土壤脲酶对酞酸酯污染土壤中有机物料施用的响应(附件)
酞酸酯已经成为农田土壤中常见的有机污染物之一，其对生态环境与人体健康风险逐渐引起环境界的广泛关注。本试验采用靛酚蓝比色法，以农田表层土壤为研究对象，通过将鸡粪，牛粪，酒糟处理后作为有机物料添加到DBP和DEHP不同污染程度的农田土壤中，研究土壤脲酶对酞酸酯污染土壤中不同有机物料施用的响应。结果表明在鸡粪施用下，50 mg/kg DBP-DEHP污染土壤的脲酶活性在后期低于100 mg/kg污染土壤脲酶活性，在28 d时，低污染浓度土壤脲酶活性比高污染浓度土壤低25.2%，其他两种物料处理在后期时在两种污染水平下未发现明显差异。在相同污染水平下，前期牛粪与酒糟处理，脲酶活性均低于鸡粪处理，随培养时间的延长，从7 d开始牛粪与酒糟处理酶活性均显著高于鸡粪，且牛粪与酒糟处理之间的差异逐渐减小。从三种有机物料对酞酸酯污染土壤脲酶活性影响比较看，添加牛粪与酒糟更有利于缓解DBP-DEHP混合污染对土壤生物环境的影响，尤其在污染初期。关键词 酞酸酯，污染土壤，有机物料，脲酶
目 录
1 引言 1
1.1 酞酸酯 1
1.1.1酞酸酯简介 1
1.1.2 土壤中酞酸酯来源及生态风险 1
1.1.3 酞酸酯污染土壤研究进展 2
1.1.4土壤酶 3
1.2研究意义 4
2材料和方法 4
2.1供试土壤 4
2.2有机物料 4
2.3供试酞酸酯 4
2.4实验设计 5
2.5测定方法 5
2.6数据统计 5
3 结果与分析 5
3.1同种有机物料不同污染程度比较 5
3.2不同有机物料对同一污染程度土壤脲酶活性的影响比较 8
3.3 土壤脲酶活性动力学分析 9
结论 12
致谢 13
参考文献 14
1 引言
1.1 酞酸酯
1.1.1酞酸酯简介
酞酸酯（Phthalic Acid Esters, PAEs）是邻苯二甲酸的一种酯化衍生物[1]，专业名称为邻苯二甲酸酯，它有邻位、间位和对位这三种异构体结构。邻苯二甲酸酯是其中主要 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
导致环境污染的一种，因为人们日常生活中大量使用邻苯二甲酸酯。酞酸酯类化合物从二甲基酯到十三烷基酯共有二十余种化合物。其中使用量最多的的有邻苯二甲酸二丁酯(Dibutyl phthalate, DBP)、邻苯二甲酸二(2乙基己基）酯(Di(2ethylhexyl) phthalate, DEHP)和邻苯二甲酸二辛酯(Dioctyl phthalate, DOP)这三种。 PAEs一般呈无色油状的粘稠液体，难溶于水但易溶于有机溶剂[2]。
为了便于加工，为提高产品的强度、塑性和柔韧度，它可作为塑料制品加工生产过程中的塑化剂和改性添加剂，目前是世界上最大、应用最广泛的合成有机化合物。被大量应用于工业、农业及生活用品中，如塑料制品、油漆、颜料、驱虫药、食品外包装、个护用具等。当塑料制品与食品中的油脂相遇时，增塑剂会溶解在有机溶剂如油脂中[3]。
据报道，目前全世界PAEs的总产量已超过800万吨 [4]。它已普遍存在于我们身边各种各样的环境中[5]，如泥土，江河湖海、及空气等。目前,已被商品化使用的14种酞酸酯中有6种被美国国家环保局(United States Environmental Protection Agency)列为重点控制的有毒污染物,包括邻苯二甲酸二甲酯（Dimethyl phthalate, DMP)、邻苯二甲酸二乙酯（Diethyl phthalate, DEP)、邻苯二甲酸二正丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二正辛酯（DOP）、邻苯二甲酸二（2乙基己基）酯（DEHP）和邻苯二甲酸丁基苄基（Butyl benzyl Phthalate, BBP)[6],中国环境监测总站发布的水中重点控制污染物中也包括了DMP、DBP和DNOP。
1.1.2 土壤中酞酸酯来源及生态风险
20世纪初,塑料薄膜逐渐应用于农业生产，使温室与大棚中的各种条件达到理想环境,实现周年生产作物的愿望。目前,我国农膜的产量和覆盖面积均为全球第一,农膜已成为第三大农业生产资料（第一第二分别为化肥和农药），被称为继良种、化肥之后的第3次农业技术革命[7]。
PAEs主要依靠氢键和范德华力附着在在各类塑料制品中,呈游离态,因此在生产、使用过程中无法规避，因而从中释放出来[8],释放和转移到周围的空气，水，土壤，甚至食物。目前，泥土、河流、空气甚至人体都存在着PAEs[9]。土壤是邻苯二甲酸酯的最终聚集场所。土壤中邻苯二甲酸酯的主要来源是农用膜、肥料、污水排放、污泥堆肥、垃圾泄漏和废固体塑料[10]。农田土壤中PAEs污染日渐严重,不仅对土壤生态系统存在明显的危害[11],还会由食物链流通至人体,对人体健康构成潜在的威胁[12]。研究显示，PAEs具有环境激素效应，不仅能够影响人畜的生殖系统发育，如减少胚囊着床率从而降低生育能力[13]，在长期大剂量污染环境中生活，还可能会引起畸形、癌变和突变效应的发生[14]。由于当前我国农业设施水平还不高,大部分农田设施以覆盖农膜和简易大棚为主，长期大量使用农膜使农田遭受不同程度的PAEs污染,从而威胁着农产品安全，人类身体健康和生态系统。
1.1.3 酞酸酯污染土壤研究进展
酞酸酯污染会改变土壤结构与理化性质,会造成土壤微生物活动与多样性、土壤酶活性降低等变化，从而影响土壤生态系统功能[15]。物化修复和生物修复是修复邻苯二甲酸酯类污染土壤的主要方法。由于成本高，适用范围受限，且前者可能会造成土壤结构和物理化学性质等问题无法恢复，因此不太常用。相比物化修复,生物修复具有费用低、可大范围使用和对环境友好等特点,符合可持续发展的理念，具有长远的积极意义。
目前，生物修复技术已经越来越成熟，如细菌降解，许多学者在好氧和厌氧条件下对PAEs污染土壤进行了生物修复。根据目前的研究结果，能够降解PAEs的菌种已经比较多了，需氧菌和厌氧菌就包括在内。
Yang[16]从河底沉积物和淤泥中分离出两株DK4和O18菌株。DK4和O18菌株在不同温度（2040℃）和pH（5.0～9.0）下均在7d内完全降解DEP，DPrP，DBP，DHP，DEHP，DCP，BBP和DPP(质量浓度分别为5mg/L )。赵海明[17]筛选出一种能降解好几种邻苯二甲酸酯并具有高效率的微生物芽孢杆菌，并探讨其修复邻苯二甲酸酯污染土壤的能力。从研究结果来看，它不仅具有较强的修复PAES污染土壤的能力，而且被广泛应用于自然界。它无处不在，具有很强的适应性和生命力。严忠雍[18]等人成功地从垃圾污染土壤中分离出一株菌株。菌株对DBP的降解率高达82.7%。王志刚[19]筛选出一株菌株，它主要以DMP作为碳源生长，这种菌株不仅能够降解DMP，还可以降解其它常见PAEs。岳永德等[20] 从巢湖底泥中分离出了皮氏伯克霍尔德氏菌，DMP、DEP、DBP和DEHP可以同时被这种菌降解。是一种可以充分利用的土壤修复微生物。GAO等 [21] 发现,向土壤中施入5%猪粪可以显著削弱酞酸酯对土壤的毒性作用，减小对土壤脱氢酶、脲酶和蛋白酶活性的不良影响,从而改善土壤微生物的生存环境。此外,向土壤中添加生物炭也能减小PAEs在土壤中的自然降解速度,因为生物炭对PAEs具有一定的固定作用，生物炭含量越高，土壤对PAEs的吸附作用越强[22]。表1为目前已被发现的可以高效降解酞酸酯的一些菌属[23]。
目 录
1 引言 1
1.1 酞酸酯 1
1.1.1酞酸酯简介 1
1.1.2 土壤中酞酸酯来源及生态风险 1
1.1.3 酞酸酯污染土壤研究进展 2
1.1.4土壤酶 3
1.2研究意义 4
2材料和方法 4
2.1供试土壤 4
2.2有机物料 4
2.3供试酞酸酯 4
2.4实验设计 5
2.5测定方法 5
2.6数据统计 5
3 结果与分析 5
3.1同种有机物料不同污染程度比较 5
3.2不同有机物料对同一污染程度土壤脲酶活性的影响比较 8
3.3 土壤脲酶活性动力学分析 9
结论 12
致谢 13
参考文献 14
1 引言
1.1 酞酸酯
1.1.1酞酸酯简介
酞酸酯（Phthalic Acid Esters, PAEs）是邻苯二甲酸的一种酯化衍生物[1]，专业名称为邻苯二甲酸酯，它有邻位、间位和对位这三种异构体结构。邻苯二甲酸酯是其中主要 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
导致环境污染的一种，因为人们日常生活中大量使用邻苯二甲酸酯。酞酸酯类化合物从二甲基酯到十三烷基酯共有二十余种化合物。其中使用量最多的的有邻苯二甲酸二丁酯(Dibutyl phthalate, DBP)、邻苯二甲酸二(2乙基己基）酯(Di(2ethylhexyl) phthalate, DEHP)和邻苯二甲酸二辛酯(Dioctyl phthalate, DOP)这三种。 PAEs一般呈无色油状的粘稠液体，难溶于水但易溶于有机溶剂[2]。
为了便于加工，为提高产品的强度、塑性和柔韧度，它可作为塑料制品加工生产过程中的塑化剂和改性添加剂，目前是世界上最大、应用最广泛的合成有机化合物。被大量应用于工业、农业及生活用品中，如塑料制品、油漆、颜料、驱虫药、食品外包装、个护用具等。当塑料制品与食品中的油脂相遇时，增塑剂会溶解在有机溶剂如油脂中[3]。
据报道，目前全世界PAEs的总产量已超过800万吨 [4]。它已普遍存在于我们身边各种各样的环境中[5]，如泥土，江河湖海、及空气等。目前,已被商品化使用的14种酞酸酯中有6种被美国国家环保局(United States Environmental Protection Agency)列为重点控制的有毒污染物,包括邻苯二甲酸二甲酯（Dimethyl phthalate, DMP)、邻苯二甲酸二乙酯（Diethyl phthalate, DEP)、邻苯二甲酸二正丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二正辛酯（DOP）、邻苯二甲酸二（2乙基己基）酯（DEHP）和邻苯二甲酸丁基苄基（Butyl benzyl Phthalate, BBP)[6],中国环境监测总站发布的水中重点控制污染物中也包括了DMP、DBP和DNOP。
1.1.2 土壤中酞酸酯来源及生态风险
20世纪初,塑料薄膜逐渐应用于农业生产，使温室与大棚中的各种条件达到理想环境,实现周年生产作物的愿望。目前,我国农膜的产量和覆盖面积均为全球第一,农膜已成为第三大农业生产资料（第一第二分别为化肥和农药），被称为继良种、化肥之后的第3次农业技术革命[7]。
PAEs主要依靠氢键和范德华力附着在在各类塑料制品中,呈游离态,因此在生产、使用过程中无法规避，因而从中释放出来[8],释放和转移到周围的空气，水，土壤，甚至食物。目前，泥土、河流、空气甚至人体都存在着PAEs[9]。土壤是邻苯二甲酸酯的最终聚集场所。土壤中邻苯二甲酸酯的主要来源是农用膜、肥料、污水排放、污泥堆肥、垃圾泄漏和废固体塑料[10]。农田土壤中PAEs污染日渐严重,不仅对土壤生态系统存在明显的危害[11],还会由食物链流通至人体,对人体健康构成潜在的威胁[12]。研究显示，PAEs具有环境激素效应，不仅能够影响人畜的生殖系统发育，如减少胚囊着床率从而降低生育能力[13]，在长期大剂量污染环境中生活，还可能会引起畸形、癌变和突变效应的发生[14]。由于当前我国农业设施水平还不高,大部分农田设施以覆盖农膜和简易大棚为主，长期大量使用农膜使农田遭受不同程度的PAEs污染,从而威胁着农产品安全，人类身体健康和生态系统。
1.1.3 酞酸酯污染土壤研究进展
酞酸酯污染会改变土壤结构与理化性质,会造成土壤微生物活动与多样性、土壤酶活性降低等变化，从而影响土壤生态系统功能[15]。物化修复和生物修复是修复邻苯二甲酸酯类污染土壤的主要方法。由于成本高，适用范围受限，且前者可能会造成土壤结构和物理化学性质等问题无法恢复，因此不太常用。相比物化修复,生物修复具有费用低、可大范围使用和对环境友好等特点,符合可持续发展的理念，具有长远的积极意义。
目前，生物修复技术已经越来越成熟，如细菌降解，许多学者在好氧和厌氧条件下对PAEs污染土壤进行了生物修复。根据目前的研究结果，能够降解PAEs的菌种已经比较多了，需氧菌和厌氧菌就包括在内。
Yang[16]从河底沉积物和淤泥中分离出两株DK4和O18菌株。DK4和O18菌株在不同温度（2040℃）和pH（5.0～9.0）下均在7d内完全降解DEP，DPrP，DBP，DHP，DEHP，DCP，BBP和DPP(质量浓度分别为5mg/L )。赵海明[17]筛选出一种能降解好几种邻苯二甲酸酯并具有高效率的微生物芽孢杆菌，并探讨其修复邻苯二甲酸酯污染土壤的能力。从研究结果来看，它不仅具有较强的修复PAES污染土壤的能力，而且被广泛应用于自然界。它无处不在，具有很强的适应性和生命力。严忠雍[18]等人成功地从垃圾污染土壤中分离出一株菌株。菌株对DBP的降解率高达82.7%。王志刚[19]筛选出一株菌株，它主要以DMP作为碳源生长，这种菌株不仅能够降解DMP，还可以降解其它常见PAEs。岳永德等[20] 从巢湖底泥中分离出了皮氏伯克霍尔德氏菌，DMP、DEP、DBP和DEHP可以同时被这种菌降解。是一种可以充分利用的土壤修复微生物。GAO等 [21] 发现,向土壤中施入5%猪粪可以显著削弱酞酸酯对土壤的毒性作用，减小对土壤脱氢酶、脲酶和蛋白酶活性的不良影响,从而改善土壤微生物的生存环境。此外,向土壤中添加生物炭也能减小PAEs在土壤中的自然降解速度,因为生物炭对PAEs具有一定的固定作用，生物炭含量越高，土壤对PAEs的吸附作用越强[22]。表1为目前已被发现的可以高效降解酞酸酯的一些菌属[23]。
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