土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留的研究

土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留的研究

作為一個(gè)重要的永久性有機(jī)污染物（pops），它對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》提出的首批受控制的12種POPs,其中有9種為有機(jī)氯農(nóng)藥。盡管有機(jī)氯農(nóng)藥已被禁用,但土壤、水體、大氣和人體血液中仍時(shí)有有機(jī)氯農(nóng)藥的檢出,其對(duì)環(huán)境的危害依然存在。原生動(dòng)物是動(dòng)物界最原始、最低等的單細(xì)胞動(dòng)物之一,其數(shù)量巨大,種類繁多,分布范圍廣;淡水、海水和土壤中都有大量的原生動(dòng)物存在。土壤原生動(dòng)物泛指生活在土壤中和土壤覆蓋的凋謝物中的原生動(dòng)物。土壤原生動(dòng)物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分,在捕食細(xì)菌、參與土壤有機(jī)質(zhì)的分解、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化等方面起著重要作用。作為環(huán)境監(jiān)測(cè)的指示生物,土壤原生動(dòng)物有一些其他高等動(dòng)物不可代替的優(yōu)勢(shì):土壤原生動(dòng)物形體微小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,世代時(shí)間極為短暫和繁殖速度快等。在我國(guó),水生原生動(dòng)物已被廣泛應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)中,但土壤原生動(dòng)物作為土壤環(huán)境的指示生物的應(yīng)用卻較為少見(jiàn),相關(guān)研究也剛剛起步。Grif-fiths等對(duì)工業(yè)區(qū)土壤的檢測(cè)發(fā)現(xiàn),污染土壤中原生動(dòng)物的生物量很低,鞭毛蟲(chóng)的數(shù)量顯著(P<0.001)低于對(duì)照土壤。劉娜等研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)比較不同地區(qū)土壤原生動(dòng)物的群落相似性,污染土壤中原生動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化。馬正學(xué)等對(duì)廢水污染土壤及對(duì)照土壤中的原生動(dòng)物群落特征進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,廢水污染土壤原生動(dòng)物相對(duì)群落結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化,群落物種多樣性明顯下降。目前,國(guó)內(nèi)外土壤原生動(dòng)物對(duì)土壤污染的響應(yīng)研究主要集中在原生動(dòng)物種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量上的變化。系統(tǒng)化研究有機(jī)氯農(nóng)藥對(duì)原生動(dòng)物生態(tài)影響少。本研究在北京市官?gòu)d水庫(kù)畔某座廢棄農(nóng)藥廠區(qū)域布點(diǎn)采集了土壤樣品,測(cè)定了土壤樣品的基本理化性質(zhì),以及典型有機(jī)氯農(nóng)藥滴滴涕(DDTs)和六六六(HCHs)的殘留濃度,并測(cè)定了土壤樣品中原生動(dòng)物數(shù)量。在此基礎(chǔ)上,考察了有機(jī)氯農(nóng)藥殘留水平與原生動(dòng)物類群密度的相關(guān)關(guān)系,旨在探究污染場(chǎng)地土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥對(duì)原生動(dòng)物的抑制效應(yīng),為基于土壤原生動(dòng)物的監(jiān)測(cè)技術(shù)的深入研究提供參考。1材料和方法表面活性劑1.1樣品的采集和運(yùn)輸采樣區(qū)域?yàn)楸本┦泄購(gòu)d水庫(kù)畔一座廢棄的農(nóng)藥廠,同時(shí)在入注官?gòu)d水庫(kù)的洋河流域采集玉米地土壤作為背景對(duì)照。在農(nóng)藥廠區(qū)內(nèi)和農(nóng)藥廠周邊就不同方位和距離段布置采樣點(diǎn),采集了17個(gè)農(nóng)藥廠區(qū)域土壤樣品和3個(gè)洋河對(duì)照區(qū)土壤樣品。土壤樣品在采集和運(yùn)輸過(guò)程中,都保存在裝有冰袋的保溫箱中。一部分土壤樣品置于4℃冰箱中保存,用于測(cè)定土壤含水量和原生動(dòng)物數(shù)量,另一部分土壤樣品自然風(fēng)干后過(guò)2mm篩,用于有機(jī)氯農(nóng)藥殘留濃度和土壤理化性質(zhì)的測(cè)定。1.2元素分析儀器儀器:UV-1700型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(日本島津公司),HP6890型氣相色譜儀裝配有Ni電子捕獲檢測(cè)器(美國(guó)AgilentTechnologies公司),varioELIII元素分析儀(德國(guó)Elementar公司),RXZ型智能人工氣候箱(寧波江南儀器廠),YX-280型手提式蒸汽消菌器(江蘇江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司),XSZ-G型生物顯微鏡(重慶光學(xué)儀器廠)。試劑:瓊脂粉(生化試劑,日本進(jìn)口分裝),高氯酸(分析純,北京化學(xué)試劑公司),濃硫酸(分析純,北京化學(xué)試劑公司),二氯甲烷(農(nóng)殘級(jí),美國(guó)Dikma公司),正己烷(農(nóng)殘級(jí),美國(guó)Dikma公司)。1.3測(cè)定項(xiàng)目和方法土壤樣品的各項(xiàng)理化性質(zhì)的測(cè)定方法如下:含水量采用烘干稱重法測(cè)定;總碳(TC)和總氮(TN)采用元素分析儀測(cè)定;總磷(TP)采用高氯酸-濃硫酸消解法預(yù)處理后,再用鉬銻抗比色法測(cè)定;pH值采用酸度計(jì)測(cè)定,無(wú)CO2水浸提(水土比為2.5∶1)。有機(jī)氯農(nóng)藥DDTs和HCHs的濃度測(cè)定參考Hu等的方法。稱量3.0g風(fēng)干土壤,經(jīng)過(guò)正己烷和二氯甲烷混合液超聲振蕩提取、氟羅里硅土固相萃取小柱凈化、濃縮定容等一系列步驟后待測(cè);采用氣相色譜儀測(cè)定HCHs和DDTs的濃度。整個(gè)分析過(guò)程采用方法空白、基質(zhì)加標(biāo)和樣品平行樣等方法進(jìn)行質(zhì)控,HCHs和DDTs各異構(gòu)體的最低檢測(cè)限為0.05～0.20ng·g-1,回收率為73.3%～96.2%,重復(fù)樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于20%。原生動(dòng)物定量方法采用Stout和Singh的“3級(jí)10倍”環(huán)式稀釋法,稀釋倍數(shù)為102～104。接種原生動(dòng)物后的培養(yǎng)皿在(25±1)℃人工氣候箱培養(yǎng),光照黑暗周期為12h∶12h,光強(qiáng)大于3000lx。1.4組間差異性分析采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS13.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。用Shapiro-wilk法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn),當(dāng)P>0.05時(shí)說(shuō)明數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布,否則數(shù)據(jù)為非正態(tài)分布。當(dāng)數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布時(shí),組間差異性分析采用單因素方差分析(one-wayANOVA);當(dāng)數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布時(shí),利用非參數(shù)檢驗(yàn)(KruskalWallisTest)分析組間差異性。P>0.05、P<0.05和P<0.01分別表示差異性不顯著、顯著和極顯著。2結(jié)果結(jié)果2.1ddts和hchs濃度如表1所示,農(nóng)藥廠區(qū)域土壤中DDTs和HCHs的濃度遠(yuǎn)大于洋河對(duì)照區(qū)。經(jīng)非參數(shù)檢驗(yàn),2個(gè)區(qū)域DDTs和HCHs濃度差異顯著(DDTs:chi-square=7.286,P=0.007);HCHs:chi-square=4.293,P=0.038)。2.2非正態(tài)分布土壤的含水量、TC、TN、TP和pH值等理化性質(zhì)見(jiàn)表2。正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果顯示,TC含量(P=0.279)和含水量(P=0.260)服從正態(tài)分布,TN含量(P=0.000)、TP含量(P=0.000)和pH值(P=0.026)為非正態(tài)分布。經(jīng)非參數(shù)檢驗(yàn),與對(duì)照區(qū)域相比,農(nóng)藥廠區(qū)域土壤pH值(chi-square=3.437,P=0.064)、TN含量(chi-square=0.339,P=0.560)和TP含量(chi-square=3.431,P=0.064)差異性不顯著;經(jīng)單因素方差分析,農(nóng)藥廠區(qū)域與對(duì)照區(qū)的土壤中TC含量(F=3.363,P=0.083)和含水量(F=0.408,P=0.531)差異也不顯著。2.3個(gè)區(qū)域土壤原生動(dòng)物的物種組成特征如表3所示,農(nóng)藥廠區(qū)域土壤樣品中原生動(dòng)物的鞭毛蟲(chóng)比、肉足蟲(chóng)比和纖毛蟲(chóng)比的平均值分別為53.80%、39.48%和6.72%,洋河對(duì)照區(qū)土壤原生動(dòng)物鞭毛蟲(chóng)比、肉足蟲(chóng)比和纖毛蟲(chóng)比的平均值分別為63.11%、32.93%和3.95%,2個(gè)區(qū)域土壤原生動(dòng)物中,鞭毛蟲(chóng)和肉足蟲(chóng)都是優(yōu)勢(shì)類群,纖毛蟲(chóng)為稀有類群,這與寧應(yīng)之等的研究結(jié)果相似。此外,農(nóng)藥廠區(qū)域土壤中原生動(dòng)物的平均數(shù)量遠(yuǎn)小于洋河對(duì)照區(qū),2個(gè)區(qū)域土壤中的鞭毛蟲(chóng)(P=0.0)、纖毛蟲(chóng)(P=0.0)和肉足蟲(chóng)(P=0.0)的類群密度為非正態(tài)分布。經(jīng)非參數(shù)檢驗(yàn),與對(duì)照區(qū)相比,農(nóng)藥廠區(qū)域的鞭毛蟲(chóng)、肉足蟲(chóng)數(shù)量以及原生動(dòng)物總數(shù)量的差異顯著(鞭毛蟲(chóng)P=0.030,肉足蟲(chóng)P=0.050,原生動(dòng)物P=0.023),纖毛蟲(chóng)數(shù)量差異不顯著(P=0.151)。2.4肉足蟲(chóng)tn、tp含量與肉足蟲(chóng)數(shù)量的相關(guān)性對(duì)土壤樣品的各理化性質(zhì)數(shù)值與原生動(dòng)物數(shù)量進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果顯示,TN含量與鞭毛蟲(chóng)、纖毛蟲(chóng)和原生動(dòng)物數(shù)量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系,TP含量與肉足蟲(chóng)數(shù)量顯著正相關(guān)(見(jiàn)表4)。2.5土壤微生物種p農(nóng)藥廠區(qū)域土壤中原生動(dòng)物的數(shù)量遠(yuǎn)小于洋河對(duì)照區(qū)(見(jiàn)圖1),且對(duì)兩個(gè)區(qū)域鞭毛蟲(chóng)、肉足蟲(chóng)、纖毛蟲(chóng)和原生動(dòng)物數(shù)量進(jìn)行差異性分析,經(jīng)Shapiro-wilk檢驗(yàn),農(nóng)藥廠區(qū)域和洋河對(duì)照區(qū)土壤中的鞭毛蟲(chóng)(P=0.000)、纖毛蟲(chóng)(P=0.000)、肉足蟲(chóng)(P=0.000)種群密度為非正態(tài)分布。采用非參數(shù)檢驗(yàn)得到:農(nóng)藥廠區(qū)域與洋河對(duì)照區(qū)的鞭毛蟲(chóng)、肉足蟲(chóng)以及原生動(dòng)物數(shù)量之間的差異達(dá)到顯著水平(鞭毛蟲(chóng)P=0.030,肉足蟲(chóng)P=0.050,原生動(dòng)物P=0.023),纖毛蟲(chóng)數(shù)量之間的差異不顯著(P=0.151)。3污染場(chǎng)地中有機(jī)氯污染物的殘留對(duì)原生動(dòng)物的影響水生原生動(dòng)物作為指示生物已廣泛應(yīng)用于水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)的相關(guān)研究中,但土壤原生動(dòng)物在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用仍存在許多困難:土壤原生動(dòng)物種類多,鑒定困難;數(shù)量大,計(jì)數(shù)費(fèi)時(shí);土壤中大部分的原生動(dòng)物種群還未被認(rèn)識(shí),目前已知的土壤原生動(dòng)物種類僅占實(shí)際種類的20%～30%,這大大制約了土壤原生動(dòng)物在生態(tài)毒理診斷中的應(yīng)用。目前,國(guó)內(nèi)外有關(guān)有機(jī)氯類污染物對(duì)土壤原生動(dòng)物毒性效應(yīng)的研究比較零散。Macrae等在研究殺蟲(chóng)劑林丹和DDTs對(duì)土壤原生動(dòng)物數(shù)量的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),林丹和DDTs(5～50mg·L-1)對(duì)土壤原生動(dòng)物均產(chǎn)生了抑制效應(yīng),且DDTs的長(zhǎng)期抑制效應(yīng)比林丹更明顯。Fuller等考察了三氯苯和甲苯混合污染物對(duì)原生動(dòng)物的影響,研究發(fā)現(xiàn),單一污染物暴露時(shí),鞭毛蟲(chóng)對(duì)三氯苯的毒性較甲苯更為敏感,混合污染物表現(xiàn)出拮抗作用。Wiger研究發(fā)現(xiàn),即使低濃度的HCHs(2.5mg·L-1)也會(huì)導(dǎo)致纖毛蟲(chóng)形狀改變,并明顯抑制其體內(nèi)DNA、RNA和蛋白質(zhì)的合成。Petz等研究了林丹對(duì)云杉林土壤原生動(dòng)物的影響,標(biāo)準(zhǔn)劑量(0.096g·m-2)的林丹對(duì)纖毛蟲(chóng)產(chǎn)生了急性毒性,其數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)在90d后明顯改變;含高劑量(6g·m-2)的林丹土壤中,90d后一些物種數(shù)量增加,而原有優(yōu)勢(shì)種滅絕;不同劑量林丹的毒性效應(yīng)有明顯差異,且纖毛蟲(chóng)相對(duì)于有殼變形蟲(chóng)對(duì)林丹更加敏感。這些研究結(jié)果均表明,土壤原生動(dòng)物對(duì)有機(jī)氯污染物有比較明顯的響應(yīng)。污染場(chǎng)地中有機(jī)氯污染物對(duì)土壤原生動(dòng)物影響的相關(guān)研究難以深入的主要原因在于土壤原生動(dòng)物非常容易受到土壤理化性質(zhì)等環(huán)境因子的影響。寧應(yīng)之等研究發(fā)現(xiàn),在一定范圍內(nèi),含水量、溫度和pH值越高,土壤原生動(dòng)物數(shù)量越大;馮偉松等對(duì)南極菲爾德斯半島地區(qū)的土壤原生動(dòng)物進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),土壤原生動(dòng)物的數(shù)量與土壤含水量正相關(guān),與土壤有機(jī)質(zhì)、TN和TP含量均呈極顯著或顯著正相關(guān)。本研究結(jié)果顯示,土壤中的TN含量對(duì)鞭毛蟲(chóng)、肉足蟲(chóng)數(shù)量和原生動(dòng)物總數(shù)存在顯著正相關(guān)關(guān)系,TP含量與肉足蟲(chóng)數(shù)量也呈顯著正相關(guān),即TN和TP含量是影響土壤原生動(dòng)物數(shù)量的主要顯著因素。本研究組在前期開(kāi)展了有機(jī)氯農(nóng)藥對(duì)土壤原生動(dòng)物的劑量-效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn),在受控模擬實(shí)驗(yàn)中,可保證在其他環(huán)境因子一致的情況下,分析土壤有機(jī)氯農(nóng)藥的暴露濃度和暴露時(shí)間對(duì)土壤原生動(dòng)物的影響。研究發(fā)現(xiàn),含不同濃度DDTs和HCHs(1.00、10.00和50.00mg·kg