应用单体碳同位素分析技术探析农田土壤中多环芳烃的植物降解过程.pdf

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1、2014年12月岩矿测试Vo1_33．No．6December2014R0CKANDMINERALANALYSIS863～870文章编号：0254—5357(2014)06—0863—08DOI：10．15898／j．cnki．11—2131／td．2014．06．017应用单体碳同位素分析技术探析农田土壤中多环芳烃的植物降解过程焦杏春，王广，叶传永，曹红英，王晓春，杨永亮，刘晓端(1．国土资源部生态地球化学重点实验室，国家地质实验测试中心，北京100037；2．中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101)摘要：长

2、期以来，研究者在探讨土壤中多环芳烃(PAHs)的降解及修复过程中，缺乏简便有效的手段对化合物的降解动态进行定量研究。前人尝试用投加实验、对比采用降解措施前后污染物的浓度变化、模型计算等方法研究PAHs的降解过程，其结果常互相矛盾，或不能真实反映复杂的实际环境。本文应用单体碳同位素分析技术对农田土壤中PAHs的植物降解过程进行定量表征，采集了某地农田表土作为供试土壤，选择玉米作为供试作物，开展了作物对土壤中PAHs降解及消除过程的研究。气相色谱一质谱分析结果表明，培养所用的玉米原始土及分4批收集的空白土、根际土、非根际土样

3、品中16种PAHs的浓度总和(∑PAHs)平均分别为380．8ng／g、(281．5±34．7)ng／g、(272．2±11．6)ng／g和(299．8±37．9)ng／g；玉米生长期间，各土壤样品的∑PAHs均比原始土壤有所下降，但除3环以下化合物(萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽)外，其他化合物并未随玉米的生长表现出显著趋势。与玉米根、叶倾向于富集低环PAHs化合物相对应，可以判断植物对土壤中的低环化合物去除作用最为显著。各采样时期玉米根际土、非根际土和空白土壤样品中PAHs单体化合物的碳同位素分馏值(6”C)在一34．31

4、‰～一23．95％。之间，且除芘外的其他化合物的”C值随时间呈现逐步变轻的趋势，波动值位于一9．0‰一一O．6‰之间；本文对于PAHs单体化合物，尤其是4、5环化合物，在玉米降解过程中的碳同位素分馏与浓度变化之间未发现明显关系。考虑3环以下的PAHs化合物更倾向于被降解和清除，且其碳、氢同位素分馏情况更容易被观察到，因此稳定同位素分析技术更有助于探明该类单体PAHs污染物在环境中的迁移、转化规律。关键词：单体碳同位素技术；农田土壤；多环芳烃；植物降解；同位素分馏中图分类号：0628．21；0625．1文献标识码：A长久以

5、来，持久性有机污染物在植物一土壤系结果验证了植物在清除土壤PAHs中的明显作用，统中的环境行为得到研究者的广泛关注。研究者普但植物一土壤系统PAHs浓度的变化是一个在土壤遍认为，植物在土壤乃至整个环境系统内有机污染温度、湿度、植物根系特征、微生物特性等诸多因素物的迁移和转化过程中都起着至关重要的作用J。影响下的复杂过程，研究者仅通过对比种植植物前在一些有机污染事故的现场，植物在清除和转移土后土壤中PAHs的浓度变化来判断植物修复的效壤污染物的过程中均有突出表现。Cofield等率，其结果有失偏颇，甚至会得出完全相反的结论

6、。研究了焦化厂污染土壤中多环芳烃(PAHs)的修复如Vervaeke等对矿物油污染土壤中PAHs的降解过程，发现种植了羊茅草一年后的土壤中，PAHs总开展了长期研究，一年半后发现种植柳树的土壤中量减少了69％，而同期未种植植物的土壤中PAHsPAHs浓度下降了23％，而未种植柳树的空地土壤总量减少了57％。Gao等通过对比有无种植黑中PAHs浓度下降幅度更大，达到32％。如何通过麦草土壤的添加实验发现，45d处理后种植了黑麦更准确的手段了解植物降解土壤PAHs的进程和效草的土壤中菲和芘的去除率分别为85％～90％和率，已

7、成为科学家们当前需要解决的问题。44％～89％，显著高于无植物对照土壤。上述研究收稿日期：2014—03—18；修回日期：2014—11—02；接受日期：2014—11—15基金项目：国家自然科学基金项目(40703029，41171370)；中国地质调查局工作项目(1212011220058，1212011120287)作者简介：焦杏春，博士，副研究员，从事环境地球化学研究。E—mail：jiaoxeh@sohu．eom。第6期岩矿测试http：／／WWW．ykcs．ac．en已有研究发现，PAHs可以经过植物的代谢和

8、实验中植物培养及玻璃器皿清洗所用水均为去转化重新释放到空气中，其c、H同位素也会在一定离子水，其中的目标化合物经检测均为未检出。程度上产生分馏。通过测量不同阶段PAHs化合1．2样品采集和室内培养实验方法物的C、H分馏比，可以计算PAHs被降解的数量以在江西南昌郊区的新建县境内选择了4个水稻及降解效率。Lollar等