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地膜覆盖土壤中酞酸酯及相关酶活性的变化特征
来源:互联网 sk001 | 王红芬 程晗煜 洪坚平
【分  类】 化工与理学
【关 键 词】 地膜覆盖土壤; 酞酸酯; 有机质; 脲酶
【来  源】 互联网
【收  录】 中文学术期刊网
正文:

  摘要:利用地膜覆盖种植玉米研究了北方石灰性褐土中酞酸酯类化合物和相关酶活性的变化特征。结果表明:在玉米生长的不同时期、不同土层中大分子化合物DBP和DEHP出现频率较高,一般随土层加深而增多;在玉米苗期覆膜处理土壤中PAEs的含量高于空白处理;抽雄期和成熟期FM土壤中PAEs总量低于CK;土壤中PAEs含量随土壤有机质含量的增多而增多;土壤中PAEs含量随脲酶活性增强而降低。

  关键词:地膜覆盖土壤; 酞酸酯; 有机质; 脲酶

  地膜覆盖栽培是农业生产中的一项有效增产措施,在我国北方地区已经广泛推广和应用。地表腹膜后改变了土壤温度、水分、空气、光照等环境因素,加快了作物的生长发育进程,能有效地提高土地资源利用,调节作物生长季节,提高产量[1-4]。地膜给农业生产带来效益的同时也给我们的环境带来了污染。酞酸酯类化合物(PAEs)是塑料增塑剂中的重要成分,广泛应用于地膜、黏合剂服装、农药、肥料等行业中。随着国民经济的快速发展,塑料薄膜的广泛农用化,PAEs不断地从膜中释放出,挥发至大气、土壤和水域中,造成对环境的污染,并可在生物体内(如鱼类、两栖类、水生无脊椎动物等) 富集,从而对环境和生物体造成损害[5-9]。本试验旨在通过对地膜覆盖栽培的玉米土壤中PAEs含量的分析,寻找地膜覆盖后各种PAEs化合物在土壤间的迁移积累规律,为土壤中PAEs污染的防治提供理论依据。

  1 材料和方法

  1.1试验区概况和试验设计

  试验区位于山西农业大学资源环境实验站,土壤为发育在黄土状母质上的石灰性褐土,质地为壤土,土壤碱解氮含量 29.604 mg/kg ,速效磷 26.257 mg/kg,速效钾 95.135 mg/kg ,全氮 0.082 g/kg,全磷 0.80 g/kg,全钾 26.095 g/kg,有机质 13.071 g/kg,pH值8.15。本试验设覆地膜(FM)和对照(CK)两个处理,各重复三次,共6个小区,小区面积15m2,4月22日播种春玉米,在苗期(5月23日)、抽雄期(7月29日)和成熟期(9月24日)分别采样,采样深度为0~20cm,分四层(0~5cm,5~10cm,10~15cm,15~20cm)采样,每个小区取9点混合样作为该小区的代表样品。

  1.2土壤中酞酸酯(PAEs)的测定方法

  1.2.1土壤样品的前处理

  参照《全国土壤污染状况调查样品分析测试技术规定》并加以改进[10]:(1)提取:称取鲜土10g,加入乙腈15ml,振荡5min,超声萃取10min,3000rpm离心10min,将上清液移入100ml摩口三角瓶中,重复上述操作合并上清液。(2)萃取:取15ml上清液至分液漏斗中,依次加入100ml 5%的NaCl溶液,25ml正己烷振荡5min,用100ml三角瓶接用下部NaCl液,250ml摩口三角瓶接正己烷液,将上一NaCl液移入同一分液漏斗中,加入25ml正己烷重新振荡5min,用三角瓶接NaCl液(弃去),同一250ml摩口三角瓶接正己烷液,将正己烷液在旋转蒸发器上40oC水浴浓缩至略小于10 ml 。(3)分离:先用5ml正己烷活化弗罗里硅土柱,然后加入浓缩液,安好接受器,以1ml/min的速度将液面降至柱层上,同等速度加入50 ml正己烷(用100ml三角瓶接正己烷淋洗液,弃去),加入100 ml含有5%乙腈的正己烷液,以1ml/min的速度洗脱(用250ml摩口三角瓶收集洗脱液),旋转蒸发器40oC水浴浓缩收集的洗脱液至略5 ml左右,将浓缩后的洗脱液无损的转移到10ml离心管,N吹至1ml,用正己烷定容。

  1.2.2 GC分析条件

  本试验检测由瓦里安GC3800完成。色谱柱为Varian CP8955,VF-5ms(30m×0.32mm×0.25μm)石英毛细管柱。GC分析条件:100℃(2min) 25℃/min 150℃ 10℃/min 240℃(2min) 5℃/min 260℃(4min),进样口温度为250℃,FID检测器温度为300℃,载气为N2(2ml/min),不分流进样(60sec),进样体积为1μl 。酞酸酯定量用峰面积和外标曲线法。PAEs含量用mg/kg表示。

  1.2.3试剂

  正己烷、乙腈等均为进口色谱纯,二次水用超纯水机制备。

  PAES标准储备液用正己烷配制。

  1.3土壤基本理化性质、酶活性

  土壤基本理化性质分析按常规方法测定,其具体参见文献[11];脲酶活性的测定采用次氯酸钠比色法[12];

  2结果与分析

  由表1可以看出,在玉米生长的不同时期,不同土层中DBP和DEHP是出现较频繁、含量较高的PAEs种类,而覆膜处理苗期土壤中PAEs总含量明显高于CK,说明覆膜处理在提高地温促进作物生长的同时也给土壤带来了一定的PAEs污染;但同时也能阻止外界环境中的污染物进入土壤。

  2.1玉米生育期内不同处理对PAEs总量的影响

  由图1可以看出,苗期FM土壤中PAEs总量较高,高出CK中PAEs含量的36.3%,抽雄期和成熟期FM土壤中PAEs总量低于CK,可能是因为玉米苗期(5月上旬),地膜与土壤接触过程中,地膜中的酞酸酯类物质会慢慢溶出,吸附在土壤有机颗粒上,但由于土温较低,微生物活动不剧烈,数量较少,PAEs的降解速率较慢,因此苗期土壤中PAEs含量会较高;随气温升高(抽雄期和成熟期在7月中旬到9月中下旬),玉米生长加速,根系新陈代谢活动旺盛,微生物生长所需的C源增加,微生物数量随之增加,加快了PAEs的降解,所以土壤中PAEs的含量会随玉米生长而逐渐减少。在抽雄期和成熟期CK中PAEs含量会比FM高可能是由于大气温度较高,周围环境塑料制品中PAEs的挥发,吸附在有机颗粒上落入土壤中。

  表1-土壤中酞酸酯类化合物分析结果mg/kg 时期 处理 采样深度cm DMP DEP DBP BBP DEHP DOP 苗期 FM 0-5 - - 0.50 - - 0.06 FM 5-10 - - 0.71 - 1.53 - FM 10-15 - - 0.70 - 1.49 0.12 FM 15-20 0.03 - - - 2.64 - CK 0-5 - - - - 1.64 - CK 5-10 - - - - - - CK 10-15 - - 0.89 - 2.60 - CK 15-20 - - 0.45 - 0.13 - 抽雄期 FM 0-5 - - - 0.23 - 0.09 FM 5-10 - - - - - - FM 10-15 - - 0.48 - 0.24 - FM 15-20 - - 0.67 0.26 1.13 - CK 0-5 - - 0.66 - 1.29 - CK 5-10 - - 0.75 - 1.80 0.32 CK 10-15 - - - - - CK 15-20 - - - - - - 成熟期 FM 0-5 - - - - - - FM 5-10 - - - - - - FM 10-15 - - - - - - FM 15-20 - - - - - 0.02 CK 0-5 - - - - - - CK 5-10 - - - - - - CK 10-15 - - - - - - CK 15-20 - - - - - 0.11 注:“-”表示未检出

  2.2玉米各个生长期不同处理酞酸酯含量

  由图2可以看出,覆膜处理土壤中玉米各个生长时期土壤中PAEs含量是苗期﹥抽雄期﹥成熟期,而各个生育期内土壤中PAEs含量又随土层加深而增大,可能原因是苗期玉米植株根系较小,土壤温度较低,微生物活动不强烈,数量较少,使得进入土壤的酞酸酯类化合物生物降解速率缓慢,当土壤温度随着气温的升高(抽雄期、成熟期气温明显高于苗期)而升高时,土壤微生物活动增强,数量增加,使得土壤中的酞酸酯类物质的生物降解速率加快,因而测得土壤中PAEs含量会是成熟期﹤抽雄期﹤苗期。

  从图3中可以看出CK处理苗期在0-5cm、10-15cm、15-20cm土层检出PAEs,其中10-15cm土层中PAEs含量最高;抽雄期0-5cm、5-10cm土层检出PAEs,其中5-10cm土层中含量最高;成熟期只在15-20cm土层中检出PAEs。

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