沉積物中有機氯農藥污染特征及土壤修復技術研究

文章編號：1674-6139（2025）05-0071-06

中圖分類號：X53文獻標志碼：B

Characteristics of Organic Chlorine Pesticide Pollution in Sediments and Soil Remediation Techniques

Luo Shan ^1，2，3 ，Fang Jiangping1，2，4，5，Qu Xingle，

（1.Plateau EcologyResearch Institute，XizangAgriculturalandAnimal Husbandry UniversityLinzhi860ooo，China；

2.Xizang Ecological Security Laboratory，Linzhi 860ooo，China;

3.Public Education Department，Xizang Agricultural and Animal Husbandry University，Linzhi 86Oooo，China；

4.NationalFieldSientificObservationndResearchStationofLinzhiMountainForestEcosystemiXizang，Linzhi60Chna；

5.KeyLaboratory of Xizang Plateau Forest Ecology，Ministryof Education，Linzhi 86ooOO，China）

Abstract：Organochlorinepesticideshavealongresidualtimeinsoilandwater，ndarenoteasilydegraded.Tesepesticidesenter organismsthroughthefoodchain，posingapotentialtheattotheirhealthTerefore，thistudyanalyzesthecharacteristicsofanic chlorinepesticidepolutioninsedimentandsoilremediationtechniques.ThesedimentsamplesfromtheNiyang Riverbasinin Xizang werecollectedandteutionconcetrationofthepretreatedsamplesasetectedbyGHRMS.Teploncaracteristicsofo ganochlorinepesticideswereobtained.Thestudyusesin-situthermaldesorptiontechnologyandmycorhizalremediationtechnologyto treatorganochlorinepesticidesinsimentsndnalyingtemediationectTesultsindicatetatthmainoranohloepst cides nthesedimentof thewatershedareT-DDTsandT-HCHs，whicharemainlydistributedinthemiddleandlowerreachesofthe NiyangRiver.The removal rate of organochlorine pesticidesafterrepairis over 70% ，and the relative luminescence intensity of bacteria isgreatly improved，proving the effectiveness of the repair method.

KeyWords：sediments；organochlorinepesticides；detection method；polution characteristics；soilremediation technology

前言

沉積物作為水體生態系統的重要組成部分，質量狀況直接關系到水體的生態安全和人類健康。然而，隨著現代農業的快速發展，有機氯農藥的大量使用導致在環境中的殘留問題日益嚴重。有機氯農藥具有難以降解性和高毒性，通過水體、土壤等途徑進入沉積物，危害性極大。因此，深入研究污染特征，探索有效的土壤修復技術，具有迫切的現實意義。

文獻[1]采集黃浦江不同區域和深度的沉積物樣品，設定特定的色譜條件和質譜條件，利用色譜儀和質譜儀等分離并檢測目標有機氯農藥。根據有機氯農藥的濃度和毒性數據，計算生態環境風險熵，以評估對黃浦江生態環境的潛在風險。文獻[2]以新孟河延伸拓浚工程為背景，采集了地表水樣品后，利用固相萃取結合氣相色譜串聯質譜法進行檢測分析。并利用風險熵值法評估檢測到的有機氯農藥是否對生態環境的潛在風險。

在上述研究的基礎上，旨在系統分析沉積物中有機氯農藥的污染特征，包括污染物的種類、濃度分布、時空變化等。同時，還將針對有機氯農藥污染土壤，探索高效、環保的修復技術。

1 研究區域

以西藏尼洋河流域為例，該流域位于中國西藏西南部，地理位置處于青藏高原東南部的高山峽谷地帶。該地區氣候特點主要為高原季風氣候，夏季短暫而涼爽，冬季漫長而寒冷，降水主要集中在夏季。由于地形復雜，氣候變化較大，河流流域內部存在著局部氣候差異。在水文狀況方面，尼洋河是青藏高原的重要支流，源頭位于喜馬拉雅山脈。河水主要來自于冰川融水和降水，流域內河水資源豐富，但由于地形復雜，水文狀況在不同季節和年份可能會有較大波動。同時，隨著氣候變化和人類活動的影響，尼洋河流域的水資源也面臨一定的壓力和挑戰，需要合理管理和保護。

2 主要儀器及試劑

實驗主要儀器和試劑見表1。

在實際研究過程中，根據具體情況選擇合適的儀器和試劑，并遵循相關操作規范和安全標準。

3沉積物中有機氯農藥污染特征分析

3.1樣品處理與檢測方法

3.1.1樣品的采集與保存

在研究區內按輻射狀并兼顧均勻性原則進行布點，確保采樣點的分布既廣泛又具代表性，從而全面反映研究區的沉積物中有機氯農藥的污染特征。首先，確定研究區的中心點，從中心點出發，按照輻射狀的原則，劃分出若干條輻射線。這些輻射線應均勻分布，覆蓋整個研究區，確保不同方向的區域都能被納入考慮范圍[3」。根據研究區的面積、地形復雜程度和預期的污染梯度等因素，確定采樣點之間的間距。在每條輻射線上，按照確定的采樣間距，布置具體的采樣點。采樣點的位置應盡量選擇在沉積物暴露較好、易于采集的地方，如河流岸邊、湖泊底泥等。基于此，針對研究區，共布設12個采樣點。進行GPS定位，通過抓斗式采泥器（CN－100）進行采樣，將抓斗插入表層沉積物中，直至達到預定的深度0 0cm～5cm ）。當抓斗內的沉積物達到預定的容量時，迅速關閉抓斗的開口，以防止沉積物泄漏。把抓斗從采泥器上取下，小心地將沉積物樣品倒入預先準備好的容器中（棕色玻璃瓶）。這個容器是清潔且干燥的，以確保樣品不會受到任何污染。為了進一步提高數據的代表性和減少采樣誤差，研究人員將每個采樣點的表層沉積物進行混合，提高數據的代表性[4]。采集后的沉積物樣品使用聚丙烯膜進行封口，以防止樣品受到外界污染。然后，放于冰箱中冷藏保存并運輸回實驗室。

3.1.2 樣品預處理

沉積物樣品冷凍后，放入冷凍干燥機中，利用低溫條件，將樣品中的水分直接從固態升華成氣態，避免了水分的液態存在及其可能帶來的樣品破壞或目標物損失。操作人員將沉積物樣品放入石英研磨鍋中，并控制研磨的力度和時間，以確保樣品被均勻且充分地研磨成粉末狀。接下來，100目篩進行篩分處理。篩分的主要目的是去除樣品中的大顆粒和團聚體，保留粒度均勻的粉末狀樣品[5]。經過研磨和篩分處理后的沉積物樣品，粒度均勻、純凈度高，能夠滿足后續分析的要求。

3.1.3有機氯農藥檢測

通過有機氯農藥檢測，可以了解污染狀況、來源、遷移轉化規律等信息，為污染防治和生態保護提供科學依據[。有機氯農藥檢測的過程如下：通過索氏提取器的回流和虹吸作用，有效地從固體樣品中提取出溶于特定溶劑的物質。提取液被放置在旋轉蒸發儀中，提取液中的溶劑不斷蒸發，當提取液濃縮近干時，說明大部分溶劑已經被去除，目標物質已經得到了初步的富集。為了進一步提高濃縮效果，分兩次加入重蒸正己烷進行濃縮，可以確保目標物質得到最大程度的富集，同時保證樣品的純凈度。將已濃縮的提取液均勻地加入到層析柱的頂部，并控制流速，使提取液緩慢通過硅膠氧化鋁層。在此過程中，目標物質和雜質會與硅膠氧化鋁填料發生相互作用，從而實現分離。然后，使用洗脫劑（重蒸正己烷/二氯甲烷混合液），將目標物質從硅膠氧化鋁填料中洗脫下來。收集從層析柱中流出的洗脫液，這部分洗脫液中含有經過凈化的目標物質。使用旋轉蒸發儀對樣品進行濃縮后，轉移至細胞瓶中。連接高純氮氣源至細胞瓶，確保氮氣純度為 99.9% ，以避免引入雜質，用高純氮氣定容至 0.5ml ，加入十氯聯苯，輕輕搖動或攪拌樣品，確保十氯聯苯與樣品中的組分混合均勻。十氯聯苯作為參照，用于校正分析過程中的任何偏差。采用GC－HRMS聯用技術實施定量檢測。氣相色譜儀通過色譜柱將混合物中的有機氯農藥分離成不同的組分。每個農藥組分根據物理化學性質，在色譜柱中會有不同的保留時間，從而實現分離。這些分離出來的農藥組分被引入高分辨質譜儀中。在質譜儀中，實現組分分離，并通過質荷比（ （m/z） 記錄。高分辨質譜儀能夠提供極高的分辨率，使得即使質量相近的農藥分子也能被準確區分。通過GC-HRMS聯用技術，獲得每個農藥組分的保留時間和質譜信息。這些信息可以用于農藥的定性分析和定量分析。GC－HRMS聯用儀工作參數設置如下：

（1）氣相色譜儀參數：柱箱溫度： 150% ；進樣□溫度： 450% ；檢測器溫度： ；最大升溫速率：25^°C/min ；載氣種類：氮氣；升溫/降溫速率： 120%/min 。（2）質譜儀參數：質量數范圍：覆蓋1.6＼～1050amu （原子質量單位）；最大掃描速率：10000amu/s ；氣質接口溫度： 100^°C ；質量穩定性： 小時。

將實驗得到的農藥組分質譜圖與有機氯農藥標準物質譜圖的數據進行比對，通過匹配度來判斷樣品中是否含有目標化合物。使用一系列已知濃度的標準品，通過GC-HRMS測定響應值（如峰面積或峰高），繪制標準曲線并計算農藥中各組分的濃度值。

3.2有機氯農藥污染特征

3.2.1有機氯農藥組成特征

基于GC-HRMS測定結果，各個采樣點的有機氯農藥組成特征見圖1。

從圖1中可以看出，流域沉積物污染特征如下：流域沉積物中檢測到多種有機氯農藥組分，表明過去該地區農業種植時廣泛使用過這些農藥。其中，在17個采樣點中，T-DDTs和T-HCHs均有檢出，且含量可能相對較高。這兩種農藥由于高效性和廣譜性，在過去的農業生產中得到了廣泛使用，因此它們在環境中的殘留也較為普遍。硫丹及其代謝產物（α-硫丹、β-硫丹、硫丹硫酸鹽）在部分采樣點也有檢出。硫丹是一種高效的殺蟲劑，但穩定性和持久性可能導致其在環境中長期存在。而剩余其他農藥只在個別采樣點被檢出，說明這些農藥只在研究區流域的個別地區使用。

3.2.2有機氯農藥濃度等級分布特征

基于檢測出有機氯農藥組分以及濃度，計算采樣點總污染濃度，然后劃分污染等級，最后將其插值到研究區地圖上面，得到濃度等級空間分布特征。根據結果來看，不同地區的污染等級存在顯著差異，顯示出強烈的空間異質性。其中，尼洋河中下游區域呈現高污染等級，其他區域則相對較低。這是因為尼洋河中下游區域地勢較平坦，土壤肥沃，是農業密集區。大量使用的有機氯農藥通過徑流、滲漏等方式進入水體，并最終沉積在沉積物中，導致該區域沉積物中有機氯農藥的積累。

4土壤修復研究

4.1 土壤修復技術

針對有機氯農藥污染，單一的修復技術很難達到理想效果。為此，研究中采用復合修復技術進行處理。

4.1.1 原位熱脫附技術

原位熱脫附技術通過加熱實現修復[7]。在加熱過程中，土壤中的有機氯農藥會通過蒸發、蒸汽蒸餾、沸騰、氧化和高溫分解等機制被降解或去除。原位熱脫附技術修復土壤過程如下：

搭建原位熱脫附實驗裝置，包括加熱設備、控溫裝置、氣體供給系統等。在污染區域范圍內，根據污染物的分布和濃度，合理布置加熱井或電極井。通過加熱設備對土壤進行加熱。在加熱過程中，需要嚴格控制加熱溫度和時間，以避免對土壤結構造成破壞或產生二次污染。根據研究區農藥污染具體情況，選擇合適的加熱方式。不同的加熱方式適用于不同類型的污染物和土壤條件。利用真空抽提井進行抽提。真空抽提可以有效地將揮發或溶解的污染物從土壤中抽出，減少污染物在土壤中的殘留。將抽提出的氣體和液體混合物通過冷凝分離技術進行分離。冷凝分離可以根據不同物質的沸點差異，將氣體和液體分別收集起來。分離出的氣體和液體進一步進行無害化處理，以確保不會對環境和人體造成危害。

熱脫附技術具有多種優勢。首先，可以快速有效地去除土壤中的污染物，特別是對于難以處理的污染物，能達到很好的去除效果。其次，熱脫附技術可以控制處理過程中的溫度和處理時間等參數，從而根據不同污染物進行定制化處理，提高修復效果。最后，熱脫附技術在進行過程中不使用化學品等危險物質，對環境和人體的危害較小。

4.1.2 菌根修復技術

菌根修復技術是一種利用菌根（Mycorrhizae）與植物根系之間形成的互惠共生關系，進行生態修復和環境治理的技術[8-10]。以下是關于菌根修復技術的具體過程：首先選擇對有機氯農藥具有較強降解能力的菌根真菌接種到沉積物中。可以通過將菌根真菌與植物種子一同播種來實現，通過產生獨特的酶，直接降解污染物。

將這兩種技術結合使用，可以充分發揮各自的優勢。原位熱脫附技術可以快速降低污染物的濃度，為菌根修復技術創造有利條件；而菌根修復技術則可以在長期內穩定降解殘余污染物，防止污染的反彈。

4.2 修復效果分析

在修復過程中和修復后，對沉積物中的有機氯農藥殘留進行定期監測和評估。通過采集樣品進行GC-HRMS分析和沉積物生物毒性分析。監測結果將用于評估修復效果，并根據需要調整修復方案。

4.2.1有機氯農藥去除率

統計修復前后研究區沉積物樣品中有機氯農藥總污染濃度，以此計算有機氯農藥去除率。結果見表2。

從表2中看出，經過修復后，研究區沉積物樣品中的有機氯農藥得到了有效去除，大部分采樣點的去除率都較高，且都在 70% 以上，整體平均去除率也較為理想，這顯示出修復措施對去除沉積物中的有機氯農藥起到了較好的效果。

4.2.2沉積物生物毒性分析

基于發光細菌急性毒性測試方法進行生物毒性分析：采用明亮發光桿菌作為研究物，該細菌存在于海洋、湖泊、河流等自然水體中，也能夠在一定范圍內適應淡水環境。其耐鹽性較強，但在極端條件下（如過高或過低的鹽度、溫度、 pH 值）生存能力會受到影響。該細菌通過一種稱為生物發光的過程產生可見光，對多種環境污染物敏感，包括重金屬、有機污染物以及其他有毒物質。這些污染物能夠抑制細菌細胞內的發光機制，導致發光強度的降低，從而成為評估環境毒性的有效工具。測試結果見圖2。

從圖2中可以看出，利用所研究方法修復后，細菌的相對發光強度大大提高，沉積物中的有毒物質得到了有效去除，從而降低了對發光細菌的抑制作用，說明修復措施是有效的，沉積物的生物毒性顯著降低。

5 結束語

有機氯農藥由于穩定性強、殘留時間長，成為沉積物中常見的污染物之一。因此，深人研究沉積物中有機氯農藥的污染特征，探索有效的土壤修復技術，對于生態環境的保護具有重要意義。在西藏尼洋河流域污染特征分析的過程中，發現有機氯農藥的種類繁多，每一種農藥在環境中的降解速率和遷移方式都有所不同。這使得沉積物中的有機氯農藥分布呈現出復雜的空間異質性。這種異質性不僅體現在不同地理區域之間，即使在同一區域的不同點位，濃度和種類也可能存在顯著差異。在土壤修復技術研究方面，嘗試了原位熱脫附技術 + 菌根修復技術修復方法，通過對比實驗和實際應用效果測試，驗證該技術具有良好的修復效果。

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