阿特拉津在东北冻融土壤中的吸附降解行为研究

摘要

阿特拉津是我国应用最为广泛的玉米田除草剂之一，多年的大量使用已造成了严重的环境污染，东北地区是我国重要的农业基地，阿特拉津的施用量尤其广泛。阿特拉津的三氮苯结构稳定，不易被微生物降解，在土壤中残留期长，对生态农业以及自然环境造成了严重危害，通过生物循环进入人体，危害人类健康。因此本文选取东北地区作为实验背景，采集黑龙江农科院试验田的黑土样品，测定土壤的理化性质，研究阿特拉津在黑土中的吸附迁移和降解特性，并运用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对阿特拉津降解菌进行了分离鉴定。
　　首先探究黑土对阿特拉津的吸附作用，考察了温度、pH、离子强度等环境因子对吸附作用的影响，用Freundlich方程和Langmuir方程对吸附结果进行拟合。经分析，Freundlich方程对各温度下的吸附等温线拟合后R2＞0.99，而Langmuir方程拟合后R2在0.81-0.93之间，因此判定Freundlich能更好的描述阿特拉津的吸附过程，20℃时Freundlich常数Kf=2.98，并且温度越高Kf越小，说明土壤对阿特拉津吸附量较小。其次对吸附前后的土壤进行了X射线衍射(XRD)和傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)分析表征，分析了土壤对阿特拉津吸附的内在机制，根据FTIR谱图中3620、3449、1632和1030 cm-1等特征吸收峰可以得知黑土土壤属于蒙脱石型粘土矿物;结合XRD谱图分析，高岭石和蒙脱石参与了对阿特拉津的吸附，但是吸附量很小。通过吸附热力学分析，计算得25℃时⊿G=-3.03 kJ/mol，⊿H=-26.91 kJ/mol，⊿S=-81.52 J/(K·mol)，由此证明土壤对阿特拉津的吸附为自发进行的放热过程，且熵是减小的，升高温度不利于吸附的进行。同时吸附动力学实验结果表明快速吸附8h即可完成，达到吸附平衡所需时间约70 h，液相浓度为20 mg/L时的平衡吸附量为24.45 mg/kg。
　　降解实验结果表明光照对阿特拉津降解无促进作用，光照和黑暗条件下t1/2均为9.6d;添加营养源可以微弱促进阿特拉津降解，添加与不添加时的t1/2分别为8.7d和9.2 d;未灭菌组t1/2低于灭菌组，说明微生物起到了一定的降解作用。降解动力学分析得知其降解符合一级动力学方程(R2＞0.99)，阿特拉津半衰期为8.7-10.5 d。用液相色谱-质谱联用(LC-MS)对降解产物进行分析检测，发现降解的主要产物有脱异丙基阿特拉津（DIA）、羟基阿特拉津（HA）和脱乙基脱异丙基阿特拉津（DEDIA）等，其中DEDIA非常稳定，其含量随着时间推移变化很小。对土壤中微生物进行PCR-DGGE分析发现光照组和黑暗组之间的微生物群落结构有一定区别，各实验组微生物群落多样性较为丰富;并分离鉴定出了阿特拉津优势降解菌，经分析分别属于假单胞杆菌、芽孢杆菌。