溶解性有机质对土壤中典型有机污染物迁移转化的影响

付高阳，谯　华，彭　伟，杨　昊，郝全龙

(后勤工程学院国防建筑规划与环境工程系，重庆 401311)



溶解性有机质对土壤中典型有机污染物迁移转化的影响

付高阳，谯华，彭伟，杨昊，郝全龙

(后勤工程学院国防建筑规划与环境工程系，重庆 401311)

摘要：溶解性有机质(DOM)对土壤中有机物的行为有重要影响。概述了DOM的定义、来源和分类，归纳了DOM对典型有机污染物如氯代有机物、多环芳烃、硝基化合物和其它有机污染物(如激素、农药等)在土壤中迁移转化的影响，从机理方面对DOM与有机污染物的相互作用进行了解释，并提出了今后的研究方向。

关键词：溶解性有机质(DOM)；土壤有机污染物；迁移转化

随着人口数量的激增和工业现代化的全面推进，大量有机污染物进入土壤环境造成了严重污染。其中，比较典型的化合物如氯代有机物、多环芳烃(PAHs)和硝基化合物等因具有“三致”作用导致其在土壤中的迁移转化备受关注。溶解性有机质(dissolvedorganicmatter，DOM)在自然界中含量丰富，在土壤环境和水体环境中所占比例较大[1]。DOM分子量大小不恒定，小分子DOM可以小至几百道尔顿，而大分子DOM则可以达到几万道尔顿。DOM结构中含有多种活性官能团(如酚基、羟基、羰基、硫醇基等)使其性质活泼，可与土壤中的有机物发生大量的物理化学反应，从而影响有机物在土壤中的行为。同时它是天然的两性分子，离子中同时具有亲水和疏水两种组分[2]。研究表明，在有机污染土壤中添加DOM可以改变污染物在土壤中的迁移转化能力[3-6]。基于此，作者简述了DOM的定义、来源和分类，并就DOM对土壤中典型有机污染物迁移转化的影响进行重点阐释，以期为有机污染土壤治理研究提供新视野。

1DOM概述

1.1DOM的定义

DOM是指能溶解于水溶液的有机物，是根据DOM的提取方法总结出的操作定义。DOM的提取方法一般为：首先用纯水浸泡有机物料，然后置于摇床振荡一定时间，最后将液体经0.45μm滤膜过滤。DOM是许多大分子(酶、多酚、腐殖质等)和小分子(有机酸、碳水化合物和游离氨基酸等)的有机混合物，通常也称作水溶性有机质[7]。

1.2DOM的来源与分类

DOM一般来源于以下两方面：一方面是土壤环境或水体环境内部有机质的形成，主要是土壤母质风化和水体光合作用过程中形成的各类有机物质；另一方面是外部有机质输入到环境中，主要有动植物残体、根系分泌物、城市污泥、人畜粪污、稻秆堆肥、有机废弃物等[8]。

目前，对DOM还缺乏统一的分类标准，常见的分类方法有3种：第一种是组分法，即根据DOM包含的组分按蛋白质、游离氨基酸、糖类、酚和脂等进行分类；第二种是粒径法，即根据DOM分子量大小分为<6 000Da、6 000～14 000Da和>14 000Da几类，其中小分子DOM主要包括脂肪酸、氨基酸等，大分子DOM主要为富里酸等；第三种是树脂法，即根据DOM吸附特性的不同将DOM通过XAD树脂分为酸性亲水有机质(HPIA)、酸性疏水有机质(HPOA)、碱性亲水有机质(HPIB)、碱性疏水有机质(HPOB)、中性亲水有机质(HPIN)和中性疏水有机质(HPON)等6类[9]。

2DOM对典型有机污染物迁移转化的影响

重点关注和控制的典型土壤有机污染物主要有氯代有机物、多环芳烃和硝基化合物等。DOM对这些污染物在土壤中的迁移转化有着较大的影响。

2.1对氯代有机物在土壤中迁移转化的影响

2.2对多环芳烃在土壤中迁移转化的影响

多环芳烃(PAHs)是分子中含有2个以上苯环的碳氢化合物。迄今为止，已发现的PAHs达200余种，其中较为常见的有萘、蒽、菲、芘等。PAHs是一类典型的持久性有机污染物，也是环境中主要致癌物质之一[13]。研究发现，DOM可以促进土壤中PAHs的迁移转化[14-15]。Yu等[16]研究表明，从土壤或堆肥中提取的DOM可促进PAHs在土壤中的解吸，提高其在土壤溶液中的表观溶解度，增强其迁移能力。Smith等[17]在研究PAHs污染土壤时发现，当有溶解性有机碳(dissolved organic carbon，DOC)存在时，菲、芘等5种PAHs从非水相液体向水相扩散的传质速率可提高3倍。韦婧等[18]研究了溶解性富里酸(fulvic dissolved organic matter，FDOM)对土壤中PAHs迁移转化的影响，结果表明，在FDOM持续淋溶条件下，菲、芘和苯并[a]芘等物质在淋出液中的浓度明显提高，说明FDOM提高了其在土壤中的迁移能力。唐东民等[19]在芘污染土壤中加入秸秆腐殖化产生的DOM，结果发现，秸秆DOM能促进芘在土壤中的迁移，且促进作用随着秸秆腐殖化时间的延长而增强。

2.3对硝基化合物在土壤中迁移转化的影响

硝基化合物是烃分子中的氢原子被硝基(-NO2)取代后生成的衍生物。硝基化合物普遍存在一定的毒性，TNT等生物毒性较强的硝基化合物还会诱发癌症[20-21]。目前，关于DOM对土壤中硝基化合物迁移转化影响的研究较少。李恒等[22]在研究腐殖质修复TNT污染土壤时发现，DOM对TNT存在 “空穴”吸附，可以降低其在土壤中的迁移能力。郝全龙[23]在TNT土柱淋溶实验中加入FDOM，发现，当FDOM含量高于5%时，FDOM对TNT在土壤中的迁移起到较好的抑制作用。孟瑞红等[24]在研究2，4-二硝基甲苯在黑土上的吸附时发现，DOM对2，4-二硝基甲苯的吸附能力较强，抑制了其在黑土中的迁移。

2.4对其它有机物在土壤中迁移转化的影响

DOM对土壤中其它有机物的迁移转化也有影响。针对激素和药物类有机物，Stumpe等[25]研究了DOM对土壤中雌激素迁移转化的影响，发现DOM能促进雌激素的迁移。周坤等[26]在研究DOM对雌二醇(E2)降解的影响时发现，在E2单一污染体系中，DOM明显促进了E2的降解。吴沙沙等[27]以可溶性腐殖酸(DHA)作为DOM的替代目标物，研究了高岭土对诺氟沙星的吸附作用，结果表明，DHA对诺氟沙星具有增溶作用，可促进其在土壤中的迁移。针对农药类有机物，马爱军等[28]在除草剂草萘胺污染的黄棕壤中加入DOM，研究其对草萘胺在土壤中迁移转化的影响。结果表明，加入DOM后，草萘胺在黄棕壤上的吸附减少，迁移能力明显增强。高鹏等[29]在研究DOM与甲草胺类农药的作用时发现，DOM可以通过-COOH、-COOR等基团与土壤中有机质发生氢键结合，从而降低甲草胺类农药在土壤中的迁移能力。

DOM对土壤中有机污染物的迁移转化有着不同程度的影响，其影响方式与有机污染物种类、土壤性质以及DOM自身特性等有关。其中DOM影响因素是人为可控的，对研究DOM修复有机污染土壤的作用机理以及实际应用有较好的指导意义。

3DOM与有机污染物的作用机理

在土壤有机质环境中，DOM由于其活跃的理化性质而被认为是非常重要的组分之一[30]，其与有机物结合机理众多，主要包括氢键结合、配体交换、疏水粒子分配、共价结合、螯合、π键作用、电子转移等[31-33]。在有机物和DOM结合过程中，并不是所有的机理都会同时发生，一般情况下是多种机理并存，这与土壤环境和有机物本身性质有关，这也是DOM对同类有机物在土壤中的迁移转化影响方向不尽相同的原因。

4结语

DOM对土壤中有机污染物的迁移转化有着不同程度的影响且影响机理不同，主要取决于有机污染物种类、土壤性质以及DOM自身特性。目前，DOM对有机物迁移转化影响的研究大多针对单一污染物。而土壤的有机污染基本上为复合污染体系，加之土壤类型及性质的差异，因此有必要对DOM影响不同类型土壤中多种有机污染物迁移转化的程度、机理等进行深入的研究，以便为有机污染土壤的修复提供更好的理论依据。

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基金项目：总后勤部基建营房部科研项目(CY112C017)，浙江省固体废物处理与资源化重点实验室开放课题(SWTR-2012-04)

收稿日期：2016-03-16

作者简介：付高阳(1992-)，男，山西忻州人，硕士研究生，研究方向：土壤污染与修复，E-mail：550837320@qq.com；通讯作者：谯华，博士，副教授，E-mail：huwangqiao@163.com。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.07.015

中图分类号：X 53

文献标识码：A

文章编号：1672-5425(2016)07-0061-03

Effect of Dissolved Organic Matters on Migration and Transformation of Typical Organic Pollutants in Soil

FU Gao-yang,QIAO Hua,PENG Wei,YANG Hao,HAO Quan-long

(DepartmentofNationalDefenceArchitecturePlanningandEnvironmentalEngineering,LogisticEngineeringUniversityofPLA,Chongqing401311,China)

Abstract：Dissolved organic matter(DOM) has an important influence on the behavior of organic compounds in soil.The definition,source and classification of DOM are outlined.Effects of DOM on migration and transformation of typical organic pollutants,such as chlorinated organic compounds,polycyclic aromatic hydrocarbons,nitro compounds and other organic pollutants,such as hormone or pesticide,are summarized.The interaction mechanism of DOM and organic pollutants is explained and the directions for future research are pointed out.

Keywords：dissolved organic matter(DOM)；organic pollutants in soil；migration and transformation

付高阳，谯华，彭伟，等.溶解性有机质对土壤中典型有机污染物迁移转化的影响[J].化学与生物工程，2016，33(7)：61-63，67.