土壤中有机氯的来源及潜在风险分析

李睿静

（佛山市生态环境局，广东 佛山 528000）

引言

有机氯农药，特别是滴滴涕(DDTs)和六六六是一类主要的持久性有机污染物，因其杀虫作用而为世界粮食生产做出了巨大贡献。但是其稳定的化学性质，使其在环境中可持久残留，也可通过各种途径进入水环境、沉积物及在生物体内富集。研究表明，这类化合物大多数具有致癌及致畸效应，对人类和生态系统具有潜在危害，是世界公认的全球性环境公害。所以研究土壤中有机氯的来源和分布，可为土壤食物链传递中的人体暴露风险评估提供科学依据。

1 有机氯的特性和分类以及迁移行为

1.1 有机氯的特性和分类

有机氯是一类含有碳-氯化学键的有机化合物，具有高挥发性、低沸点等物理特性。在常温下多为无色及微黄色液体或固体，可溶于脂类、脂肪和有机溶剂，且具有毒性，对生物体具有潜在的危害。有机氯化合物在环境中具有较高的稳定性和生物积累性，容易长期存在于土壤、水体以及生物体内。敌敌畏、滴滴涕、六六六等[1]含有机氯的农药十分常见且被广泛使用；氯乙烯、三氯乙烯以及有机氯化合物如二噁英和多氯联苯等是一些工业化学合成过程产生的副产物；一些自然产生的有机化合物，如植物叶片表面的蜡质和真菌的代谢产物，也可能含有有机氯。

1.2 有机氯的迁移行为

有机氯化合物可以溶解于水和土壤中，也可以通过在有机物颗粒表面进行吸附从而分布到土壤中。同时，有机氯也可以以挥发的形式从土壤或水体中释放到大气中去，这是由于有机氯化合物的挥发性较高所致。

有机氯化合物可以长期滞留于各种生物体内，这是由于有机氯化合物在生物界具有一定的稳定性和生物效应，它们可以被生物体吸收并在其体内逐渐富集。有机氯化合物在环境中的分布和迁移行为是一个复杂的过程，在水体和土壤中通过溶解、吸附、挥发、生物富集和生物降解等方式进行迁移。这些过程的相对重要性取决于有机氯化合物的性质以及环境条件。

2 土壤中有机氯的来源

2.1 农药使用和农田污染

农药使用和农田污染是有机氯扩散的重要原因。农药在农业生产中被广泛使用，这些农药通常含有有机氯化合物。当这些农药在农田中使用时，它们可能通过喷洒、灌溉或者施肥等方式进入土壤和水体中。农田污染是指农业生产活动引起的土壤和水体的污染现象。在农业生产过程中，农药可能会留在土壤中并逐渐积累。有机氯类农药在土壤中具有持久性和不易降解的特性，因此它们可以长期存在于土壤中，并随着时间逐渐扩散推移到周围的环境介质中，如地下水、河流、湖泊等。有机氯类农药可以通过多种途径扩散到环境中，当其附着在土壤颗粒上时，会发生土壤侵蚀，还会随着水流被冲刷到河流或湖泊中去，从而导致农药的扩散。农作物喷洒或灌溉时，有机氯农药可能会渗漏到土壤中，并通过土壤孔隙随土壤水分迁移至地下水。农田中的有机氯农药可能会随着雨水流入下游的河流及湖泊中，进而导致农药的扩散。同时有机氯也可通过蒸发或气溶胶粉尘的形式进入大气中，并通过气态到凝结态的过程降落到土壤和水体中。

2.2 工业废物和排放物

工业污染产生的排放物可以通过多种方式造成有机氯的污染和扩散，许多工业生产过程中会使用含氯化合物作为原料或辅助材料，例如，氯化有机溶剂、含氯塑料的生产和废弃物处理过程中的废气和废水都可以成为有机氯的来源。燃烧化石燃料（如煤、石油和天然气）会产生氯化物，这些氯化物可以通过废气和灰渣的排放进入大气中，然后通过降水沉淀到土壤和水体中。许多工业生产过程中产生的废水含有有机氯化合物，例如含氯溶剂和化学品的废水。这些废水在排放之前可能经过处理，但仍有可能导致有机氯的污染和扩散。工业废弃物中可能含有有机氯化合物，如废弃的溶剂和化学品，如果这些废弃物没有得到正确处理，它们可能会渗入土壤和水体中，导致有机氯的污染。

2.3 污水和生活废物

污水和生活废物如果处理或排放方式不当，就会导致有机氯的污染和扩散。例如，某些清洁剂、药物含有有机氯化合物，它们经过使用后会通过废水排放到环境中。这些有机氯化合物在水体中分解缓慢，因此可以在一定程度上造成环境污染。在一些污水处理厂中，废水可能没有得到彻底以及有效的处理，特别是对于有机氯化合物的去除效果可能不理想，这些未去除的有机氯化合物可能会被排放到水体中，导致有机氯的污染和扩散。废水和生活废物中的有机氯化合物也可以通过土壤吸附和沉积物积累的方式造成污染且可以在土壤中长期存在，并慢慢释放到地下水或其他水体中。有机氯化合物具有生物蓄积的特性，可以在生物体内积累和富集。当生物体摄入受有机氯化合物污染的水或食物时，有机氯化合物就会进入生物体内，并通过食物链进行传递。这样，一旦生态系统中存在有机氯化合物污染，它们就可能被迅速传递和扩散。

3 土壤中有机氯的分布和分解

3.1 土壤环境对有机氯分布的影响

土壤环境可以影响有机氯化合物的分布，例如土壤的pH值可以影响有机氯化合物的溶解度和解离度。一般来说，有机氯在酸性土壤中更容易溶解和解离，而在碱性土壤中较不易达成。有机氯化合物通常会与土壤中的有机质相结合，有机质含量较高的土壤通常会吸附更多的有机氯化合物。土壤中矿物质的类型和含量都会影响有机氯化合物的分布，土壤质地也决定了土壤的孔隙结构和水分保持能力，从而影响有机氯化合物的迁移和分布。例如，粘土质地的土壤比砂质土壤更容易保持水分和吸附有机氯化合物。

3.2 土壤微生物降解有机氯的过程和机制

有机氯农药污染对土壤微生物生物量和土壤酶活性的影响十分巨大。污染水平高的土壤样品的抑制作用强于低污染水平的土壤，相关分析表明土壤酶活性与有机氯农药的含量呈现不同程度的负相关，污染水平越高的土壤中，降解菌的丰度越高，植物生长对其有一定的促进作用。

土壤中的微生物可以吸附有机氯分子到细胞表面，然后降解分子中的氯原子。这个过程通常涉及到细胞表面酶的参与，反应机制是使有机氯分子中的氯原子与其他物质发生反应，产生无机氯物质。也可以通过产生特定的酶来降解有机氯分子。这些酶可以使有机氯分子中的氯原子与碳或氧等原子进行反应，断裂有机氯分子的化学键。同时，一些土壤微生物有特定的代谢途径降解有机氯分子，这些微生物能够利用有机氯分子作为碳源或能源，并通过代谢等途径将有机氯分子降解为无机物质。除了微生物降解外，土壤中还可能存在其他降解有机氯的过程和机制，比如光解和化学氧化等。这些过程通常比较依赖外部条件，比如需要阳光照射或加入氧化剂等[2]。

4 有机氯对土壤生态系统产生的潜在风险

4.1 毒性和生态毒性

有机氯是一类含氯的有机化合物，常见的有机氯包括多氯联苯（PCB）、滴滴涕（DDT）等[3]。有机氯具有生态毒性，在土壤中难以降解，能够对土壤生物造成严重危害。有机氯具有广谱的生物毒性，可以对土壤微生物、植物和动物产生毒害作用。它们可以抑制土壤微生物的生长和代谢活性，从而干扰土壤微生物对有机物质的分解以及营养循环作用的发挥，破坏土壤生态系统的平衡。同时，有机氯还可以抑制植物的生长和发育，并对植物的光合作用和气孔调节功能产生负面影响。同时，有机氯在土壤中具有较强的亲脂性，易于富集在有机质丰富的土壤中，并通过生物体在食物链上层逐渐富集。由于这些有机氯化合物在生物体内难以降解，会引起生物体内部毒素蓄积，对生物体的生存和繁衍产生不良影响。为了保护土壤生态系统的健康，减少对土壤生态系统的负面影响，相关人员应当避免过度使用和排放有机氯农药和化学品，加强土壤污染治理和生态修复工作。

4.2 有机氯对土壤微生物群落的影响

有机氯化合物对土壤生态系统的微生物群落有多种影响，其会抑制土壤中微生物的活性，对其生长和代谢过程产生不良影响。这可能导致土壤中微生物群落的减少和种类的变化，直接或间接影响土壤微生物的多样性。它们可能对一些微生物群体有选择性杀伤或抑制作用，导致微生物种类的减少，这会大大降低土壤生态系统的稳定性。

同时有机氯化合物可能会改变土壤微生物的代谢过程。一方面这些化合物可能被土壤微生物降解，而降解过程中产生的代谢产物可能对微生物群落产生毒性或改变微生物的代谢途径。而一些有机氯化合物具有较高的降解能力，它们可以降解土壤中的有机质，并影响土壤中的良性碳循环和养分循环的过程，这可能对土壤生态系统的健康和功能产生负面影响。

4.3 有机氯对土壤中植物生长的影响

有机氯是一类有机化合物，常见的有机氯有农药、染料、塑化剂等。土壤中存在有机氯会对土壤生态系统的植物生长产生不同的影响。首先，有机氯对植物的生长发育有一定的抑制作用，它会抑制植物的光合作用，影响植物光合产物的合成和运输，从而影响植物的生长和发育。某些有机氯物质具有较强的毒害作用，会引起植物细胞膜结构和功能的损伤，干扰植物的正常代谢和生理过程，导致植物的死亡或凋谢。其次，有机氯化合物在土壤中具有较高的残留性和持久性，它们可能会通过土壤中的生物链传递，从而在植物和其他生物体中累积。当有机氯在生物体中积累到一定浓度时，可能会影响生物体的生长发育和正常功能。而有机氯对土壤中的微生物活性也有一定影响，它们可能抑制土壤中某些微生物的生长和活性，导致土壤微生物群落的结构和功能发生变化，进而影响土壤的生态系统稳定性和植物的养分吸收效率。

4.4 有机氯在土壤中逐渐累积的风险

4.4.1 毒性影响

有机氯类化合物具有较高的毒性，可能对土壤中的微生物、植物和动物造成危害。这些化合物可能破坏土壤中的微生物群落结构，干扰土壤生态系统中的物质循环和能量流动，减少土壤生物的多样性。

4.4.2 生物富集

有机氯类化合物可在土壤中逐渐累积，并通过土壤生物的生物富集作用进入食物链。这可能导致有机氯在食物链中逐级累积，对生态系统中的高级消费者产生潜在影响。

4.4.3 持久性和迁移性

有机氯类化合物通常具有较强的持久性和迁移性，意味着它们可以在土壤中长期存在，并可能渗漏到地下水或通过风力、水流传播到其他区域，对水体和周边环境产生负面影响。

4.4.4 危害人类健康

有机氯类化合物的累积和迁移可能对人类健康产生危害。人类可能会由于食用受污染的农产品或接触受污染的土壤、水体而导致疾病的发生。某些有机氯类化合物已被列为潜在的致癌物质或神经毒性物质。

5 有机氯污染的监测与防治及风险分析方法

有机氯类化合物的监测方法和技术有很多，常见的包括气相色谱法、液相色谱法、光谱法、电化学法等[4]，一些其他方法也可用于对有机氯化合物的监测，如质谱方法、荧光法、放射性同位素标记法等。相关人员需要根据具体的有机氯化合物种类和监测要求选择合适的方法和技术。

5.1 有机氯污染的监测与防治措施

具体措施包括：（1）相关部门可以通过加强对有机氯废气、废水和固体废弃物的处理，控制和减少其进入大气、土壤和水体的排放量；建立对有机氯污染源头的监测和管理体系；定期监测大气、土壤、水体等环境介质中有机氯的含量，以及时发现和处理有机氯污染问题。（2）也可以引进先进的生产技术，减少有机氯在工业生产过程中的使用量，或者以其他材料直接替代有机氯化合物的使用，降低有机氯的排放量和使用风险。（3）相关研究人员还可以开展对有机氯的环境行为、毒性效应、降解机理等方面的科学研究，探索有机氯污染的综合防治技术，增强有机氯污染的治理效果。（4）通过宣传教育活动，增强公众对有机氯污染问题的认识和防治意识，引导公众采取有机氯污染防治措施，减少个人及家庭的有机氯污染行为。

5.2 有机氯污染的风险分析流程

具体流程为：（1）相关人员可以对可能受到有机氯污染的土壤区域进行环境调查和采样，确定样品的来源和分布情况，然后通过实验室分析技术，确定土壤中有机氯的种类和浓度，以及可能的污染源，如工业废水、农药的施用等。（2）通过追踪污染物在土壤中的迁移和转化过程，了解其扩散机制和影响因素，包括土壤pH值、土壤含水量、有机质含量等。（3）基于实验室分析结果和土壤特性，采用数学模型、风险评估工具等方法，评估土壤中有机氯的潜在风险，如生态风险、人体健康风险等。（4）根据潜在风险评估结果，制定适当的风险管理和土壤修复策略，包括采取物理、化学或生物方法进行土壤修复，或者采取管控措施防止污染物进一步扩散[5]。综合分析土壤中有机氯来源和潜在风险的过程涉及多个学科领域，需要相关人员综合运用环境科学、土壤科学、化学、生态学、风险评估等的相关知识和技术。

6 结论与展望

有机氯污染物的降解机制至今尚不完全清楚，在土壤中的降解速度和途径需要相关人员进一步深入研究，未来可以着重于发现新的有机氯降解菌种及探索新的降解途径和催化剂等。目前，对有机氯污染物的治理主要依赖于生物降解和化学氧化等技术，未来可以探索生物修复技术、纳米技术、电化学技术等更高效、更经济的有机氯污染治理技术，提高治理效率并降低成本。土壤微生物在土壤中有机氯的降解过程中起着关键作用，未来的研究也可以进一步探索土壤微生物群落结构对有机氯降解的影响，发掘具有高降解能力的微生物菌株，优化土壤微生物调控技术。不同的土壤类型和污染程度对有机氯污染物的降解具有差异性，未来的研究可以开发针对不同土壤类型和污染程度的有机氯污染土壤治理技术，提升治理效果和适用性。有机氯污染物对土壤生态系统的稳定性和功能具有重要影响，未来的研究可以深入探究有机氯对土壤微生物多样性、土壤酶活性和作物生长等方面的影响，为保护土壤生态系统提供科学依据。