菜地污染及防治研究
前言：本站为你精心整理了菜地污染及防治研究范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。
本文作者：何丽芝1,2陆扣萍1,2秦华1,2王海龙1,2作者单位：1.浙江农林大学环境与资源学院2.浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室
近年来，国内学者对我国设施菜地土壤中的PAEs污染情况进行了调查，结果表明，我国设施菜地土壤普遍受到不同程度的PAEs污染。对珠江三角洲地区(广州、花都、增城、珠海、东莞、中山)的典型蔬菜基地进行毒性有机污染物的调查采样，结果表明，土壤中有机污染物含量均以PAEs含量最高，美国环保局优先控制的6种PAEs化合物总含量为3．00～45．67mg/kg［16］。对杭州地区蔬菜基地的调查显示，设施菜地土壤中PAEs总量为1．90～4．36mg/kg［17］。在我国重要的蔬菜基地山东地区，寿光设施菜地土壤PAEs总含量为7．35～33．39mg/kg，其中DEHP含量为1．86～25．12mg/kg，DBP含量为2．27～20．54mg/kg［18］，济南设施菜地中DBP和DEHP含量分别为3．6、3．4mg/kg［19］。东北地区的哈尔滨菜地中，PAEs平均含量为4．67mg/kg［20］，鸡西的蔬菜基地土壤中DBP和DEHP含量分别高达16．12、14．66mg/kg［21］。因为我国尚未制定相关标准，目前我国土壤PAEs的控制一般参考美国土壤PAEs化合物控制标准，即土壤中DMP、DEP、DBP、BBP、DEHP、DOP的控制标准分别为0．02、0．07、0．08、1．22、0．44、1．20mg/kg［22］。一系列数据表明，我国设施菜地土壤的PAEs污染水平已经远远超过相关标准，保障设施菜地的土壤环境事关农产品质量和人体健康，事关经济社会发展和国家生态安全，对其进行研究治理已经迫在眉睫。
土壤中PAEs的分布规律
1纵向分布规律
PAEs的纵向分布受土壤颗粒、土壤吸附系数、PAEs挥发度、污水和污泥农用以及化肥的施用程度的影响，研究其纵向分布可以为受污染土壤的修复提供理论依据。我国大部分设施菜地土壤中PAEs分布深度为0～40cm，由于不同种类PAEs其物理和化学性质存在差异，其在土壤剖面上的分布状况也各不相同。一般情况下，DEHP、DnOP等长链PAEs挥发度低，降解速率慢，土壤中含量较高，而DMP、DEP等短链PAEs在土壤中的含量则相对较低［23］。而DEP和DnBP含量则随土层的加深呈现先增加后降低的趋势，这与其较易溶于水和土壤吸附系数小有关。但是，PAEs总量随土壤深度的增加而降低，在40cm以下的土壤中PAEs几乎难以检出［24］。
2横向分布规律
PAEs的横向分布主要受人为活动、大气污染物的沉降以及水体迁移等因素影响。如对台州受电子废弃拆卸区污染的表层土壤调查表明，在0．1、1、100km范围内PAEs的平均含量从23．24降到1．33mg/kg［25］;对广州海珠地区土壤中PAEs含量进行检测，结果表明，大气沉降为土壤中PAEs的主要污染源，且随着距市区距离的增加，PAEs含量逐步降低［26］;北京土壤中PAEs含量的检测表明，越远离市区、污水、污泥和地膜等污染源的地区，土壤中PAEs含量就越低［27］，这说明PAEs含量随污染源距离的增加而降低。
3季节分布规律
王明林等［22］认为，夏季由于气温升高，蔬菜大棚通风的次数增加，导致空气中PAEs含量降低，从而导致土壤吸附的PAEs含量降低;相反，在越冬生长季节，设施菜地土壤中PAEs的含量较高。Liu等［28］的研究表明，由于冬季微生物活动减慢，以及耕种减少导致土壤中PAEs含量较夏季高，且PAEs种类复杂多变。同时，安琼等［29］的研究也表明，低温会导致土壤中PAEs的持留时间增加。
4时间分布规律
由于地膜中酞酸酯类化合物释放缓慢，且释放量逐渐增加，但释放速度远大于作物的吸收速度，且随着蔬菜生育周期的延长，土壤中DBP和DEHP含量会显著升高［30］，在一定时间内土壤中PAEs的含量随时间呈增加趋势。但是，随着时间的推移，土壤中PAEs的总量会受自身挥发以及生物降解的影响，导致土壤中PAEs含量发生复杂变化。另外，设施菜地土壤中PAEs的含量与分布特征还受PAEs自身溶解度、挥发性、所用棚膜的类型等多种不确定因素的影响，导致PAEs在土壤环境中的迁移十分复杂，增加了防治和修复土壤污染的难度。
设施菜地PAEs的污染成因及分类
土壤由于具有较强的吸附能力而成为环境中PAEs的储存库和中转站，对PAEs的时空分布和地球化学循环过程起着非常重要的作用。设施菜地土壤中PAEs主要源于人为因素，如大棚和地膜覆盖、污水灌溉、施用城市污泥和含PAEs的化肥等途径，这些因素均导致了PAEs在设施菜地土壤中的残留量逐步增加，进而影响到蔬菜中PAEs的浓度水平。认识并区分土壤中PAEs的来源、定向控制污染源以及制定对应的环境保护政策，是土壤污染控制研究领域重点研究的内容之一，也可为指导设施农业生产过程中酞酸酯污染的防治提供科学依据。
1大棚和地膜
近年来我国设施蔬菜发展迅速，设施面积跃居世界第一，设施蔬菜产量也日益提高［31］。设施蔬菜在带来巨大经济效益的同时，也带来了严峻的环境污染问题。由于设施蔬菜栽培所用的大棚和地膜中的PAEs在塑料中呈游离状态，彼此之间仅通过氢键或范德华力连接，保留了各自相对独立的化学性质［32］，因此随着使用时间的推移，PAEs不断释放并最终进入土壤。陈永山等［17］对杭州附近的蔬菜大棚基地土壤和残留农膜进行分析，结果表明，该地区土壤存在一定程度的PAEs污染，且土壤和农膜中PAEs含量显著正相关，说明长期农膜覆盖导致土壤中PAEs含量相对较高;赵胜利等［33］对珠江三角洲地区土壤的PAEs污染情况的研究发现，由于菜园土壤农膜使用量大于果园，菜园土壤中的PAEs平均含量比果园高37%左右;刘玲玲等［34］对天津郊区的大田、撂荒地、菜地、果园土壤分别进行PAEs检测，结果表明，由于菜地更多的使用大棚和农膜导致其PAEs含量最高，总量达0．05～1．66mg/kg。调查显示，目前我国棚膜和地膜残留量较高，以常德武陵区东郊乡蔬菜基地为例，其棚膜和地膜残留分别高达18．30和46．78kg/hm2［35］，而且地膜残留量随使用年限的增加而增加［36］。因此，大棚和地膜在土壤中的残留是土壤中PAEs污染的主要途径之一。
2污灌和城市污泥
把污水作为灌溉水源来利用是一项古老的技术，始于1956年，发展迅猛，在一定程度上缓解了我国的水资源短缺，起到了可观的水肥效应［37］，对保障粮食生产起到了重要作用。但是，目前我国污灌水质缺乏有效监管，大量未经处理的污水直接应用于农田灌溉，是造成土壤中PAEs含量过高的重要原因。杜斌等［38］对太原市污灌土壤进行GC/MS检测，证明污灌是污染土壤PAEs的一个重要来源。赵振华等［39］研究表明，北京污灌区菜地土壤中Dn-BP和DEHP的含量分别为其对照区土壤的54和73倍。蔡全英等［16］发现，由于使用含PAEs的污水灌溉，联兴蔬菜基地土壤中PAEs的含量较其他土壤高。城市污泥由于其含有丰富的氮、磷、钾和有机质等养分，而被广泛用于农业生产。我国城市污泥农用刚刚起步，许多处理不到位，导致城市污泥中含有未完全处理的PAEs污染物。如Ma等［40］对台湾城市污泥中的PAEs含量进行了分析，结果表明，DBP、DEHP和BBP浓度分别为718、41和8mg/kg(干污泥);莫测辉等［41］应用GC/MS对我国内地和香港11个城市污泥中的6种U．S．EPA优控的PAEs进行了研究，结果表明，各城市污泥中PAEs的总含量为10．47～114．17mg/kg，多数为20．00mg/kg左右。已有研究表明，城市污泥作为有机肥施用后会导致土壤中的PAEs含量升高［42－43］，从而导致菠菜和萝卜中PAEs的累积［42，44］，进而影响农产品品质，危害人类身体健康。
3化肥的施用
化肥是农业生产中不可缺少的生产资料，莫测辉等［45］研究了21种常用肥料，结果表明，邻苯二甲酸酯类化合物总量是同类肥料中有机污染物检出率最高的，含量约0．20mg/kg，最高可达3．00mg/kg。施用此类含有PAEs化合物的肥料时，肥料中的PAEs化合物大部分将直接进入土壤，导致土壤中PAEs的累积。Zorníková等［46］证明，施用肥料最多的土壤中PAEs含量最高。蔡全英等［47］利用水稻土进行盆栽试验，对种植的通菜施用化肥，结果也证明了施肥会造成通菜中PAEs总量不同程度的提高。
设施菜地PAEs污染防治对策
1设施菜地PAEs污染的预防
大多数设施菜地都位于城市近郊，有些因为城市的扩建甚至扩展到了城市的边缘，城市郊区排放的“三废”易造成蔬菜基地的土壤污染。远离城市工业区，控制和消除“三废”排放，避免污灌和城市污泥的使用，合理施用化肥和有机肥料是减少PAEs进入土壤，控制土壤PAEs含量的重要措施。同时，寻求新的设施菜地配套设施，减少含PAEs类增塑剂塑料的使用，降低设施菜地农膜残留量以及提高单位面积设施蔬菜产量，也将是今后减少土壤酞酸酯污染的重要发展方向。
2PAEs污染土壤的治理
（1）菌株降解。张建等［48］从土壤中筛选到DEHP的降解菌株，并研究了其对土壤中PAEs的降解规律，指出其降解速率可以用一级动力学方程描述。微生物对土壤中的PAEs的降解起主要作用，且碳链越短降解效果越好，降解速率越快;污染物浓度越高，污染物降解需要的时间越长。秦华等［49］研究了降解菌与菌根真菌联合接种对土壤DEHP降解率的影响，发现在试验期内，联合接种能显著提高土壤DEHP的降解率。
（2）施加污泥降解。Yuan等［50］研究表明，在土壤中添加污泥可以促进PAEs的降解，且污泥的颗粒度越小对PAEs的降解速率越大，同时证明Rhodococcussp．和Microbacteriumsp．在PAEs的微生物降解中发挥着主要作用。针对典型热带土壤的研究表明，使用淤浆－驯化微生物反应器治理受DEHP污染的土壤，可以在49d内使浓度为100mg/kg的DEHP移除率达99%［51］。
（3）施加堆肥降解。目前，利用在污染土壤中添加堆肥降解有机污染物如PAHs已有很多研究，污染土壤中添加腐熟堆肥混合堆制对受污染土壤的治理效果良好。如方云等［52］人研究了污染土壤中PAHs在堆肥法修复过程的降解动力学以及PAHs污染土壤的修复效果，并证明冬季采用1号堆肥(土壤∶猪粪∶锯末=1∶1∶1)PAHs降解效果最好。这种方法对PAEs同样适用，使用堆肥可以为微生物提供能量，从而促进PAEs的降解［53］。Chang等［54］证明，在土壤中添加稻草堆肥，可以增加微生物种群数量，从而加大土壤中PAEs的降解速率。
展望
我国土壤尤其是设施菜地土壤存在着严重的PAEs污染问题，亟待我们去解决，寻找新型有效的防治方法对提高农产品品质，保障食品安全以及建设生态环保社会均具有十分重要的意义。目前，国内在PAEs对农产品品质、土壤化学物理性质、土壤微生物生态的影响以及PAEs的毒理研究等方面已经取得了重要的研究成果［55－57］，今后将重点加强以下几个方面的研究。
1进一步加强我国设施菜地土壤PAEs污染现状调查
我国幅员辽阔，化合物来源和蔬菜基地经营模式以及周围的环境各不相同，不同城市蔬菜基地所受到的PAEs化合物污染的种类不同，从而导致PAEs的分布差异非常大。因此，需要进一步加强设施菜地土壤PAEs污染现状的调查研究，特别是针对不同城市PAEs的污染源头、传播途径以及土壤、水体环境等进行精准调查，为制定相应的污染防控措施提供重要的理论依据。
2多技术联合提高PAEs田间降解率
多技术联合提高PAEs田间降解率为改善生态环境质量和保障农产品质量安全，促进我国土壤修复技术的产业化发展提供了重要的理论依据和技术支持，对建设生态社会具有十分重要的意义。目前，有关于PAEs的降解技术主要集中在生物降解，且只是停留在实验室研究，大田土壤中PAEs的治理缺乏行之有效的方法。
3制定农产品的PAEs污染控制标准
目前，我国尚未制订土壤及农产品的PAEs控制标准，大多是套用欧盟或EPA标准，不完全适用于我国的实际情况，因此在控制过程中难以准确把握。因此，基于国外在农产品的PAEs污染控制管理法规和政策，建立一套适合当前我国国情的、具有可操作性的控制土壤及农产品中PAEs污染的管理方案，已经成为当前我国构建PAEs污染环境安全管理体系及制定相关管理政策亟需完成的重要工作。
