土壤中有機氯農(nóng)藥DDT原位降解研究.pdf

1、本文選取砂粒和粘粒比例適中、兼有砂質土和粘質土的優(yōu)點、透氣透水性好、耕性好、保水保肥及供水供肥能力強的壤質土作為供試土壤，以在上個世紀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氯農(nóng)藥，進行了有機氯農(nóng)藥在土壤中的降解研究。根據(jù)有機氯農(nóng)藥在土壤中的環(huán)境行為，分別研究了土壤對光催化劑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、特異性植物對光催化降解DDT的誘導作用，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)用共同修復土壤中的DDT等幾個方面，并通過改變降水量、降水強度、光照強度、時間，反應溫度、濕度、酸堿度、降解菌種類、修復用植物種類、采取農(nóng)耕措施等環(huán)境條件實現(xiàn)有機氯農(nóng)藥DDT降解反應的優(yōu)化。本文還將有機肥中所含的溶解性有機質、無機肥料中所含的過渡金屬元素與DDT的降解研究結合起來，探討了這兩類物質在土壤中DDT的各種降解過程中的作用。 主要研究內(nèi)容和結果如下： 1.土壤對納米T

3、iO2吸附性能的影響因素研究。選取壤質土作為代表性的土壤，利用玻璃管進行土柱實驗，模擬自然降水過程，研究淋溶水量和淋溶水強度對土壤中納米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作為吸附劑時，土壤納米TiO2的吸附效果的影響。研究結果表明，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，兩者呈正相關關系。在淋溶量保持不變的前提下，淋溶強度越大，TiO2在土層中出現(xiàn)含量最高峰的土壤深度越小

4、，兩者呈負相關關系；加入合適的吸附劑可以不同程度地提高土壤對納米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、，對土壤滲出液中的有機氯農(nóng)藥DDT進行了光催化氧化降解的實驗研究。研究結果表明，在不同的實驗條件下，試樣中DDT的降解總趨勢是相同的，隨光照時間的增加DDT的殘留量逐漸降低。光照時間與土壤滲出液中DDT的降解呈正相關。在光照最初的4個小時內(nèi)，二者呈現(xiàn)出良好的線性關系，DDT的殘留率隨光照時間的增加而迅速降低，直至降低到15％左右。4小時以后，隨著光照時間的增長，DDT的分解速度明顯緩慢下來，其含量基本不再隨時間變化。在土壤滲濾液組成的反

6、應體系中，TiO2無法通過簡單添加過渡金屬元素進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，以紫外燈為光源進行了光催化降解實驗，研究土壤的水分含量、溶解性有機質（DOM）含量、pH值、投加不同的外源物質以及翻動土壤等各因素對土壤中DDT光催化降解效果的影響，優(yōu)化光催化降解DDT的條件。實驗結果表明，隨著土壤水分含量的增加，DDT的降解率呈逐漸增大的趨勢；當水分含量

7、達50％時，DDT降解率最高達到65.97％；當水分含量超過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質含量的增加而增加，當溶解性有機質的含量達到1.2％時，DDT的去除率達到最大值；溶解性有機質含量再繼續(xù)增加時，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、對土壤中DDT的光催化降解效果略有提高，而單獨加入全量元素肥料幾乎對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；定期翻動土壤可以有效地提高DDT的光催化降解率。 4.特異性作物對土壤中DDT降解的誘導作用研究。對比研究了喜氯的特異性植物芹菜和一般作物油菜對有機氯農(nóng)藥DDT污染土壤的修復作用。通過50天的溫室盆栽試驗，觀察到土壤中DDT的含量均隨著時間的增加逐漸減少。土壤自身具有修復農(nóng)藥污染的自然能力，種

9、植作物具有強化土壤修復DDT污染的作用，種植不同類型的作物能不同程度地提高對土壤中DDT的降解率。空白試驗中，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物逐漸轉變?yōu)镠2O、CO2及有機小分子，有效地降低了有機物的污染。種植油菜的盆栽中，在不施肥料、僅施無機肥料、僅施有機肥和施用有機無機復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、僅施無機肥料、僅施有機肥和施用有機無機復混肥料這四種處理情況下，土壤中DDT的殘留率分別達67.96％、58.39％、50.57％和34.37％。同樣施用有機無機復混肥料的情況下，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，可以通過作物對氯離子的吸收促進DDT的降解，提高修復DDT污染土壤的能力。 5.土壤中DDT的微生物修復過程研究。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，對其進行培養(yǎng)放大，再投入到土壤中對DDT進行降解。同時對外源微生物白腐真菌進行培養(yǎng)放大，比較它們對DDT的降解效果。經(jīng)初步鑒定，DB01為假單胞桿菌屬細菌（Pseudomonas sp.），DB02為鞘氨醇桿菌屬細菌（Sphjngobacterium sp.）。真菌菌株DF01、DF02的鑒定工作還有待進一步的深入研究。這幾個菌株經(jīng)過培養(yǎng)放大，在提供有機質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和假單胞桿菌屬細菌（Pseudomonas sp.）DB01，在對DDT的降解過程中，加入有機質作為共代謝底物，可以使它們的降解效果大幅提高，而鞘氨醇桿菌屬細菌（Sphingobacterlum sp.）DB02，即使不加入有機質作為共代謝底物，仍有較好的對DDT的降解效果。與從土壤中分離出的土著微生物相比較，白腐真菌對土壤中的DDT有更加顯著的降解效果。溶解性有