農藝措施對土壤中酞酸酯消減的調控作用研究進展①

黃怡雯，任文杰，滕 應

農藝措施對土壤中酞酸酯消減的調控作用研究進展①

黃怡雯1,2，任文杰2*，滕 應2

(1常州大學環境與安全工程學院，江蘇常州 213164；2中國科學院土壤環境與污染修復重點實驗室(南京土壤研究所)，南京 210008)

酞酸酯是鄰苯二甲酸的酯化衍生物，作為增塑劑或塑化劑被廣泛應用于各種生活用品及塑料制品中，是目前世界上產量最大、應用面積最廣的人工合成有機化合物。但近年來研究表明，酞酸酯是一類環境內分泌干擾物，在人和其他動物體內有著類似雌激素的作用，影響生殖系統功能，并且具有“三致”效應。我國設施土壤中酞酸酯污染較為普遍，不僅對土壤生態系統存在潛在危害，并且能夠通過食物鏈傳遞進入人體，從而危及人體健康。因此，如何加速農田土壤中酞酸酯的消減已成為國家環保部門和農業部門急需解決的重要問題。本文從水分調控、溫度調控、施用外源添加物、耕作模式管理等方面綜述了農藝措施調控酞酸酯消減的國內外研究，并從系統揭示農藝措施對土壤中酞酸酯消減的化學–微生物學調控機制、建立土壤中酞酸酯消減的農藝措施綜合調控技術、充分考慮多種酞酸酯復合污染及其與中間代謝產物復合存在時農藝措施對土壤中酞酸酯消減的調控作用等方面對該領域的研究進行了展望，以期為農藝措施強化污染土壤中酞酸酯的消減研究提供借鑒并拓展新的思路。

鄰苯二甲酸酯；農藝調控；消減；水分調控；溫度調控；微生物降解

酞酸酯，又名鄰苯二甲酸酯，作為增塑劑或添加劑廣泛應用于增強聚氯乙烯等塑料制品的可塑性和柔軟性[1-2]。日常化工及生活用品，如油漆、橡膠制品、黏合劑和化妝品等，以及農膜、有機肥等農業生產資料均被檢測出含有一定含量的酞酸酯[3]。近年來，越來越多的研究表明，酞酸酯具有內分泌干擾性[4]，會對呼吸、神經、生殖系統等產生不利影響[5]。考慮到酞酸酯的健康風險，美國環境保護局(USEPA)、歐盟(EU)和中國國家環境監測中心將鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二正丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二正辛酯(DnOP)、鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)和鄰苯二甲酸丁基芐基酯(BBP) 6種常見酞酸酯列為優先控制污染物[6]。據報道，全球塑料制品年產量約為3億t，每年酞酸酯使用量達到近800萬t[7]。而塑料中添加的酞酸酯與聚合物間大多為物理結合，并非化學結合，因此很容易在工業和塑料制品的生產、使用和最終處置過程中釋放到環境[8]。中國是最大的塑料消費國，頻繁使用農用地膜、農藥、化肥等農業投入品使酞酸酯成為我國農業土壤中普遍存在且最受關注的有機污染物之一[9]，有些地區土壤中酞酸酯含量已達到mg/kg數量級[10]，農膜覆蓋土壤中酞酸酯含量是未覆蓋土壤的2.5倍 ～ 3倍[11]。因此如何加速污染農田土壤中酞酸酯消減已成為目前亟需解決的重大環境科技問題。

農田土壤中酞酸酯消減涉及水解、光解、化學降解和生物降解等多種過程，存在效率低、周期長等特點，在實際生產或修復過程中仍需采取一定強化措施以加速消減。農藝調控措施具有綠色環保、經濟成本低、可實現原位修復且不產生二次污染等優點，可以同時實現邊修復邊生產，近年來逐漸成為適宜大面積污染農田土壤較為理想的修復措施之一[12]。農藝措施一方面可以通過改變土壤理化性質從而影響污染物在土壤中的遷移轉化過程；另一方面也可以通過調控土著微生物豐度或功能從而強化污染物的生物降解。目前，關于農藝調控措施強化土壤中酞酸酯消減已開展了一些研究，主要包括水分調控、溫度調控、添加生物質炭及有機肥等土壤改良劑以及耕作模式管理等。本文結合國內外研究，綜述了不同農藝措施對土壤中酞酸酯消減行為的調控作用和影響因素(圖1)，并對該領域的進一步研究提出了展望，以期為創新與發展酞酸酯污染農田土壤的農藝措施強化修復原理與技術提供參考。

圖1 土壤中酞酸酯消減的農藝調控示意圖

1 水分調控對土壤中酞酸酯消減的影響

農田水分管理是操作簡單、綠色經濟的有效農藝調控措施之一。土壤含水量的變化一方面很大程度上通過直接影響土壤氧化還原電位和酸堿度，以及有機質、養分總量和有效態含量等土壤理化性質，而影響土壤中酞酸酯的化學降解過程；另一方面，土壤水分是影響微生物活性的重要因素，因此含水量差異可能會直接影響土壤生態系統的凈化功能。這兩方面綜合作用于土壤中酞酸酯的消減，影響其消減過程與速率。

1.1 水分調控改變土壤中酞酸酯的化學轉化過程

酞酸酯具有酯類的共性，可以在含水環境中發生酸堿催化反應而水解[13]。酸性或堿性環境下，酞酸酯水解效率明顯低于中性pH條件[14]。土壤pH受土壤水分影響顯著[15]，一般情況下，土壤pH與土壤含水量呈正相關。除了直接作用于水解過程，土壤pH變化也可能會影響酞酸酯在土壤中的積累程度。大多研究表明，由于水分變化導致土壤pH升高時，土壤表面與污染物發生同性電荷排斥，降低了土壤對有機污染物的吸附能力，因此有機污染物在土壤中的積累量通常與土壤pH呈負相關[16]。酞酸酯的水解過程通常受到多種因素的共同影響，目前已有文章詳細綜述了酞酸酯水解過程的影響因素[17]，這里不再贅述。水解過程雖然能夠初步降解酞酸酯，但在自然條件下酞酸酯的水解效率仍然不同，且水解周期較長[13]。因此，水解通常并不是土壤中酞酸酯的主要降解過程。

此外，土壤水分含量的變化還能夠改變含氧量、有機質和氮、鐵等典型元素地球化學過程。過多的水分使土壤缺氧甚至達到厭氧環境，從而降低土壤有機質分解的速率[18]，而有機質是影響土壤中酞酸酯吸附遷移的重要因素。相較于低有機質土壤，酞酸酯在有機質含量較高的土壤中存在更強的吸附特性[16]，從而表現出更弱的生物有效性[19]。土壤水分含量也是調控土壤中氮、鐵氧化還原過程及其耦合的碳轉化過程的關鍵環境因子[20]，這些重要元素的生物地球化學循環過程通常與有機污染物的降解轉化存在耦合作用，因此可能會直接影響土壤中酞酸酯的消減過程。例如，紅壤黏土礦物中較高的鐵含量能夠促進·OH自由基的產生，發生Fenton反應，從而加速降解酞酸酯[21]。但目前關于水分調控改變土壤中酞酸酯的化學轉化過程的研究報道仍較為有限，亟需開展深入研究。

1.2 水分調控影響土壤中酞酸酯的微生物降解

土壤微生物參與到許多關鍵的土壤生物化學反應過程中，是土壤生態系統的重要組成部分之一，也是土壤中有機污染物主要的轉化器與凈化器[22]。土壤水分變化會直接影響土壤微生物的結構和功能，含水量過高或過低的情況下都會抑制其活性。土壤微生物在干旱環境中會因缺少水分而處于休眠狀態，導致活性降低[23]；當土壤水分過多時，土壤中的孔隙被水填滿致使氧氣不能向土壤中擴散，土壤中氧氣含量降低，也會抑制土壤微生物活性[24]。周際海等[25]研究了土壤水分為飽和含水量的35%、50% 和65% 時對土壤微生物活性的影響，發現65% 的水分處理顯著提高了土壤微生物活性。土著微生物中如真菌、細菌均已被報道存在對酞酸酯具有降解能力的菌屬，多項研究表明，土壤真菌的數量隨土壤水分減少而增加，而細菌數量隨水分減少而降低[26]。已有研究報道，DEHP降解率與土壤中細菌數量呈正相關關系[14]。陳英旭等[27]研究了水分對土壤中DEHP和DBP降解的影響，將土壤含水量分別調節為30% 和100%以模擬旱地環境和淹水環境，結果表明，旱地的好氧條件更利于土壤微生物降解DEHP和DBP。Zhu等[28]通過宏基因組測序進一步發現，在旱地好氧和淹水厭氧條件下，潛在降解菌屬對DEHP在土壤環境的生物降解起著重要作用。

土壤水分含量的變化導致的理化性質改變與土壤微生物生長活動密切相關，也會直接影響土壤微生物群落的結構、豐度、多樣性和功能，從而影響土壤中酞酸酯的微生物降解。比如，水分變化導致的pH改變可以顯著影響土壤微生物群落，從而可能會改變土壤中酞酸酯的消減過程。Rousk 等[29]發現真菌在酸性土壤中(pH 4.5)生長速率最大，pH升高則生長速率降低，細菌在堿性土壤中(pH>7)生長最快，與pH正相關。目前已報道的大部分酞酸酯降解菌屬都生長在中性環境中，最適生長pH為7.0 ～ 8.0[30]。Zhu等[14]研究表明，DEHP在酸性(pH<6.0)或堿性(pH>8.0)土壤中去除率較低(<25%)。土壤水分變化同樣影響著微生物豐度，從而影響土壤微生物對有機污染物的消減。Liu等[31]發現通過調節土壤含水量為15%，可以提高厚壁菌門(Firmicutes)和芽孢桿菌屬(sp.)的相對豐度，利于石油烴的降解。

盡管土壤水分變化既可能通過改變土壤理化性質，從而影響土壤中酞酸酯的化學轉化過程，也可能通過影響土壤微生物，從而改變土壤中酞酸酯的消減，但目前關于這方面的研究仍相當有限，且已報道的研究對水分調控的影響機制闡明仍不清楚，其有待進一步深入研究。此外，已有研究表明，土壤含水量變化對微生物群落的影響與土壤類型有關[32]，提示在考慮通過水分調控土壤中酞酸酯消減的影響時，要考慮土壤類型的差別，但這方面還未見報道。

2 溫度調控對土壤中酞酸酯消減的影響

土壤環境中的溫度是影響污染物微生物轉化的重要因素。在一定范圍內，提高溫度可刺激微生物的生長和活性，提高污染物的傳質速率，促進其吸收和代謝過程，從而提高污染物的降解轉化速率。

2.1 改變溫度調控土壤微生物的生長活性和群落結構

微生物降解是土壤環境中酞酸酯完全礦化的重要途徑。土壤呼吸強度常用于評估土壤微生物整體活性。呼吸作用強度越大，表明土壤微生物活性越高，從而越利于土壤中污染物的生物降解。土壤溫度與土壤呼吸顯著相關，是影響農田生態系統土壤呼吸的主要因子之一。采用多種類型土壤研究土壤呼吸與溫度間的關系，結果表明，在一定溫度范圍內，土壤呼吸速率與溫度呈正相關[33]。通常情況下，降解微生物發揮對酞酸酯的最佳降解作用需要合適的溫度條件。每種降解微生物都有其最適的生長溫度，大部分降解微生物的最適生長溫度在20 ～ 40 ℃，溫度過高或過低都會抑制土壤微生物活性，但有些酞酸酯降解菌在低溫條件下(10 ℃)對DBP的降解速率也能達到最高[30]。在不同溫度條件土壤中DEHP降解速率的動態變化研究發現，DEHP降解率與降解速率均隨著溫度的升高而增加，DEHP降解率在35 ℃時達到最大[27]。

土壤溫度除影響土壤微生物的生長活性之外，也能夠改變土壤微生物群落結構，但目前關于溫度對土壤微生物群落結構的調控效應并未呈現出一致的結果。王文立等[34]對前人發表的增溫控制試驗的96組數據進行Meta分析，研究了土壤微生物對增溫的響應模式，結果表明，土壤真菌數量隨溫度升高而增加，而土壤細菌數量隨溫度升高而降低；趙建琪等[35]研究了增溫對南亞熱帶季風常綠闊葉林土壤微生物群落的影響，結果表明，由于溫度升高影響土壤硝態氮和有機碳含量，導致了土壤微生物群落結構及其相對豐度發生改變；溫度升高顯著增加了細菌相對豐度、細菌真菌之比(B/F)以及革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌之比(G+/G–)，使真菌和叢枝菌根真菌的相對豐度降低。但楊杰等[36]發現，旱地土壤即使土壤溫度相差超過25 ℃，土壤細菌群落結構、豐度和多樣性均沒有產生顯著差異。這可能與旱地土壤水分含量過低有關，微生物群落長期處于惡劣環境，因此受溫度變化影響較小。土壤微生物群落結構改變可能會直接作用于土壤中酞酸酯的微生物降解，進而影響土壤中酞酸酯的消減行為。有研究表明，低濃度DEHP雖然可以促進細菌的生長，但并未對霉菌及放線菌產生類似影響[37]，說明細菌群落能夠利用DEHP作為其生長的碳源，是DEHP在土壤中降解的主導者。盡管目前越來越多的研究關注到溫度對土壤微生物群落結構和功能的調控效應，但尚不清楚土壤中酞酸酯的生物轉化過程中微生物群落的動態變化及其對溫度的響應機制。

2.2 改變溫度調控污染物的生物有效性

提高溫度通常能夠增強土壤中有機污染物的溶解度，從而提高其生物有效性[38]。從前人研究結果可知，DBP、DEHP在土壤中的吸附性能隨溫度升高而顯著降低，從而促進兩者在土壤中的微生物降解，其中DEHP對溫度的變化更為敏感[39]。溫度也是影響化學反應速率的重要因素，提高溫度通常可以促進酞酸酯轉化過程的速率。于志彬等[40]通過正交試驗發現，氫氧化鈉濃度、水解時間和水解溫度是影響DEHP水解的主要因素。溫度升高能夠提高水解過程的速率[17]。土壤有機質是土壤的重要組成部分，與土壤的物理、化學、生物等許多過程都直接或間接相關[41]，溫度是影響土壤有機質分解的主要環境因素之一[18]，會影響土壤中有機質的積累，而土壤有機質含量最終會影響酞酸酯在土壤中的濃度。Xiang等[42]研究發現，在較低溫度條件下，DBP在低有機質含量土壤中表現出較高的移動性和生物有效性。這與Tang等[43]研究結果一致，他們也發現DBP的生物降解速率與土壤溶解性有機質(DOM)濃度呈正相關，但認為主要是因為DOM為微生物生長提供了營養物質以及提高了酶活性，從而促進了PAEs的生物降解。溫度同樣也能夠影響土壤養分含量。歐陽青等[44]研究增溫對草甸土壤養分的影響，結果表明增溫顯著增加了表層土壤的速效磷含量。土壤溫度還會影響土壤氮素的積累，溫度是影響土壤氮礦化的重要因素之一。王士超等[45]研究結果表明，土壤氮素累積礦化量隨溫度升高而增加。溫度對土壤養分的影響也取決于不同的土壤類型。王簾里和孫波[46]研究發現，土壤累積凈礦化氮量在高有機質含量黑土中與溫度呈正相關關系，但在有機質含量較低的潮土和紅壤中凈礦化氮量在25 ℃以上與溫度呈負相關。土壤養分含量升高可以明顯促進有機污染物在農業土壤中的消減，因此溫度調控對于強化污染土壤酞酸酯消減具有重要的現實意義。但目前關于溫度調控的大多研究仍停留在單一微生物對酞酸酯的降解方面，而關于其對土壤中酞酸酯消減行為的影響研究還較為有限，提高溫度對酞酸酯在土壤中生物有效性的增強以及微生物功能的促進貢獻仍不清楚，有待進一步深入研究。

3 外源添加物對土壤中酞酸酯消減的影響

3.1 生物質炭對土壤中酞酸酯消減的影響

生物質炭是利用生物質材料在缺氧或無氧條件下通過熱解生成的一種固態碳化顆粒物[47]。因其特殊的微觀結構而具有高度的物化穩定性。生物質炭表面疏松多孔、比表面積較大、富含大量含氧基團，因此對污染物具有強吸附能力[48]。將生物質炭作為修復污染土壤的改良劑可以改善土壤環境，前人已有生物質炭對土壤理化性質影響的相關綜述[49]。施加生物質炭可以提高土壤的持水能力，促進土壤團聚體的形成，從而改善土壤結構[49]；提高土壤pH，中和土壤酸度[50]。生物質炭的添加還可以提高土壤有效養分含量，田間試驗表明，生物炭具有提高農田土壤有機碳、氮含量的能力[51]。基于生物質炭既能作為土壤改良劑改善土壤環境，又能以良好的吸附性能影響土壤中有機污染物的遷移，因此生物質炭常被用作有機污染土壤的修復劑。

生物質炭對酞酸酯具有很強的吸附能力[52]，可以有效降低酞酸酯在土壤中的遷移風險，成為土壤中酞酸酯的聚集匯。生物質炭對酞酸酯的吸附能力與制備生物質炭的原材料有關。Jing等[53]利用花生殼和麥稈為原料制成的生物質炭對DMP和DEP進行吸附–解吸研究，結果表明，麥稈生物質炭對DMP/DEP的吸附符合二級動力學，且吸附能力高于花生殼生物質炭；熱力學和等溫解吸試驗表明，DMP、DEP在生物質炭上的吸附是物理自發的吸熱過程，且吸附穩定。生物質炭對酞酸酯的吸附不僅與生物質炭原材料有關，生物質炭添加量、熱解溫度及土壤有機碳含量等也是影響生物質炭對酞酸酯吸附的主要因素。在添加不同含量生物質炭的土壤中，周震峰等[54]研究發現，添加1% 生物質炭含量的土壤對DMP吸附力最強，土壤對DMP的吸附作用與生物質炭添加量呈顯著正相關。Jing等[53]研究發現，相比于650 ℃熱解制得的生物質炭，低溫(450 ℃)制得的生物質炭因其具有更大的極性和豐富的含氧官能團，對DEP有較強的吸附力，且新鮮生物質炭的吸附性能強于老化生物質炭。這是因為生物質炭對DEP的吸附是由范德華力和氫鍵驅動的，而老化生物質炭的表面由于三維水簇的形成而導致堵塞，使DEP與生物質炭之間的氫鍵效應降低。相比于稻草炭和秸稈炭等，竹炭對DEP的吸附效果最佳[55-56]。生物質炭原材料的性質對其吸附能力有很大影響，如pH等。He等[57]研究了生物質炭對DEHP在不同類型土壤中生物有效性的影響，發現土壤有機碳含量對DEHP在生物質炭改良土壤中的生物有效性起著關鍵作用；高有機碳土壤中DEHP殘留濃度顯著低于低有機碳土壤。生物質炭對酞酸酯良好的吸附性能可以使酞酸酯進入人類食物鏈和淋溶到地下水的風險降到最低。

此外，生物質炭因其自身特殊結構，可以成為土壤微生物的棲息地，促進土壤微生物的生長。已有文獻報道，生物質炭的添加可以增加土壤中細菌、真菌以及放線菌的數量，并且細菌和放線菌數量隨生物質炭施用量增加而增加[58]。添加生物質炭還可以顯著增加土壤中氨氧化古菌、氨氧化細菌和基因型反硝化細菌的豐度，提高土壤的硝化潛勢[59]。這表明生物質炭的添加對土壤相關功能微生物群落豐度有著重要影響。生物質炭在富集土壤中酞酸酯的同時，可以促進微生物的生長活性，調控土壤中微生物群落結構，從而改變土壤中酞酸酯的消減行為，但目前關于施用生物質炭對土壤中酞酸酯微生物降解影響的相關文獻仍較為有限，尤其缺乏生物質炭對土壤中酞酸酯消減行為的影響機制研究。

3.2 有機肥對土壤中酞酸酯消減的影響

長期施用化肥雖然能夠提高糧食產量，但過量施肥會造成嚴重的農業土壤退化以及環境污染。因此，自20世紀80年代以來我國開始大力推廣有機肥的使用。有機肥是替代化肥的一種土壤改良劑。施用有機肥可以降低土壤容重，增加土壤孔隙度；增強土壤保水、保肥和通透性能[60]；增加土壤有機質，提高土壤養分含量[61]。相比不施有機肥對照，有機肥的添加能夠顯著提高細菌豐度、豐富度和多樣性，提高真菌豐富度和多樣性，顯著改變微生物群落結構[62]。有機肥的應用不僅能夠改善土壤環境質量，還能夠通過影響土壤微生物群落加強酞酸酯污染的生物降解。

土壤中酞酸酯污染主要影響了土壤微生物活性，而有機肥的施用可以促進有機污染土壤細菌、真菌的生長，恢復土壤微生物的活性。于小彬等[63]分析了有機肥對酞酸酯污染土壤生物修復的影響，結果表明，DBP、DEHP濃度為50 mg/kg的污染土壤對細菌、真菌生長有抑制作用，但施用有機肥能夠顯著恢復和增加被抑制的土壤細菌、真菌數量。Zhao等[64]的研究結果也證實了堆肥的添加能夠通過刺激微生物活性而提高DBP在土壤中的降解率。近年來，生物質炭通常作為肥料載體用于生產炭肥，其與堆肥一起對土壤中酞酸酯降解也表現出較好的促進作用。He等[65]研究了生物質炭和堆肥的相互作用對土壤中DEHP降解的影響，結果表明，生物質炭和堆肥混合改良的土壤中DEHP降解速率明顯快于只有單一改良的土壤。綜上所述，生物質炭和堆肥的施用能夠減小酞酸酯污染對土壤微生物的抑制作用，加強土壤對酞酸酯毒害的緩沖能力，增強土壤自身的生物修復功能，促進土壤中酞酸酯的吸附與降解，但有關促進的化學和微生物學機制還有待進一步深入研究。

4 耕作模式管理對土壤中酞酸酯消減的影響

我國農業土壤中酞酸酯含量較高，針對不同濃度酞酸酯污染農田土壤，在強化土壤中酞酸酯消減的同時維持土壤的生產功能是目前污染土壤修復領域比較認可的修復方法，也是大面積酞酸酯污染農田土壤修復較為可行的方式。目前針對低濃度酞酸酯污染農田土壤，篩選酞酸酯低積累作物品種，利用低積累作物的根際降解作用，加速土壤中酞酸酯的消減，阻礙土壤中酞酸酯向作物中轉運累積，可實現邊生產邊修復；針對高濃度酞酸酯污染農田土壤，多采用修復植物輪作，通過種植修復植物強化土壤中酞酸酯的消減，最大程度地降低土壤中酞酸酯的含量。

4.1 低積累作物品種篩選及種植

種類不同的植物對酞酸酯的吸收累積能力不同，即使是同種植物的不同基因型品種對酞酸酯的吸收能力也存在顯著差別。目前針對酞酸酯低積累作物品種的篩選已經開展了一些研究，篩選了水稻、玉米、通菜等作物的酞酸酯低積累品種。Cai等[66]研究了20個水稻品種間DEHP積累和轉運的差異，發現不同水稻品種、不同生育期和不同組織間DEHP濃度存在顯著差異，天豐優316、五優308和培雜泰豐是最理想的水稻品種。在蔡全英等[67]的研究中，不同品種的通菜對于DEHP吸收累積與土壤中DEHP的殘留濃度存在顯著差異，這與通菜的葉片大小和DEHP污染水平相關。在低污染、中污染以及高污染的DEHP土壤中，較大葉子、中等葉子和較小葉子的通菜品種是最優的種植品種。Li等[68]研究了8個玉米品種在DEHP污染土壤中吸收累積以及促進消減DEHP的能力，結果表明，玉米品種華農1號在種植40 d之后對DEHP的去除率高達87.5%。低積累作物除吸收弱外，其根際對土壤中酞酸酯的強化消減作用也是積累低的一個主要原因。植物根際降解是促進有機污染去除最重要的途徑。在植物去除酞酸酯的過程中，植物根際產生的污染物降解轉化作用最為顯著，主要包含根系分泌物的促進作用。根系分泌物一方面能夠促進根際微生物生長從而促進酞酸酯的降解；另一方面，根系分泌物可以提高酞酸酯的生物有效性，提高植物對酞酸酯的吸收累積及微生物降解能力。Du等[69]研究了高、低PAEs積累水稻品種根系分泌物對土壤PAEs生物有效性和消減的影響，發現培雜泰豐根系分泌物中含有較高含量的有機酸，增加了土壤溶解性有機碳(DOC)，提高了DBP和DEHP的解吸作用和生物利用度，促進了酞酸酯在土壤中的消減。曾巧云等[70]研究了不同基因型品種的菜心根系分泌物對水稻土中DEHP解吸作用的影響，發現油青60 d菜心根系分泌物對土壤中DEHP的解吸作用顯著大于特青60 d菜心，其根系分泌物更能促進根系吸收DEHP。由此可見，不同基因型作物的根系分泌物對酞酸酯的根際降解存在顯著差異，篩選并種植最優的低積累作物品種對酞酸酯的農藝調控修復具有重要意義。

4.2 修復植物輪作

植物修復是有機污染土壤修復的經濟有效方法之一，主要基于植物及其共存微生物體系清除環境中的污染物[71]。目前關于酞酸酯污染土壤的植物修復報道還較為有限。研究表明，某些水生植物對水體中的酞酸酯去除效果較好，同時具有環境友好性[72]。Dorney等[73]研究發現，酞酸酯在高羊茅中的富集系數較高，能夠成為修復酞酸酯污染土壤的模式植物。本研究組前期研究發現，紫花苜蓿對土壤中6種酞酸酯具有較高的去除效率，歷經1年修復，其總去除率在90% 以上[74]。魏麗瓊等[75]研究也發現，相比于單作，甜菜/苜蓿間作修復效果最好，對酞酸酯的去除率可達66.48%。盡管針對酞酸酯污染土壤修復植物已經開展了一些研究，但可供采用的修復植物品種仍然較少，關于修復植物對土壤中酞酸酯的高效修復機理還不清楚，尚需進一步深入研究。

5 展望

農藝措施操作簡單，相比于其他修復措施較為經濟，可實現污染農田土壤邊生產邊修復，更適合于大面積污染農田土壤修復，作為強化酞酸酯污染土壤修復的有力手段日益受到研究者的重視。目前關于農藝措施對土壤中酞酸酯消減的調控作用已經開展了一些研究，但對其調控機制研究仍不夠深入，缺乏實際農田中可用的農藝措施綜合調控技術參數，針對多種酞酸酯復合存在及其與中間代謝產物的復合影響研究還相當有限，建議今后重點加強以下工作：

1)深入系統揭示農藝措施對土壤中酞酸酯消減的化學–微生物學調控機制。水分調控、溫度調控、施用外源添加物和種植制度管理等農藝措施對土壤中酞酸酯的消減均存在兩方面的調控作用：酞酸酯的生物有效性和土壤微生物。應從土壤–酞酸酯–土壤微生物三者間關系出發，深入研究農藝措施對土壤中酞酸酯生物有效性的影響，評價農藝措施介導的生物有效性變化對土壤中酞酸酯消減的貢獻；采用宏基因組、宏轉錄組、宏蛋白組和宏代謝組等組學手段系統研究農藝措施對土壤微生物降解酞酸酯的調控機理，綜合兩方面研究深入系統揭示農藝措施對土壤中酞酸酯消減的化學–微生物學調控作用機制。

2)建立土壤中酞酸酯消減的農藝措施綜合調控技術。土壤中酞酸酯的微生物降解轉化過程與機制是調控酞酸酯消減效率的關鍵，可能會同時受到土壤條件、溫度、濕度、含氧量、外源添加物及種植植物等多要素多措施共同影響，多要素多措施協同處理可更有效發揮土著微生物的降解功能，應進一步深入研究多要素多措施(溫度、土壤含水率和氧氣間歇交換等)對酞酸酯降解效率的協同驅動作用，確定土壤中酞酸酯降解的最佳強化條件，構建基于溫度、濕度、外源添加物及種植植物等多種農藝措施的生物高效降解綜合調控方法。

3)充分考慮多種酞酸酯復合污染及其與中間代謝產物復合存在時農藝措施對土壤中酞酸酯消減的調控作用。土壤中酞酸酯種類豐富多樣，通常為多種酞酸酯復合共存，但目前國內外大多關注某一種酞酸酯的降解或消減行為，而較少考慮多種酞酸酯共同存在時對彼此消減的復合作用。此外，酞酸酯在土壤中通常與中間代謝產物共存，因此在考慮酞酸酯的消減行為時需更多地考慮中間代謝產物共同存在時對酞酸酯在土壤中消減的影響。

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Regulation of Agronomic Measures on Dissipation of Phthalic Acid Esters in Soil: A Review

HUANG Yiwen1, 2, REN Wenjie2*, TENG Ying2

(1 School of Environment and Safety Engineering, Changzhou University, Changzhou, Jiangsu 213164, China; 2 Key Laboratory of Soil Environment and Pollution Remediation, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

Phthalic acid esters (PAEs), esterified derivatives of phthalic acid, are widely used as a plasticizer in various daily necessities and plastic products, and are currently a type of synthetic organic compounds with the largest production and the most widely used area. However, PAEs has been identified as a type of environmental endocrine disruptors in recent years, showing estrogen-like effects in humans and other animals and affecting the function of reproductive systems, as well as exhibiting carcinogenicity, mutagenicity and teratogenicity for human. PAEs pollution in facility soils is relatively common in China, which not only has potential harm to soil ecosystem, but may also enter the interior of human body through food chains, thereby endangering human health. Therefore, it has become an important issue how to accelerate the dissipation of phthalate pollution in farmland soil, which need to be solved urgently by the national environmental protection department and agricultural department. This paper reviews the domestic and foreign studies concerning the impact of agronomic measures on the dissipation behavior of PAEs from the aspects of water regulation, temperature regulation, application of exogenous additives, and cropping system management. In addition, the further research in this field is prospected from three aspects: 1) to deeply and systematically decipher the chemical-microbiological regulation mechanisms of agronomic measures on the dissipation of PAEs in soil, 2) to establish the synthetical regulation technologies of agronomic measures for phthalate dissipation in soil, 3) to fully consider the combined effect of several phthalates or their intermediate metabolites when studying the regulation of agronomic measures on phthalate dissipation in soil. It is expected to provide a reference and expand new ideas for the enhanced bioremediation of phthalate contaminated soil through agronomic measures.

Phthalic acid esters (PAEs); Agronomic regulation; Dissipation; Moisture regulation; Temperature regulation; Microbial degradation

黃怡雯, 任文杰, 滕應. 農藝措施對土壤中酞酸酯消減的調控作用研究進展. 土壤, 2022, 54(1): 9–17.

X53

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.01.002

國家重點研發計劃項目(2016YFD0800204)、江蘇省自然科學基金面上項目(BK20161616)和中國科學院南京土壤研究所“一三五”領域前沿項目(ISSASIP1615)資助。

(wjren@issas.ac.cn)

黃怡雯(1996—)，女，江蘇無錫人，碩士研究生，研究方向為有機污染土壤生物修復。E-mail: 1634734905@qq.com