四氯化碳與四氯乙烯復合污染對土壤呼吸率的影響

單愛琴 肖潔 楊秀婧

摘要：通過室內模擬試驗對土壤進行四氯化碳與四氯乙烯復合染毒，采用直接吸收法（密閉靜置培養測二氧化碳法）研究四氯化碳與四氯乙烯復合污染對土壤呼吸率的影響。結果表明，四氯化碳對土壤呼吸作用的影響隨時間呈先抑制、后恢復的過程，且四氯化碳體積分數越高，抑制作用越強；四氯化碳與四氯乙烯復合污染增強了對土壤呼吸作用的抑制，四氯乙烯高體積分數組（0.40～1.60 mg/kg）與四氯化碳各質量分數復合處理的抑制作用均強于對照；四氯化碳與四氯乙烯的交互作用對土壤呼吸的影響主要表現為協同作用。

關鍵詞：四氯化碳；四氯乙烯；復合污染；土壤呼吸率

中圖分類號： X53文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0364-04

收稿日期：2015-01-11

基金項目：住房和城鄉建設部項目（編號：2013-K7-11）；江蘇省自然科學基金（編號：BK2008134）。

作者簡介：單愛琴（1966—），女，山東諸城人，副教授，博士生導師，主要從事環境生物毒理及生態修復研究。E-mail：klsaq2003@163.com。氯代脂肪烴被廣泛應用于工農業生產中，如四氯乙烯可作為織物的干洗劑、金屬的脫脂洗滌劑、干燥劑、驅蟲劑、有機合成中間體等[1-3]，四氯化碳常作為重要的化工原料和有機溶劑。但由于其性質穩定、不易降解，進入環境中的氯代脂肪烴會改變該環境的生態功能及組成，如進入土壤環境后將改變微生物群落結構及土壤酶活性，使土壤呼吸作用降低。氯代脂肪烴是威脅生態系統最普遍的一類持久性有機污染物[4-5]。

氯代脂肪烴復合污染土壤及地下水的事件在國內外均有發生，如我國北方某城市淺層地下水氯代烴污染已被證實[1，6-9]，其中三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯是污染區的主要污染物，且四氯化碳（CT）與四氯乙烯（PCE）常共存于污染場地。1999年至今10余年的連續監測發現，某農藥廠排放的四氯化碳對其所在巖溶水源地補給區的土壤造成污染，并從中檢測出四氯化碳的各種同系物[7]。

目前，國內外學者已對土壤、地下水環境中的氯代脂肪烴污染進行了大量研究[9-12]。毒理學研究多集中于其動物醫學毒性特征[13-14]，大多僅考慮單一污染物水平的環境行為，對土壤中復合污染的研究極少，而實際情況中復合污染更為常見。

在土壤環境中，土壤呼吸作用強度是土壤肥力、微生物代謝旺盛程度、氮循環的重要指標之一[15]，不僅關系到土壤中有機物的分解，且土壤呼吸所釋放的二氧化碳是植物同化二氧化碳的重要來源，與植物生長密切相關[16-17]。通過模擬試驗研究CT與PCE復合污染對土壤呼吸率的影響，探討復合污染對土壤微生態毒理效應、保障生態安全、提高土壤質量具有重要指示性意義。

1材料與方法

1.1供試土壤

取江蘇省校內一處未經污染的土壤，將其風干后研磨，過2 mm篩備用。土壤的基本性質見表1。

1.2土壤中四氯化碳及四氯乙烯的質量分數設置

四氯化碳的質量分數設置見表2，CT-PCE復合處理的質量分數設置見表3。

1.3土壤呼吸率的測定

采用直接吸收法（密閉靜置法）[18]滴定測定CO2釋放量。取50 g土壤置于100 mL干燥燒杯中，加入1 g葡萄糖及少量水，將燒杯放入（25±1） ℃生化培養箱中培養7 d，取出燒杯后加入不同質量分數的氯代脂肪烴（表2、表3），并將土壤含水量調節為最大持水量的3/5。取35 mL 0.1 mol/L的NaOH溶液置于100 mL空燒杯中，將2個燒杯放入標本瓶并密閉瓶口，置于培養箱中培養。分別于1、2、4、6、9、13 d取出含NaOH溶液的燒杯，對剩余NaOH進行滴定（0.2 mol/L HCl標準溶液），同時另取一燒杯加入35 mL 0.1 mol/L的NaOH溶液，置于培養箱中繼續培養，按上述步驟如期進行測定。土壤呼吸率以每克土壤釋放的CO2量（mg/g）表示，每個處理至少重復2次。

1.4數據處理

所有數據均設置不添加污染物的空白處理為對照，計算方法為平均變化百分數=（處理土樣-對照土樣）/對照土樣×100%。采用Excel 2003軟件、SPSS 13.0軟件進行數據處理、方差分析等統計分析。

2結果與分析

2.1CT單一污染對土壤呼吸率的影響

由表4可知，CT對土壤呼吸率的影響隨時間呈先抑制、后恢復的過程，且CT質量分數越大，抑制作用越強。抑制作用除3#于2 d、5#于4 d達最大值外，其余樣本均于1 d達到最大值，經檢驗，1#、2#樣本與空白對照無顯著差異，但2#樣本的抑制率為30.98%；3#至6#樣本的抑制率分別為 59.07%、67.19%、67.01%、71.91%。各處理樣本的呼吸率于2 d開始呈上升趨勢，至13 d 1#～4#樣本分別比空白對照高27.58%、26.20%、5.75%、1.39%，表明低質量分數CT（0.032～3.200 mg/kg）處理的呼吸率已恢復，而較高質量分數的5#、6#樣本（6.40～9.60 mg/kg）在試驗期間內恢復緩慢。這是因為四氯化碳對土壤中微生物的活性產生抑制，繼而使土壤呼吸率降低。隨著時間的延長、四氯化碳在土壤中揮發等原因，土壤中微生物適應了四氯化碳污染環境，或有新的優勢菌群增長，使土壤的呼吸作用逐步恢復。質量分數較大時，土壤中微生物受抑制程度高，難以在短期內恢復至正常水平；而質量分數較小時，污染土壤中的微生物活性恢復較快。由表5可知，土壤呼吸率與CT質量分數之間存在顯著的劑量-效應關系。

2.2CT與PCE復合污染對土壤呼吸率的影響

CT-PCE復合污染對土壤呼吸率的影響見表6。采用SPSS 13.0軟件交叉分組的雙因素方差分析，比較單一CT污染脅迫與CT-PCE復合污染脅迫下土壤呼吸率的均值，并采用LSD法進行多重比較。

弱[19]。當PCE質量分數很小（PCE<3.00 mg/kg）時，PCE會暫時抑制土壤呼吸，但土壤的呼吸功能會隨時間的延長逐漸恢復，甚至可能激活土壤中的微生物。而大質量分數CT和PCE污染對土壤微生物的毒性作用較大，導致較多土壤微生物死亡，因此土壤生物量及呼吸功能的恢復需要更長時間。可能由于大量污染物質的一次性增加對微生物造成短期“觸殺”效應，使微生物群落結構遭到破壞，大量微生物死亡，微生物生物量顯著減少，呼吸作用受到抑制。隨著時間的推移，污染物在土壤中的吸附作用降解、毒性減弱，微生物群落結構逐漸恢復，呼吸作用有所增強；加入PCE各處理后，抑制作用隨CT質量分數的增大而更加明顯。可見，兩者復合的交互作用總體表現為協同抑制作用。

此外，PCE（0.10 mg/kg）與CT（9.60 mg/kg）復合、PCE（0.20 mg/kg）與CT（9.60 mg/kg）復合、PCE（1.60 mg/kg）與CT（0.032～0.320 mg/kg）復合均與其他復合污染組存在顯著性差異。小質量分數組PCE（0.1～0.2 mg/kg）與大質量分數CT（9.60 mg/kg）復合、小質量分數組CT（0.03～0.32 mg/kg）與大質量分數PCE（1.6 mg/kg）復合均與其他復合污染組存在顯著性差異。

試驗結果表明，PCE小質量分數組（0.10～0.20 mg/kg）處理加入CT后的CT-PCE復合處理對土壤呼吸率產生的抑制作用更強，且CT-PCE復合污染對土壤呼吸率的交互作用總體表現為協同作用。

3總結

CT對土壤呼吸作用的影響隨時間呈先抑制、后恢復的過程，且抑制強度與CT質量分數有關，質量分數越大則抑制作用越強。CT與PCE復合污染增強了對土壤呼吸作用的抑制，與對照相比，PCE大質量分數組（0.40～1.60 mg/kg）與CT各質量分數的復合處理、CT大質量分數組與PCE各質量分數的復合處理在整個培養階段受到很大抑制。CT與PCE體積分數差異越大，協同作用越明顯。CT-PCE復合污染的交互作用對土壤呼吸率的影響主要表現為協同作用。

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