镉与苄嘧磺隆交互作用对其环境行为的影响

【摘要】：本文选择稻田中广泛使用的磺酰脲类除草剂——苄嘧磺隆以及典型重金属污染元素镉作为研究对象,研究了苄嘧磺隆与镉的交互作用对彼此在稻田土壤及土壤粘土矿物上吸附-解吸特性的影响,以及苄嘧磺隆的存在对镉在土壤中形态转化的影响;多年施用过苄嘧磺隆的土壤对苄嘧磺隆的降解转化特性及其微生物生物学特性的影响,苄嘧磺隆在蒸馏水及湖泊水体中降解特性的差异,以及镉对苄嘧磺隆在土壤中生物降解和水体中降解特性的影响;苄嘧磺隆与镉的交互作用对稻田土壤中微生物生物量、土壤酶类(脲酶、脱氢酶、磷酸酶)的活性以及土壤有机物质(蛋白质和酚)含量的影响,同时研究了环境因素(土壤的温度、pH、含水量等)的变化对苄嘧磺隆与镉的交互作用对稻田土壤微生物生态效应的影响。结果表明: (1) 镉或苄嘧磺隆的存在都能增加土壤和粘土矿物对对方的亲和力并提高对方在土壤和粘土矿物中的等温吸附量。无论苄嘧磺隆存在与否,镉在土壤和粘土矿物中的等温吸附都能很好的符合Freundlich等温吸附方程,相关系数r~2都能达到0.98以上。同样的,无论镉存在与否,苄嘧磺隆在土壤和粘土矿物中的等温吸附也都能较好的符合Freundlich等温吸附方程,相关系数r~2都能达到0.95以上。 (2) 无论苄嘧磺隆存在与否,随着pH值的升高,土壤和粘土矿物对镉的吸附率逐渐增大,而相应的吸附态镉的解吸率逐渐降低。此外,在苄嘧磺隆存在的条件下,低pH值时(土壤pH5.6,高岭石pH5.1,针铁矿5.6,蒙脱石6.5),苄嘧磺隆对镉的吸附有促进作用;而在高pH值(土壤pH5.6,高岭石pH5.1,针铁矿5.6,蒙脱石6.5)时,苄嘧磺隆对镉的吸附有阻碍作用,而且相应的吸附作用均随共存的苄嘧磺隆浓度升高而增加。在低pH值时(土壤pH5.4,高岭石pH5.4,针铁矿5.5,蒙脱石6.4),苄嘧磺隆对相应的吸附态镉的解吸起阻碍作用;而在较高pH值时(土壤pH5.4,高岭石pH5.4,针铁矿5.5,蒙脱石6.4),苄嘧磺隆对相应的吸附态镉的解吸起促进作用,而且相应的解吸作用也随存在的苄嘧磺隆浓度升高而增加。 (3) 无论镉存在与否,随着pH值的升高,土壤和粘土矿物对苄嘧磺隆的吸附率逐渐下降,而相应的吸附态苄嘧磺隆的解吸率逐渐升高。镉的存在对苄嘧磺隆的吸附有促进作用,而对相应的吸附态苄嘧磺隆的解吸起阻碍作用,而且相应作用也随共存镉浓度的升高而增加。 (4) 对于有或无镉存在条件下的高岭石吸附苄嘧磺隆进行的红外光谱学特性研究证明,镉的存在可以促进高岭石对苄嘧磺隆的吸附。其作用机制主要是通过苄嘧磺隆上的仲酰胺基N—H与高岭石的Si—O—Si及O—H发生氢键作用以及与高岭 浙江大学博士论文 石吸附的福发生配位作用。 (5)随着添加的节嚓磺隆浓度的升高,土壤中水溶态锅和交换态福缓慢减少,而土壤 中有机结合态镐、粘土矿物和氧化物结合态镐及残留态锅却表现出缓慢增加,表 明添加节喀磺隆,可促进土壤对福的吸附,并促进吸附的福向相对稳定的紧结合 态(有机结合态,粘土矿物和氧化物结合态,残留态)转化。 (6)在施用过节啼磺隆三年、施用过节嗜磺隆一年和从未施用过节嚓磺隆三种稻田土 壤中,节嗜磺隆的降解动力学特性均很好地符合一级反应动力学方程,相关系数 尸大于0.98。降解速度随施用节喀磺隆年限的增加而加快,降解半衰期(DTS。) 分别为6.57,9.43,16.Old。对施用过五年节啼磺隆的稻田土壤采用高温灭菌,添 加氯霉素或放线酮环己亚酞胺等处理后,节嚓磺隆的降解速度均有不同程度下降, 表明多年施用节嚓磺隆的稻田土壤可以较快的降解节啼磺隆,究其原因可能是, 在多年施用节喀磺隆的稻田土壤中存在可利用并可降解节嗜磺隆的微生物。 (7)在未曾施用过节哦磺隆的稻田土壤中,添加施用过五年节啼磺隆的稻田土壤 (10%),加入节喀磺隆培养7d后,节嗯磺隆残留量显著减少(P二0.05)。而当添 加量为5%时,加入节嗜磺隆培养14d后,节嗜磺隆残留量也显著减少(P=0 .05)。 这表明,多年施用节嗜磺隆的稻田土壤加速降解节啼磺隆的生物学过程可以通过 物理接种来实现。此外,在施用过五年节嗜磺隆的稻田土壤中,’4c标记的节喀磺 隆矿化速度较快,表明在此种稻田土壤中,节喀磺隆可被更快的降解并被土壤中 微生物利用作为碳源或能量。 (8)在曾施用过一年节嗜磺隆的稻田土壤添加重金属福后,节嗜磺隆在稻田土壤中的 降解速率有所降低,降解半衰期(DTS。)从9.43d(omgkg’’cd处理)延长到13.78d (l00mgkg’’cd处理)。在所有的不同隔处理的稻田土壤中,节喀磺隆的降解动态 变化均较好地符合一级反应动力学方程,相关系数:20.98。 (9)不同pH条件下,福的存在与否对节嗜磺隆在蒸馏水体系中的降解并没有明显的 影响,但在蒸馏水体系中,节啼磺隆的降解速度随着pH值的降低而迅速加快, 降解半衰期(DTS。)由pH7时的约1 22d减少到pHS时的约12d。在所有条件下, 节嗜磺隆在蒸馏水体系中的降解均较好符合一级反应动力学方程(:“0.99)。 (10)不同pH条件下,福的存在对节嚓磺隆在湖泊水体系中的降解均有一定的影响, 即添加一定量锅能对节喀磺隆在湖泊水体系中的降解产生抑制作用,且抑制作用 随福浓度的升高而增强。在所有条件下,节啼磺隆在湖泊水体系中的降解均较好 符合