溶解性有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤中有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響因素

付高陽(yáng)，譙 華，彭 偉，楊 昊，史永剛，蔣國(guó)正

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溶解性有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤中有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響因素

付高陽(yáng)，譙 華*，彭 偉，楊 昊，史永剛，蔣國(guó)正

（中國(guó)人民解放軍后勤工程學(xué)院 國(guó)防建筑規(guī)劃與環(huán)境工程系， 重慶 401311）

溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）對(duì)土壤中有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化有重要作用，也受眾多因素影響。介紹了DOM的基本概念、分類和環(huán)境作用；討論了DOM的來(lái)源、DOM的分子量大小、DOM的濃度和pH值等影響因素對(duì)DOM與有機(jī)物的作用并分析了原因；提出了研究的走向。

溶解性有機(jī)質(zhì)；有機(jī)污染物；影響因素；遷移轉(zhuǎn)化

當(dāng)今社會(huì)的現(xiàn)代化程度極高，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)所排放的有機(jī)廢物、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)過(guò)程中使用的有機(jī)農(nóng)藥和大量的生活垃圾等導(dǎo)致土壤遭受到的有機(jī)污染愈發(fā)的嚴(yán)重。各種土壤環(huán)境問(wèn)題層出不窮，有機(jī)物污染土壤的修復(fù)迫在眉睫。

溶解性有機(jī)質(zhì)（Dissolved Organic Matter，DOM）是活性很高的一種有機(jī)混合物，含有還原性基團(tuán)如酚基、羥基等，同時(shí)又有氧化性基團(tuán)如羧基、羰基等，可與土壤中的有機(jī)物產(chǎn)生氧化還原、供價(jià)結(jié)合、螯合等多種作用，對(duì)有機(jī)物在土壤中的環(huán)境化學(xué)行為有較大的影響。大量的研究工作表明，DOM與土壤中有機(jī)物的相互作用受到眾多因素的影響[1-4]，本文將重點(diǎn)介紹DOM對(duì)有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響因素，并對(duì)其中的機(jī)理進(jìn)行分析，以期為DOM修復(fù)有機(jī)污染土壤的研究提供新的視野。

1 DOM簡(jiǎn)介

1.1 DOM概念與分類

溶解性有機(jī)質(zhì)( Dissolved Organic Matter，DOM ) 指的是能夠溶解于水溶液的有機(jī)物，是根據(jù)DOM的提取方法而總結(jié)出的操作定義。DOM中以溶解性有機(jī)碳（DOC）為主要組分，同時(shí)包含有溶解性有機(jī)磷、硫和氮等多種組分，具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，亦稱水溶性有機(jī)質(zhì)。

由于研究DOM的人員涉及各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，對(duì)DOM進(jìn)行分類的方法也較多。常見(jiàn)的DOM分類方法有三種：第一種是根據(jù)DOM內(nèi)的化合物進(jìn)行分類的組分法，將DOM按照蛋白質(zhì)、游離氨基酸、糖類、酚和脂等進(jìn)行分類；第二種是根據(jù)DOM分子量大小進(jìn)行分類的粒徑法，將DOM按照分子量＜6 000 Da、6 000 ~14 000 Da和＞14 000 Da進(jìn)行分組，其中小分子DOM主要包括脂肪酸，氨基酸等，大分子DOM主要為富里酸等；第三種是DOM的不同吸附特性進(jìn)行分類的樹(shù)脂法，將DOM通過(guò)XAD樹(shù)脂，分離為酸性親水有機(jī)質(zhì)(HPIA)、酸性疏水有機(jī)質(zhì)(HPOA)、堿性親水有機(jī)質(zhì)(HPIB)、堿性疏水有機(jī)質(zhì)(HPOB)、中性親水有機(jī)質(zhì)(HPIN)、和中性疏水有機(jī)質(zhì)(HPON)[5]等6個(gè)組分。

1.2 DOM對(duì)土壤環(huán)境中有機(jī)物的作用概述

在土壤環(huán)境中，由于土壤結(jié)構(gòu)多樣，且DOM自身理化性質(zhì)復(fù)雜，造成DOM對(duì)土壤中有機(jī)物影響的機(jī)理不盡相同。主要發(fā)生作用的方式包括有氫鍵結(jié)合、配位交換、疏水分配、共價(jià)結(jié)合、鰲合、離子交換和π-π相互作用、電子轉(zhuǎn)移[6-8]等。同時(shí)環(huán)境中的DOM同時(shí)具有親水和疏水的兩性作用，對(duì)機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的有雙重影響：一方面，疏水性的DOM與有機(jī)污染物在土壤表面共同作用，形成疏水性吸附，從而提高了土壤對(duì)低極性和非極性有機(jī)物的結(jié)合能力，抑制了其遷移；另一方面親水性DOM可以增加有機(jī)物在土壤中的溶解度，提高其遷移能力。

2 DOM對(duì)有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響因素

影響DOM對(duì)有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化的主要因素有：DOM的來(lái)源、DOM的分子量大小、DOM的濃度和溶液pH值等。

2.1 DOM的來(lái)源

DOM是一種混合物，不同來(lái)源的DOM其組成可能會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致其與有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化的作用會(huì)有所差異。

Chiou等研究了從土壤腐殖質(zhì)、富里酸和地表水等不同來(lái)源中提取DOM，并研究其與有機(jī)物的結(jié)合能力，結(jié)果表明，結(jié)合能力由大到小依次為土壤腐殖質(zhì)DOM>富里酸DOM>地表水腐殖酸DOM。Jones等[9]從老化黑炭與新鮮黑炭?jī)煞N不同的黑炭中提取DOM，并分別研究其對(duì)農(nóng)藥西瑪津遷移轉(zhuǎn)化的影響，結(jié)果表明，兩種DOM影響西瑪津遷移的能力幾乎是相同的。在國(guó)內(nèi)方面，劉飛翔等[10]采用腐植酸、丙氨酸兩種物質(zhì)制備DOM溶液，研究?jī)煞N不同體系的DOM對(duì)秸稈碳吸附PCP的影響，結(jié)果表明，腐植酸DOM及丙氨酸DOM均降低了秸稈碳的比表面積和孔容，增大了其平均孔徑和表面酸性官能團(tuán)的數(shù)量，使得秸稈碳對(duì)PCP的吸附能力有所降低，增強(qiáng)了PCP的遷移能力。在此過(guò)程中，腐植酸DOM較丙氨酸DOM表現(xiàn)出更顯著的影響。

從腐殖化程度較高的原料中提取的DOM普遍對(duì)有機(jī)物遷移轉(zhuǎn)化的影響較大，其原因可能是組分更為復(fù)雜，影響遷移轉(zhuǎn)化的方式更為多樣。

2.2 DOM分子量大小

通常將分子量小于6 000 Da的DOM稱作小分子DOM，而將分子量大于14 000 Da的DOM稱作大分子DOM。分子量不同的DOM對(duì)有機(jī)化合物的親和力大小不同，其中大分子組分[11]的影響尤為突出。

Chen等[12]研究DOM分子量大小對(duì)土壤中撲草清的作用，結(jié)果表明DOM能都促進(jìn)撲草清在土壤中的遷移，且隨著分子量的增大，撲草清在土壤中的遷移能力增強(qiáng)。Raber等[13]在研究苯并［a］芘污染土壤時(shí)發(fā)現(xiàn)，向污染土壤中加入DOM，可提高苯并［a］芘在土壤中的遷移，且DOM中高分子組分（分子量＞14 000 Da）越多，對(duì)遷移的促進(jìn)作用越大。而張學(xué)政[14]研究發(fā)現(xiàn)小分子DOM(分子量＜

6 000 Da)對(duì)金霉素遷移的促進(jìn)作用大于大分子，大分子組分（分子量＞14 000 Da）對(duì)金霉素的遷移影響極小，這可能是由于大分子DOM和金霉素的親和力太大，產(chǎn)生了共吸附作用，故對(duì)其遷移的影響較小，而小分子DOM與金霉素之間存在競(jìng)爭(zhēng)吸附的關(guān)系，故對(duì)其吸附作用抑制較大，從而促進(jìn)了金霉素在土壤中的遷移。

一般來(lái)說(shuō)，大分子DOM對(duì)有機(jī)物在土壤中的遷移性是增強(qiáng)的，小分子DOM則反之，但是DOM本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)其與不同有機(jī)物反應(yīng)時(shí)可能出現(xiàn)相反的規(guī)律，產(chǎn)生這種情況的原因也是研究的重點(diǎn)。

2.3 DOM的濃度

DOM濃度不一樣，其對(duì)有機(jī)物在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的影響也不一樣，一般來(lái)講，DOM濃度的改變會(huì)影響有機(jī)物的吸附分配系數(shù)，且與土壤中有機(jī)質(zhì)也會(huì)相互作用，從而影響有機(jī)物在土壤中的遷移。

Flores-Cespedes等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在受吡蟲(chóng)啉污染的土壤中添加不同濃度DOM(15~100 mg.L-1) 后，吡蟲(chóng)啉在土壤中的遷移增加了，且濃度越大其效果越明顯。Gao和Ling等[16,17]在研究DOM與土壤中有機(jī)物吸附分配系數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，有機(jī)物的吸附分配系數(shù)與DOM的濃度大小呈正相關(guān)關(guān)系，高濃度DOM能促進(jìn)有機(jī)物的吸附，減弱其在土壤中的遷移能力；但當(dāng)超過(guò)臨界濃度后，DOM對(duì)有機(jī)物的吸附呈抑制作用，增強(qiáng)其在土壤中的遷移能力，且隨著DOM濃度的增大，有機(jī)物在土壤中遷移能力也越大。對(duì)于臨界濃度的大小，凌婉婷[18]等研究發(fā)現(xiàn)其與土壤有機(jī)質(zhì)含量有著緊密聯(lián)系，在有機(jī)質(zhì)含量高的土壤中，DOM臨界濃度相對(duì)較小，抑制有機(jī)污染物吸附的濃度閾值低；在有機(jī)質(zhì)含量高的土壤中，DOM臨界濃度相對(duì)較大，抑制有機(jī)污染物吸附的濃度閾值高。

DOM影響有機(jī)物遷移轉(zhuǎn)化的臨界濃度與土壤理化性質(zhì)和有機(jī)物本身都有關(guān)系，兩者共同決定了DOM濃度對(duì)有機(jī)物作用的靈敏度。

2.4 pH值

溶液pH影響土壤表面的電荷性以及離子型有機(jī)物的存在形式[19]，而DOM含有很多官能團(tuán)，在不同pH值下其解離狀況及DOM延展情況都不一樣。兩者相互作用使得溶液pH值對(duì)DOM影響有機(jī)污染物遷移有重要作用。

Haham等[20]在研究pH值對(duì)DOM影響土壤中磺胺嘧啶的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，溶液的pH值6升高到9后，DOM對(duì)磺胺嘧啶的吸附能力增強(qiáng)，使磺胺嘧啶在土壤中的遷移能力下降。喬肖翠[21]研究發(fā)現(xiàn)，pH值的改變會(huì)影響土壤中萘的遷移速率，在相同DOM濃度下，當(dāng)pH值為8、10時(shí)萘的遷移速率大于pH值為6時(shí)的遷移速率，表明pH值的提高促進(jìn)了DOM對(duì)萘的遷移。

不同有機(jī)物在加入DOM的土壤中對(duì)pH變化的響應(yīng)是不同的，部分有機(jī)物會(huì)隨著pH值的提高而增強(qiáng)其遷移性，部分有機(jī)物則相反或基本沒(méi)有改變，需要進(jìn)行具體的研究。

3 熱點(diǎn)與方向

DOM對(duì)土壤中有機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化的作用受到眾多因素的影響，主要包括了DOM自身性質(zhì)，土壤環(huán)境和污染物種類等。同時(shí)，目前DOM對(duì)有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化的作用大多在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行。而實(shí)際土壤污染體系中的環(huán)境因素與實(shí)驗(yàn)室有較大差異，因此在以后的實(shí)驗(yàn)中，有必要對(duì)實(shí)際環(huán)境條件進(jìn)行模擬，深入研究不同因素的影響程度和其中機(jī)理，以便更好地為有機(jī)污染土壤的修復(fù)提供更好的理論依據(jù)。

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Influence of Dissolved Organic Matter on Migration and Transformation of Organic Pollutants in Soil

（Dept. of Defence Architecture Planning & Environmental Engineering , Logistic Engineering University of PLA, Chongqing 401311, China）

Dissolved organic matter (DOM) plays an important role in the migration and transformation of organic matter in the soil, and it is also affected by many factors. In this paper, the basic concept, classification and environmental effects of DOM were introduced. The factors affecting DOM and organic matters were discussed, such as pH value and source, molecular weight, concentration of DOM. And the reason was analyzed. Finally the research direction in the future was proposed.

dissolved organic matter; organic pollutants; influence factors; migration and transformation

P 642.1

A

1671-0460（2016）09-2221-03

2016-03-24

付高陽(yáng)（1992-），男，山西忻州人，碩士，2014 年畢業(yè)于后勤工程學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)，研究方向：軍事環(huán)境安全。E-mail：550837320@qq.com。

譙華（1975-），女，副教授，博士，研究方向：主要從事土壤污染修復(fù)相關(guān)的教學(xué)與科研工作。E-mail：huwangqiao@163.com。