靳韜　蔣佳峰　董元華

摘要[目的]明確施用通用調(diào)理劑對(duì)土壤PCB28降解的影響。[方法]土壤添加2 mg/kg PCB28后，根據(jù)不同濃度通用調(diào)理劑、有機(jī)肥和含水率等設(shè)置12個(gè)處理，開展培養(yǎng)試驗(yàn)，并于培養(yǎng)0、14、21、28 d采集土樣分析PCB28濃度。[結(jié)果]施用調(diào)理劑能夠促進(jìn)土壤PCB28的降解，其降解率為48.6%，施用有機(jī)肥可以繼續(xù)促進(jìn)PCB28的降解率至59.8%，并且提高含水率能夠進(jìn)一步提高PCB28的降解率至67.9%。[結(jié)論]施用0.4 mg/g調(diào)理劑、0.7 mg/g有機(jī)肥和提高土壤含水率能夠顯著提高土壤PCB28的降解率。

關(guān)鍵詞土壤；調(diào)理劑；PCB28降解；有機(jī)肥；含水率

中圖分類號(hào)S156文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）36-0091-03

Abstract[Objective] Effect of soil general conditioner on soil PCB28 degradation was investigated.[Method] 2 mg/kg PCB28 was added to the soil，and culture experiments were carried out with 12 treatments of different concentration of general conditioner，organic fertilizer and water content.Soil samples were collected after culturing for 0，14，21，28 days，and PCB28 concentration was analyzed.[Result] Application of soil conditioner could promote soil PCB28 degradation，and the degradation rate was 48.6%，and together with application of organic fertilizer could continue to promote PCB28 degradation rate to 59.8%，and what's more，increasing soil water content could further improve PCB28 degradation rate to 67.9%.[Conclusion] Application of 0.4 mg/g soil conditioner，0.7 mg/g organic fertilizer and increasing soil moisture content could significantly improve the degradation rate of soil PCB28.

Key wordsSoil；Soil conditioner；PCB28 degradation；Organic fertilizer；Moisture content

多氯聯(lián)苯（PCBs）是一類典型的持久性有機(jī)污染物（persistent organic），被列為首批需要消減和優(yōu)先控制的12種持久性有機(jī)污染物之一。PCBs具有許多優(yōu)良物理化學(xué)性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于電力工業(yè)、塑料加工業(yè)、印刷業(yè)和化工行業(yè)等領(lǐng)域，由于焚化含PCBs的物質(zhì)釋放到大氣中，最后通過沉降作用，大量進(jìn)入土壤系統(tǒng)，引起土壤環(huán)境嚴(yán)重污染，還會(huì)嚴(yán)重危害人類健康[1]，例如1968年日本北部九州縣發(fā)生的震驚世界的被PCBs污染米糠油中毒事件。因此，開展PCB的去除降解研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

PCB的修復(fù)包括物理方法，比如封存填埋法、吸附萃取法、蒸餾汽提法等[2]，以及化學(xué)修復(fù)方法，化學(xué)修復(fù)方法主要包括焚燒法、金屬還原法、氫化法、硫化還原法、氧化氯化法和光降解法等[3]。在土壤PCB污染修復(fù)方面，這些物理化學(xué)方法由于其工程量大、成本高，往往無法很好地應(yīng)用于土壤PCB污染修復(fù)。近年來，生物修復(fù)方法為土壤PCB降解去除提供了新的方法，主要是通過自然界中動(dòng)物、植物、微生物將有機(jī)污染物降解成CO2和H2O或轉(zhuǎn)化為無毒無害物質(zhì)[4]。

土壤調(diào)理劑是一類新型的土壤改良劑，能夠改善土壤的理化性質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤酸度，進(jìn)而改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，提高土壤活性養(yǎng)分，促進(jìn)土壤微生物代謝和生長[5]，進(jìn)而促進(jìn)土壤微生物對(duì)環(huán)境大分子有機(jī)污染物的降解[6]。但是，土壤調(diào)理劑對(duì)土壤PCB降解的效果研究還比較少，相關(guān)的影響因素還不清楚，因此，探究不同濃度土壤調(diào)理劑對(duì)土壤PCB28降解的效果，并分析有機(jī)肥和土壤含水量對(duì)調(diào)理劑影響土壤PCB28降解的影響，以期揭示調(diào)理劑對(duì)土壤PCB28降解的效果及影響因素。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試土壤采集于南京江寧農(nóng)田的表層土壤，自然風(fēng)干后，粉碎后過2 mm篩，供試土壤基本性質(zhì)為全氮1.38 g/kg，全磷0.73 g/kg，有機(jī)質(zhì)1.26 g/kg。調(diào)理劑是該課題組自主研發(fā)的通用型蔬菜地改良劑。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1土壤老化。取一個(gè)塑料盆，在盆內(nèi)墊上塑料薄膜，稱6 kg磨好的土壤置于盆內(nèi)，加入300 mL 40 mg/L的PCB28丙酮溶液，使得添加的PCB28濃度約為2 mg/kg，拌勻后，將土壤放在通風(fēng)櫥中，使丙酮完全揮發(fā)。處理后的添加土壤避光放置10 d左右使PCB28老化。稱取老化后的土壤樣品6份，每份1 g于15 mL棕色玻璃瓶中，加入5 mL正己烷進(jìn)行超聲萃取30 min，離心后取上層清夜1 mL進(jìn)行GC-ECD測定，確定實(shí)際添加濃度，并驗(yàn)證土壤是否拌勻。

1.2.2培養(yǎng)試驗(yàn)。

在容積1L的塑料盆中，添加土壤100 g，并加入1∶1 000稀釋后的通用調(diào)理劑、植物氨基酸有機(jī)肥料和水分，拌勻后培養(yǎng)，共設(shè)置12個(gè)處理，具體設(shè)置見表1。其中，調(diào)理劑0.4 mg/g為田間常規(guī)施用量，植物氨基酸有機(jī)肥0.7 mg/g為田間常規(guī)施用量，含水量60%為田間常規(guī)含水量。每種處理設(shè)置4個(gè)平行樣，樣品于室溫下培養(yǎng)，培養(yǎng)期間采用重量法定期補(bǔ)水以保持各處理水分恒定。取樣時(shí)間設(shè)為培養(yǎng)后的第0、14、21、28天。每次取樣時(shí)，先將培養(yǎng)樣品用取樣勺攪拌均勻后取出1 g土壤樣品置于15 mL棕色玻璃瓶中，用5 mL正己烷超聲萃取后，離心取上清液進(jìn)行GC-ECD測定。

1.2.3色譜分析。采用Agilent 6890 N 氣相色譜儀對(duì)PCB77進(jìn)行分析，配備ECD檢測器、BD-5毛細(xì)管柱（ 30.0 m×0.32 mm×0.25 μm）和自動(dòng)進(jìn)樣器。色譜分析條件：進(jìn)樣口溫度為250 ℃，檢測器溫度為300 ℃，不分流進(jìn)樣1 μL；使用高純氦氣（99.999 %）為載氣，流速為1 mL/min，高純氮（99.999%）作為尾吹氣，流速為60 mL/ min；程序升溫過程：150 ℃停留2 min，以10 ℃/ min速率升溫到280 ℃，保留1 min；用外標(biāo)法進(jìn)行測定。

1.3數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Office 2010 excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和基本運(yùn)算，采用SPSS 18進(jìn)行不同處理間差異顯著性分析，并采用origin 8.0繪制圖形。

2結(jié)果與分析

2.1通用調(diào)理劑對(duì)土壤PCB28降解的影響

前7 d各處理間PCB28降解率差異不明顯（圖1），14 d后隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，調(diào)理劑處理PCB28降解率明顯高于對(duì)照，經(jīng)過28 d培養(yǎng)后，CK中PCB28降解率為35.6%，添加調(diào)理劑的T1、T2、T3處理中PCB28降解率分別為43.2%、48.6%和45.2%，都顯著高于CK，表明施用土壤通用調(diào)理劑能夠顯著促進(jìn)土壤微生物對(duì)PCB28的降解。

李小龍等[7]研究表明，施用土壤調(diào)理劑能夠促進(jìn)微生物的生長，而土壤微生物數(shù)量的增加，其代謝酶活性的增加會(huì)促進(jìn)土壤PCB28的降解[8]。該研究發(fā)現(xiàn)施用土壤調(diào)理劑能夠促進(jìn)土壤PCB28的降解，可能是由于施用調(diào)理劑改良了土壤的結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分供應(yīng)，促進(jìn)了土壤微生物的生長和代謝，進(jìn)而促進(jìn)了土壤中PCB28的降解。

2.2有機(jī)肥對(duì)調(diào)理劑降解土壤PCB28的影響

培養(yǎng)28 d后T4處理中PCB28的降解率為38.5%（圖2），雖然比CK高，但是與CK之間無顯著性差異，表明單獨(dú)施用0.7 mg/g植物型氨基酸有機(jī)肥，對(duì)土壤PCB28的降解無顯著影響。

在施用0.4 mg/g調(diào)理劑的基礎(chǔ)下，添加有機(jī)肥料處理PCB28降解率顯著高于未加有機(jī)肥的T2處理（圖3），培養(yǎng)28 d后，T2處理PCB28降解率為48.6%，添加1.2 mg/g有機(jī)肥T7處理中土壤PCB28降解率為59.8%，比T2處理顯著提高23.0%。表明添加有機(jī)肥能夠協(xié)同調(diào)理劑進(jìn)一步促進(jìn)土壤PCB28的降解。

施用有機(jī)肥后會(huì)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[9]，土壤調(diào)理劑的施用在促進(jìn)土壤微生物生長的同時(shí)，可能會(huì)促進(jìn)其代謝施用的有機(jī)肥及產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)，微生物在分泌更多的降解酶來分解有機(jī)質(zhì)的同時(shí)，會(huì)協(xié)同降解土壤PCB28[10]，研究表明施用有機(jī)肥能夠加強(qiáng)土壤調(diào)理劑對(duì)土壤微生物對(duì)PCB28的降解促進(jìn)效應(yīng)。

2.3含水率對(duì)調(diào)理劑降解土壤PCB28的影響

培養(yǎng)28 d后，20%含水量T8處理中PCB28的降解率為30.7（圖4），顯著低于60%含水量CK的35.6%和100%含水量T9處理的39.4%，T9處理PCB28的降解率雖然比CK高，但是無顯著差異，表明土壤含水量的增加能夠促進(jìn)土壤微生物對(duì)PCB28的降解。許妍等[11]研究發(fā)現(xiàn)，土壤微生物PCB28降解過程是一個(gè)厭氧脫氯過程，厭氧環(huán)境有利于微生物對(duì)PCB28的降解[12]。該研究中土壤含水率的增加，使得土壤中氧氣含量顯著下降形成一個(gè)厭氧環(huán)境，從而有助于土壤微生物厭氧脫氯降解PCB28。

在進(jìn)一步加入通用調(diào)理劑和有機(jī)肥后，土壤含水率的增加對(duì)PCB28的降解影響效果更加顯著，在培養(yǎng)28 d后， 20%含水率T10處理土壤PCB28的降解率為42.9%，60%含水率T6處理為53.6%，100%含水率的T11處理PCB28降解率最高為67.9%，顯著高于T10和T6處理。前面的分析已說明含水率對(duì)土壤微生物PCB28降解的作用，在同時(shí)加入土壤調(diào)理劑和有機(jī)肥后，在100%含水率處理中，PCB28的降解率進(jìn)一步提高，已達(dá)到近70%，表明聯(lián)合施用調(diào)理劑和有機(jī)肥并保持土壤的含水率，可有效促進(jìn)土壤微生物對(duì)PCB28的降解。

3結(jié)論

研究通用調(diào)理劑對(duì)土壤PCB28降解的影響，進(jìn)一步分析

有機(jī)肥和土壤含水率對(duì)調(diào)理劑作用的影響，并初步分析相關(guān)原因，在調(diào)理劑對(duì)土壤PCB28降解作用方面得到以上結(jié)論：

（1）施用通用調(diào)理劑能夠顯著促進(jìn)土壤PCB28的降解，田間常用0.4 mg/g調(diào)理劑施用濃度對(duì)土壤PCB28降解促進(jìn)效果最好。

（2）單獨(dú)施用有機(jī)肥對(duì)土壤PCB28的降解無明顯影響，但是在結(jié)合施用調(diào)理劑的基礎(chǔ)上，施用有機(jī)肥能夠進(jìn)一步促進(jìn)土壤PCB28的降解，有機(jī)肥使用量1.2 mg/g效果最佳。

（3）提高土壤含水率，使土壤處于厭氧狀態(tài)能夠顯著促進(jìn)土壤PCB28的降解，在結(jié)合施用調(diào)理劑和有機(jī)肥的前提下，提高土壤含水率能夠更進(jìn)一步地促進(jìn)土壤PCB28的降解。

結(jié)合該研究的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，施用0.4 mg/g土壤調(diào)理劑、0.7 mg/g有機(jī)肥，并保持較高的土壤含水率，能夠顯著促進(jìn)土壤PCB28的降解，其降解率能夠達(dá)到67.9%。該研究表明，施用土壤調(diào)理劑，并結(jié)合施用有機(jī)肥和提高土壤含水率等農(nóng)藝措施，是一種簡單易行的PCB28污染土壤的原位修復(fù)技術(shù)方法。

參考文獻(xiàn)

[1]

WINNEKE G，BUCHOLSKI A，HEINZOW B，et al.Developmental neurotoxicity of polychlorinated biphenyls （PCBS）：Cognitive and psychomotor functions in 7month old children[J].Toxicology letters，1998，102-103（1）：423.

[2] WERNER D，HALE S E，GHOSH U，et al.Polychlorinated biphenyl sorption and availability in fieldcontaminated sediments[J].Environmental science & technology，2010，44（8）：2809.

[3] 趙毅，孫偉.化學(xué)法處理多氯聯(lián)苯[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，1997（1）：43-49.

[4] BORJA J，TALEON D M，AURESENIA J，et al.Polychlorinated biphenyls and their biodegradation[J].Process biochemistry，2005，40（6）：1999-2013.

[5] 靳輝勇，齊紹武，朱益，等.土壤調(diào)理劑對(duì)土壤養(yǎng)分含量及微生物功能多樣性的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2017，19（5）：100-105.

[6] 朱健，王平，李捍東，等.河水高濃度有機(jī)污染降解菌分離、鑒定及降解特性[J].生態(tài)學(xué)雜志，2013，32（5）：1311-1318.

[7] 李小龍，楊春泉，沈建平.土壤調(diào)理劑對(duì)植煙土壤微生物群落的影響[J].農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)（英文版），2017，56（5）：834-838.

[8] 蘇嘉欣，卓勝，黎華壽，等.植物間作下根際微生物和土壤酶與土壤多氯聯(lián)苯（PCB）降解的關(guān)系[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（11）：2114-2120.

[9] 田小明，李俊華，危常州，等.連續(xù)3年施用生物有機(jī)肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)組分、棉花養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2012，18（5）：1111-1118.

[10] 孫紅斌，劉亞云，陳桂珠.PCBs對(duì)紅樹林沉積物中微生物及酶活性的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（12）：5398-5407.

[11] 許妍，傅大放.多氯聯(lián)苯微生物厭氧脫氯研究進(jìn)展[J].環(huán)境化學(xué)，2014（6）：908-914.

[12] 宋祥云，殷月芬，于延珍，等.海洋真菌厭氧降解PCB180的初步研究[J].海洋環(huán)境科學(xué)，2016，35（2）：196-202.

45卷36期靳 韜等通用調(diào)理劑對(duì)土壤PCB28降解的效果及影響因素研究