強(qiáng)度對(duì)土壤中納米TiO2的吸持量的影響情況；研究比較用DOM，膨潤土，麥秸這三種外源物質(zhì)作為吸附劑時(shí)，土壤納米TiO2的吸附效果的影響。研究結(jié)果表明，隨著淋溶水量的增加，TiO2在土層中出現(xiàn)含量最高峰的土壤深度也增加，兩者呈正相關(guān)關(guān)系。在淋溶量保持不變的前提下，淋溶強(qiáng)度越大，TiO2在土層中出現(xiàn)含量最高峰的土壤深度越小

4、，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；加入合適的吸附劑可以不同程度地提高土壤對(duì)納米TiO2的吸附能力。DOM是一種性能良好的吸附劑，膨潤土次之，小麥秸稈不適合作為吸附劑對(duì)土壤改性。土壤吸附性能的提高與加入吸附劑的量成正比；通過加入適量的吸附劑，可以將納米TiO2有效地吸附在表土層中。 2.納米TiO2與過渡金屬協(xié)同作用光催化降解土壤滲出液中DDT的研究。將通常作為微量元素肥料的過渡金屬銅、鋅、鐵、錳、鉬及非金屬元素硼與光催化劑納米TiO2共同摻雜

5、，對(duì)土壤滲出液中的有機(jī)氯農(nóng)藥DDT進(jìn)行了光催化氧化降解的實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，在不同的實(shí)驗(yàn)條件下，試樣中DDT的降解總趨勢是相同的，隨光照時(shí)間的增加DDT的殘留量逐漸降低。光照時(shí)間與土壤滲出液中DDT的降解呈正相關(guān)。在光照最初的4個(gè)小時(shí)內(nèi)，二者呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，DDT的殘留率隨光照時(shí)間的增加而迅速降低，直至降低到15％左右。4小時(shí)以后，隨著光照時(shí)間的增長，DDT的分解速度明顯緩慢下來，其含量基本不再隨時(shí)間變化。在土壤滲濾液組成的反

6、應(yīng)體系中，TiO2無法通過簡單添加過渡金屬元素進(jìn)行改性的方法來提高光催化氧化的效果。 3.光催化降解表土層中DDT的影響因素研究。選用添加適量DDT的棕壤土，以紫外燈為光源進(jìn)行了光催化降解實(shí)驗(yàn)，研究土壤的水分含量、溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）含量、pH值、投加不同的外源物質(zhì)以及翻動(dòng)土壤等各因素對(duì)土壤中DDT光催化降解效果的影響，優(yōu)化光催化降解DDT的條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著土壤水分含量的增加，DDT的降解率呈逐漸增大的趨勢；當(dāng)水分含量

7、達(dá)50％時(shí)，DDT降解率最高達(dá)到65.97％；當(dāng)水分含量超過50％后，DDT降解率呈緩慢下降趨勢。在一定范圍內(nèi)，土壤中DDT的光催化降解率隨溶解性有機(jī)質(zhì)含量的增加而增加，當(dāng)溶解性有機(jī)質(zhì)的含量達(dá)到1.2％時(shí)，DDT的去除率達(dá)到最大值；溶解性有機(jī)質(zhì)含量再繼續(xù)增加時(shí)，DDT的降解率反而降低；和中性條件相比，DDT在酸性和堿性土壤條件下具有更高的光催化降解率；投加鐵粉和TiO2有助于提高土壤中DDT的降解速率；投加Fe2O3和全量元素肥料混合物

8、對(duì)土壤中DDT的光催化降解效果略有提高，而單獨(dú)加入全量元素肥料幾乎對(duì)DDT的降解率沒有影響；DDT的光催化降解率隨著土層深度的增加而降低；定期翻動(dòng)土壤可以有效地提高DDT的光催化降解率。 4.特異性作物對(duì)土壤中DDT降解的誘導(dǎo)作用研究。對(duì)比研究了喜氯的特異性植物芹菜和一般作物油菜對(duì)有機(jī)氯農(nóng)藥DDT污染土壤的修復(fù)作用。通過50天的溫室盆栽試驗(yàn)，觀察到土壤中DDT的含量均隨著時(shí)間的增加逐漸減少。土壤自身具有修復(fù)農(nóng)藥污染的自然能力，種

9、植作物具有強(qiáng)化土壤修復(fù)DDT污染的作用，種植不同類型的作物能不同程度地提高對(duì)土壤中DDT的降解率。空白試驗(yàn)中，經(jīng)過50天的降解，土壤中DDT的殘留率為79.21％；種植作物后，土壤中的大分子有機(jī)物逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O、CO2及有機(jī)小分子，有效地降低了有機(jī)物的污染。種植油菜的盆栽中，在不施肥料、僅施無機(jī)肥料、僅施有機(jī)肥和施用有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料這四種處理情況下，土壤中DDT的殘留率分別為73.47％、66.96％、62.55％和53.29％；種植

10、芹菜的盆栽中，在不施肥料、僅施無機(jī)肥料、僅施有機(jī)肥和施用有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料這四種處理情況下，土壤中DDT的殘留率分別達(dá)67.96％、58.39％、50.57％和34.37％。同樣施用有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料的情況下，種植芹菜的土壤中DDT的濃度降低幅度更顯著，降解率比種植油菜要高出18.92％。通過選擇喜氯的特異性的作物，可以通過作物對(duì)氯離子的吸收促進(jìn)DDT的降解，提高修復(fù)DDT污染土壤的能力。 5.土壤中DDT的微生物修復(fù)過程研究。通過

11、從土壤中分離培養(yǎng)土著微生物的辦法，篩選出耐受DDT的菌株，對(duì)其進(jìn)行培養(yǎng)放大，再投入到土壤中對(duì)DDT進(jìn)行降解。同時(shí)對(duì)外源微生物白腐真菌進(jìn)行培養(yǎng)放大，比較它們對(duì)DDT的降解效果。經(jīng)初步鑒定，DB01為假單胞桿菌屬細(xì)菌（Pseudomonas sp.），DB02為鞘氨醇桿菌屬細(xì)菌（Sphjngobacterium sp.）。真菌菌株DF01、DF02的鑒定工作還有待進(jìn)一步的深入研究。這幾個(gè)菌株經(jīng)過培養(yǎng)放大，在提供有機(jī)質(zhì)作為共代謝底物的條件下，

12、均可以有效地降解土壤中的DDT。從土壤中分離出的兩種真菌FB01、FB02和假單胞桿菌屬細(xì)菌（Pseudomonas sp.）DB01，在對(duì)DDT的降解過程中，加入有機(jī)質(zhì)作為共代謝底物，可以使它們的降解效果大幅提高，而鞘氨醇桿菌屬細(xì)菌（Sphingobacterlum sp.）DB02，即使不加入有機(jī)質(zhì)作為共代謝底物，仍有較好的對(duì)DDT的降解效果。與從土壤中分離出的土著微生物相比較，白腐真菌對(duì)土壤中的DDT有更加顯著的降解效果。溶解性有