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芘在土壤不同粒径组分中的形态分布

2015-08-30凌婉婷康福星高彦征南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所江苏南京210095

中国环境科学 2015年9期
关键词:粉粒黏粒砂粒

聂 婧,秦 莉,凌婉婷,康福星,高彦征(南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所,江苏 南京 210095)

芘在土壤不同粒径组分中的形态分布

聂 婧,秦 莉,凌婉婷,康福星,高彦征*(南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所,江苏 南京 210095)

以芘为PAHs代表物,采用土壤粒径分级和PAHs连续提取方法,研究了老化4周污染黄棕壤中芘在不同粒径组分中的形态分布.结果表明,供试土壤中芘主要以有机溶剂提取态和可脱附态存在,结合态残留量所占比例甚小;细砂粒、粉粒、粗黏粒和细黏粒中芘残留占原土总残留的比例分别为6.00%、4.66%、34.68%和40.88%.各粒径组分中各形态芘含量大小顺序为有机溶剂提取态>可脱附态>结合态,有机溶剂提取态和可脱附态是各粒径组分中芘残留的主要存在形态(占比98.82%以上),芘结合态残留量占比<1.18%.土壤中黏粒(包括细黏粒和粗黏粒)是芘可脱附态、有机溶剂提取态、结合态和可提取态残留储存的主要粒径组分.

芘;土壤;粒径;形态;残留

土壤中的多环芳烃(PAHs)因性质稳定、残留期长、难降解、危害大而备受关注[1-5].进入土壤后,PAHs可以多种形态存在.土壤中PAHs可分为可提取态残留(Extractable residue)和结合态残留(bound residue),可提取态残留又可分为可脱附态(Desorbing fraction)和有机溶剂提取态(nondesorbing fraction)两类,PAHs各形态间的稳定性和有效性不同[6]、并可相互转化[7].土壤中 PAHs的形态分布直接影响其污染水平和风险,是土壤污染防治的重要基础.

土壤中 PAHs残留与土壤性质关系密切,其中粒径组成是土壤的重要理化性质[8-10].土壤不同粒径组分的矿物组成、有机碳含量、比表面积、阳离子交换量等物理、化学、生物学性质存在差异[11-12],造成土壤不同粒径组分中 PAHs环境行为存在差异.前期研究发现,土壤中细砂粒、粉粒、粗黏粒、细黏粒等不同粒径组分对 PAHs(菲)吸附均呈线型,但吸附能力差异显著,吸附的分配系数(Kd)与各粒径组分的有机碳含量成显著正相关[13],由此推断各粒径有机碳含量对 PAHs形态分布造成影响,并且是否有其他影响因素尚不清楚.在 PAHs形态方面[14-18,6],国内外尚少有资料涉及土壤不同粒径组分中 PAHs形态分布问题.本文以芘为 PAHs代表物,对采集到的黄棕壤进行污染老化,并用粒径分级法分离老化土壤中不同的粒径组分,再用连续提取法分别测定原土及各粒径组分中芘的不同残留形态,尝试探索土壤不同粒径组分中 PAHs残留的形态分布,旨在为准确评估PAHs污染风险、防治土壤PAHs污染等提供基础依据.

1 材料与方法

1.1材料

试剂:丙羟基-β-环糊精(HPCD,纯度>99%);芘(购自 Aldrich化学试剂有限公司,纯度>98%);丙酮、二氯甲烷、无水硫酸钠均为分析纯;甲醇为色谱纯.

原土样:供试黄棕壤为我国亚热带典型地带性土壤,采自南京农田土壤表层(0~20cm).土样采集后,在室内自然风干、磨碎过60目筛后备用.

各粒径土样:原土样污染老化后,按照土粒分级标准[19]连续分级,分别得到细砂粒、粉粒、粗黏粒、细黏粒4个粒径的土样.各粒径土样基本理化性质见表1.

表1 供试土壤及其粒径组分的基本理化性质Tab1e 1 Some basis properties of test soil and its different particle size fractions

1.2方法

1.2.1原土样污染及老化 向供试土样中加入芘的丙酮溶液,待丙酮完全挥发后,用未污染土样进行稀释,多次搅拌并过筛,直至污染物在土样中混合均匀,制得芘的污染土样,土壤中芘初始污染浓度为500mg/kg.将污染好的土样老化4周后采样待用.老化 4周后芘残留总量为375.17mg/kg,回收率为75.03%.

1.2.2污染土样粒径分级 对过60目筛后的老化土样按下述方法进行粒径分级提取,得到细砂粒、粉粒、粗黏粒、细黏粒等4个粒级的供试样品.

(1) 细砂粒(50~250μm)组分:称取 50g土样置于1L烧杯中,加去离子水,浸泡12h并经超声波分散后,得到土壤悬浊液.将悬浊液缓慢倾倒、过300目筛,并用去离子水反复清洗,直至洗出液变得清亮.收集筛上阻留部分并于 50℃下烘干,得到细砂粒和极少部分植物残体(轻组),即为50~250μm组分.

(2) 粉粒(5~50μm)组分:将上一步过筛后的悬浮液转入 1L烧杯中加去离子水,搅拌混匀.搅拌停止即开始记录沉降时间,根据悬液温度查表[9]得该粒级颗粒沉降 10cm所需时间,然后将上层 10cm溶液用虹吸管吸出.再向烧杯中补充去离子水,按上述方法,重复该过程约20次,直至在规定吸液时间内,液面下 10cm高度内悬液澄清为止.将烧杯中剩余的沉积物于 50℃下烘干,即得到5~50μm粉粒.

(3) 粗黏粒(1~5μm)组分:对上一步收集的虹吸溶液转移到300mL离心管中,1500r/min离心5min(离心时间根据Stokes' Law计算),得到的上清液用于后续分离,收集底物于 50℃下烘干.该过程分离得到1~5 μm粗黏粒.

(4) 细黏粒(0.1~1μm)组分:将步骤(3)得到的上清液转移到300mL离心管中,4500r/min离心54min,上清液保存用于进一步分离,离心底物收集汇总、50℃下烘干,得到0.1~1μm细黏粒.

分级回收率为86.14%,损失部分为留存在未提取纳米颗粒及水中的部分.

分级过程芘的回收率为86.14%,损失部分残留于未提取的纳米颗粒或水中.

1.2.3原土及各粒径土样中芘的形态分析[20,7]测定黄棕壤原土及各粒径组分中芘的各形态残留,每个处理设4个平行.

可脱附态:取3克干燥土样于25mL玻璃离心管中,加入15mL提取液(超纯水配制,HPCD浓度为 70mmol/L,叠氮化钠浓度为 0.05%),在150r/min、25℃避光条件下振荡,时间间隔分别为60,120,240h,每个间隔将离心管从摇床取出,于2000r/min下离心25min,倒出上清液,加入新的提取液;每次倒出的上清液合并.收集全部上清液用10mL的二氯甲烷液-液萃取,重复3次.萃取液用无水硫酸钠过滤干燥,旋转蒸发仪蒸干,甲醇定容至2mL,过0.22µm微孔滤膜,HPLC测定.

有机溶剂提取态:将上一步提取后土样37℃烘干,加入10mL的1:1(体积比)的二氯甲烷与丙酮混合萃取液,超声萃取 10min,于2000r/min下离心25min,收集上清液,重新加入萃取液,重复5 次.萃取液用无水硫酸钠过滤干燥,旋转蒸发仪蒸干,甲醇定容至2mL,过0.22µm微孔滤膜,HPLC测定.

结合残留态:向以上过程提取后的土样中加入10mL 2mol/L的NaOH溶液,100℃条件下水浴2h,冷却、于2000r/min下离心 25min,取上清液,并用少量 NaOH溶液润洗土壤,收集润洗液;用6mol/L的HCI调pH值小于2.0,10mL二氯甲烷液—液萃取,重复3次.萃取液用无水硫酸钠过滤干燥,旋转蒸发仪蒸干,甲醇定容至 2mL,过0.22µm微孔滤膜,HPLC测定.

HPLC分析条件:色谱柱为 4.6mm×150mm烷基 C18反相柱;流动相为色谱纯甲醇,流速1mL/min;柱温 40℃,进样量 20µL,检测波长245nm.

1.3数据分析

用Microsoft office Excel 2013、SPSS进行数据分析;使用Originsoftware 8.0进行作图.

2 结果与讨论

2.1黄棕壤原土中芘的形态分布

老化 4周后,黄棕壤原土中芘残留总量为375.17mg/kg.各形态芘含量见表2,其中可脱附态残留量为108.99mg/kg,占残留总量的29.18%;有机溶剂提取态残留量为 263.26mg/kg,占残留总量的70.49%;结合态残留量为2.92mg/kg,仅占残留总量的 0.33%.从含量来看,土壤中芘主要以有机溶剂提取态和可脱附态存在,结合态残留量所占比例甚微.

表2 土壤中芘各形态残留含量及所占比例Table 1 Concentrations and proportions of different forms of pyrene in soil

土壤PAHs的可提取态残留较易被生物吸收利用,可反映其在土壤中的有效性.可提取态残留含量为可脱附态和有机溶剂提取态残留含量之和.可提取态残留是芘在黄棕壤原土中存在的主要形态,含量为 372.25mg/kg,占芘在土壤中残留总量的 99.67%;其中,有机溶剂提取态是芘可提取态残留的主要组成部分,占可提取态残留总量的70.72%.

2.2土壤各粒径组分中芘的形态分布

土壤细砂粒、粉粒、粗黏粒和细黏粒等粒径组分中芘的含量分别为 331.93,32.49,402.23, 2178.33mg/kg,但由于原土中各粒径组分含量(Mi,g/kg)不同(表 1),各粒径组分中芘残留占原土总残留的比例差异很大.各粒径组分芘残留占原土总残留的比例(Ai,%)计算公式:

式中,Ci为各粒径组分中芘残留含量.计算得细砂粒、粉粒、粗黏粒和细黏粒中芘残留占原土总残留的比例分别为 6.00%、4.66%、34.68%和40.88%.显然,老化 4周后,供试土样中芘主要残存于黏粒(包括粗黏粒和细黏粒)中.

分析了各粒径组分中芘的形态(图1).有机溶剂提取态是芘在细砂粒中残留的主要形态,含量为186.92mg/kg,占细砂粒中芘总残留的56.31%;可脱附态残留含量为143.72mg/kg,占43.30%;结合态残留含量仅为 1.29mg/kg,占 0.39%.粉粒中芘各形态残留含量是各粒径组分中最低的,其可脱附态、有机溶剂提取态、结合态残留含量分别为 19.85,12.42,0.22mg/kg,分别占粉粒中芘总残留的 61.10%、38.22%、0.68%.粗黏粒中芘可脱附态、有机溶剂提取态、结合态残留含量分别为144.41,254.91,2.91mg/kg,分别占粗黏粒中芘总残留的 35.90%、63.37%、0.73%.在土壤各粒径组分中,细黏粒中芘各形态残留含量最高,细黏粒中芘可脱附态、有机溶剂提取态、结合态残留含量分别为 201.96,1950.65,25.72mg/kg,分别占粗黏粒中芘总残留的9.27%、89.55%、1.18%.综上可见,黄棕壤各粒径组分中各形态芘含量大小顺序总体表现为有机溶剂提取态>可脱附态>结合态,有机溶剂提取态和可脱附态是各粒径组分中芘残留的主要存在形态,两种形态残留占各粒径组分总残留的比例均>98.82%,芘结合态残留含量甚微、占各粒径组分总残留的比例<1.18%.

图1 土壤不同粒径组分中芘各形态残留含量及所占比例Fig.4 Concentrations and proportions of different forms of pyrene in different particle-size fractions of soil

2.3芘各形态残留在土壤不同粒径组分中的分布为了进一步探究某一形态的芘残留主要存在于哪些粒径组分中,分析了芘可脱附态、有机溶剂提取态、结合态残留在土壤不同粒径组分中的分布.对于某一形态(j)芘残留,其在某粒径组分(i)中分布的比例(Bj,%)计算公式为:

式中,Mi为原土中各粒径组分含量(表1),Ci-j为某粒径组分(i)中某一形态(j)芘残留含量(mg/kg), C土-j为原土中某一形态(j)芘残留量(表2).计算得各形态芘残留在土壤不同粒径组分中分布的比例,如表3所示.

表3 芘各形态残留在土壤不同粒径组分中所占比例(%)Table 1 Proportions of different forms of pyrene in different particle-size fractions of test soils (%)

由表3可见,芘可脱附态残留在细砂粒、粉粒、粗黏粒和细黏粒中分布比例分别为8.88%、9.81%、42.85%和 13.05%,对原土中芘可脱附态残留贡献最大的粒径组分为黏粒(包括粗黏粒和细黏粒,共占 55.90%).原土中有机溶剂提取态残留在各粒径组分中分布的比例大小分别为细黏粒(52.16%)>粗黏粒(31.32%)>细砂粒(4.78%)>粉粒(2.54%),黏粒(包括粗黏粒和细黏粒)是该形态芘残留存在的主要组分(共占 83.48%).芘结合态残留在细砂粒、粉粒、粗黏粒和细黏粒中分布比例分别为 2.99%、4.10%、27.82%和 62.02%,与芘可脱附态残留和有机溶剂提取态残留类似,黏粒(包括粗黏粒和细黏粒)也是芘结合态残留存在的主要组分(共占89.84%).上述结果揭示,土壤中黏粒是各形态芘残留储存的主要组分,但相对于芘可脱附态,有更高比例的芘结合态残留和有机溶剂提取态残留存在于该组分.

2.4土壤各粒径组分中芘可提取态残留

4个粒径组分中,芘可提取态残留含量大小顺 序 为 细 黏 粒 (2152.61mg/kg)>粗 黏 粒(399.32mg/kg)>细砂粒(330.64mg/kg)>粉粒(32.27mg/kg).尽管土壤中细黏粒组分含量最低(70.40g/kg)(表 1),但细黏粒是芘可提取态残留含量最高的粒径组分;而粉粒在土壤中组分含量最高(538.60g/kg)(表 1),但却是芘有效态残留含量最低的粒径组分.

从各粒径组分中芘可提取态残留占土壤可提取态残留总量的百分比来看(表4),芘可提取态残留主要分布在细黏粒和粗黏粒组分,分别占比40.72%和 34.70%,而粉粒和细砂粒占比均小于6%.可见,黏粒(包括细黏粒和粗黏粒)仍是芘可提取态残留在土壤中储存的主要粒级组分.

表4 土壤各粒径组分中芘可提取态残留含量及所占比例Table 1 Concentrations and proportions of available residues of pyrene indifferent particle-size fractions of test soils

2.5讨论

2.5.1老化时间的影响 芘等 PAHs进入土壤后,先在土壤中发生快速吸附,进而吸附变缓,并逐渐转移到生物组织、细胞或酶很难进入的土壤内部孔隙中而被“锁定”,或与土壤有机物质形成稳定的螯合物[17,21-22].前者多不涉及化学结构的改变,较易被常规鉴定方法提取和分析;后者则多涉及较复杂的理化过程,在土壤中形成稳定和难提取的结合态残留,从而降低了 PAHs的毒性和生物有效性[23-26].以往资料表明[21,25-27],因“慢吸附”所需时间较长,并与土壤性质关系密切,在较短的老化时间下,较稳定的结合态残留在土壤的留存量只占污染物残留总量的很少一部分,而可提取态残留则是土壤中污染物残留的主要存在形态.本试验中芘污染土壤老化4周后,芘各形态残留符合上述分布特点.在原土及各粒径组分中,芘可提取态残留在其残留总量中的占比高达98%以上,而结合态残留占比只有不到 1.2%.另一方面,“快速吸附”和“慢吸附”的差别也使土壤老化时间成为影响PAHs形态分布的因素.在较长期的土壤老化过程中,随着土壤老化时间的延长,“慢吸附”将成为土壤吸附PAHs的主要作用,原土及各粒径组分中 PAHs的各残留形态间将发生转化,部分可提取态残留将转化为结合态残留留存于土壤中.本试验中,土壤老化时间较短,只有 4周,但按前述理论推测,随着土壤“老化”时间延长,土壤及各粒径组分中芘可提取态残留的含量应会降低,而结合态残留含量将呈上升趋势.

2.5.2 土壤性质的影响 本试验中土壤各粒径组分的有机碳含量并不相同,细砂粒因含有极少量植物残体而有较高的有机碳含量;粉粒的主要矿物组分为石英等原生矿物,因而有机碳含量较低;黏粒则因含有较多的黏土矿物而易与土壤有机质结合形成团聚体,导致其有机碳含量高于粉粒.有报道表明,土壤有机碳含量是影响土壤中PAHs等持久性有机污染物分布的重要因素[28];也有资料表明,除有机碳含量外,土壤其它性状及有机质(SOM)本身性质也有重要影响[29-31].本试验中,芘各形态残留在土壤不同粒径组分中的分布验证了这一说法.本文研究结果表明,芘在各粒径组分中的残留总量、可提取态残留量、各形态残留量及其占原土中相应残留的比例表现为颗粒较细的黏粒(包括粗黏粒和细黏粒)大于颗粒较粗的粉砂粒(包括细砂粒和粉粒).黏粒的有机碳含量低于细砂粒高于粉粒,各粒径组分有机碳含量的高低无法解释上述结果.说明除有机碳含量外,有机质及土壤性质也影响其中芘的形态分布.

理论上看,越细的土粒,其比表面积越大、活性位点越多、供试污染物与土粒“汇”点接触机会越大,该组分中污染物残留量越高.本文结果表明,各粒径组分中芘残留占原土总残留的比例大小为细黏粒(40.88%)>粗黏粒(34.68%)>细砂粒(6.00%)>粉粒(4.66%),这与这些粒径组分的比表面积(表1)大小顺序一致,比表面积是影响土壤各粒径组分中芘残留的一个重要因素.粉砂粒中,由于粉粒有机碳含量很低(仅 4.66g/kg),导致尽管粉粒在供试土壤中组分含量最高(538.60g/kg)(表1),但粉粒中芘残留总量、可提取态残留量及各形态残留量占原土中相应残留的比例均小于细砂粒(有机碳含量为 56.17g/kg).单从组分有机碳含量来看,粗黏粒和细黏粒有机碳含量分别为23.94,21.85g/kg,低于细砂粒,但黏粒芘残留总量、可提取态残留量及各形态残留量占原土中相应残留的比例均最高,这表明,土壤其它性质也会影响各粒径组分中芘的残留.就SOM“双重吸附模型”的假设来说,扩展域(弹性、橡胶质)和凝结域(坚硬、玻璃质)对PAHs的作用是不同的;也有理论认为当 PAHs等有机物与土壤接触后,土壤中的矿物质、高度松散无定形有机质和致密有机质这3部分按顺序与污染物发生反应[25],形成不同的形态残留.本试验中,芘不同形态在各粒径组分中分布的差异性也可由这些理论解释.细砂粒有机碳含量虽然高于粗黏粒,但其比表面积却低于后者,可推测两者相比,细砂粒的有机质中含有较多结构较松散的无定形碳;在粗黏粒和细黏粒有机碳含量相差不大的情况下,细黏粒较大的比表面积预示着其中具有较多的微孔,可推测细黏粒的有机质含量中致密有机质所占的比例较大,造成其对芘的储存能力更强;Wilche的研究分析也证明了这种推测[32].

土壤是复杂的有机-无机复合体,土壤矿物大多与土壤有机质结合,而不单独与PAHs发生作用;土壤表层的矿物表面通常被土壤有机质覆盖,阻碍其与有机污染物的作用.Karimi等[33]也指出,由于土壤矿物具有亲水性,通常对非离子型有机污染物不具有吸附作用.本试验中,各粒径土壤的矿物组成不同.与粉砂粒中石英、云母等原生矿物相比,黏粒(包括粗黏粒和细黏粒)中的蒙脱石、伊利石等黏土矿物有助于芘在其中的积累.但与土壤有机质含量相比,矿物组成差异对不同粒径土壤中芘形态分布的影响并不显著.少量腐植酸就能对蒙脱石吸附有机物造成显著影响[34].在矿物-有机质复合体系中,很难单独定量描述矿物或有机质对其中 PAHs残留形态的贡献率.

2.5.3土壤中 PAHs的归趋及有效性 土壤中的PAHs会被微生物降解[35].本试验中,细砂粒、粉粒、粗黏粒和细黏粒中芘残留占原土总残留的比例分别为 6.00%、4.66%、34.68%和 40.88%,因而从整个黄棕壤体系来看,粉砂粒中的芘最易被降解,而黏粒中的芘能残留较长时间.虽然细黏粒在供试土壤中的含量最低(70.40g/kg)(表 1),但其中芘各形态残留量均为 4种粒径组分中最高,最难被降解.相反,粉粒中的芘最易被降解.此外,与粉砂粒相比,黏粒中的黏土矿物增多,比表面积增大,利于较稳定、难降解的结合态残留的形成和积累.土壤中含量较低的黏粒是 PAHs等有机污染物的重要“汇”处.

PAHs能在土壤中缓慢形成较稳定难降解的结合态残留,从而降低其在土壤中的毒性及生物有效性,所以只用芘的残留总量并不能准确评估其在土壤中的风险,因而近些年来国内外十分关注土壤中PAHs的有效性问题.在PAHs各形态中,因可提取态残留较易被植物、动物、微生物所吸收积累,可提取态残留量常被用来评估 PAHs在土壤中的有效性[36-37].本试验中因老化时间较短(4周),结合态残留的含量并不高,芘在土壤中仍具有很高的生物有效性.然而土壤中可提取态残留的含量并非一成不变,微生物降解、物理化学“锁定”作用等可导致其含量降低,另外有研究表明 PAHs各形态间也能发生转化[6],这也会影响土壤中 PAHs生物有效性及风险.本文研究结果显示,土壤不同粒径组分同样会影响芘的有效性及分布;这为进一步准确地评估土壤中芘残留毒性及危害提供了理论依据.

3 结论

3.1老化4周供试黄棕壤中芘主要以有机溶剂提取态和可脱附态存在,结合态残留量所占比例甚小.细砂粒、粉粒、粗黏粒和细黏粒中芘残留占原土总残留的比例分别为 6.00%、4.66%、34.68%和 40.88%.推测随着老化时间的延长,有机溶剂提取态残留和可脱附态残留含量下降,而结合态残留含量上升.

3.2老化4周各粒径组分中各形态芘含量大小顺序为有机溶剂提取态>可脱附态>结合态,有机溶剂提取态和可脱附态是各粒径组分中芘残留的主要存在形态(占比 98.82%以上),芘结合态残留量占比<1.18%.推测随着老化时间延长,各粒径组分尤其是黏粒(包括细黏粒和粗黏粒)中,芘结合态残留含量将上升.

3.3土壤中黏粒(包括细黏粒和粗黏粒)是芘可脱附态、有机溶剂提取态、结合态和可提取态残留储存的主要粒径组分.

[1] Tao S, Xu F, Liu W, et al. A chemical extraction method for mimicking bioavailability of polycyclic aromatic hydrocarbons to wheat grown in soils containing various amounts of organic matter [J]. Environmental Science and Technology, 2006,40:2219-2224.

[2] Su Y, Zhu Y. Uptake of selected PAHs from contaminated soils by rice seedlings (Oryza sativa) and influence of rhizosphere on PAH distribution [J]. Environmental Pollution, 2008,155:359-365.

[3] Zhu Y, Zhang S, Huang H, et al. Effects of maize root exudates and organic acids on the desorption of phenanthrene from soils [J]. Journal of Environmental Sciences, 2009,21:920-926.

[4] Kang F, Gao Y, Wang Q. Inhibition of free DNA degradation by the deformation of DNA exposed to trace polycyclic aromatic hydrocarbon contaminants [J]. Environmental Science and Technology, 2010,44:8891-8896.

[5] 刘贵荣,史国良,张 普,等.成都市PM10中多环芳烃来源识别及毒性评估 [J]. 中国环境科学, 2014,34(10):2479-2484.

[6] Ling W, Zeng Y, Gao Y, et al. Availability of polycyclic aromatic hydrocarbons in aging soils [J]. Journal of Soils and Sediments, 2010,10:799-807.

[7] Gao Y, Zeng Y, Shen Q, et al. Fractionation of polycyclic aromatic hydrocarbon residues in soils [J]. Journal of Hazardous Materials, 2009,172(2):897-903.

[8] Giménez D, Perfect E, Rawls W. J, et al. Fractal models for predicting soil hydraulic properties: a review [J]. Engineering Geology, 1997,48:161-183.

[9] Huang G, Zhang R. Evaluation of soil water retention curve with the pore-solid fractal model [J]. Geoderma, 2005,127:52-61.

[10] Montero E. Rényi dimensions analysis of soil particle-size distributions [J]. Ecological Modelling, 2005,182:305-315.

[11] 杨振明,鲍士旦.我国主要土壤不同粒级的矿物组成及供钾特点[J]. 土壤通报, 1999,30(4):163-167.

[12] 王 楠,姚佳佳,高彦征,等.黄棕壤中不同粒径组分的提取分级与表征 [J]. 中国环境科学, 2012,32(12):1921-1932.

[13] Gao Y, Wang N, Li H, et al. Low-molecular-weight organic acids influence the sorption of phenanthrene by different soil particle size fractions [J]. Journal of Environmental Quality, 2015,44:219-227.

[14] Chung N, Alexander M. Differences in sequestration and bioavailability of organic compounds aged in dissimilar soils [J]. Environmental Science and Technology, 1998,32:855-860.

[15] Alexander M. Bioavailability of organic compounds Sequestered in soils - treatment of contaminated soil [M]. Springer Berlin Heidelberg, 2001:197-202.

[16] Hatzinger P, Alexander M. Effect of aging of chemicals in soil on their biodegradability and extractability [J]. Environmental Science and Technology, 1995,29:537-545.

[17] Xing B. Sorption of naphthalene and phenanthrene by soil humicacids [J]. Environmental Pollution, 2001,111:303-309.

[18] Bogan B W, Trbovic V. Effect of sequestration on PAH degradability with Fenton's reagent: roles of total organic carbon, humin, and soil porosity [J]. Journal of Hazardous Materials, 2003,B100:285-300.

[19] 中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析 [M]. 上海:上海科学技术出版社, 1980:466-536.

[20] Sabaté J, Vinas M, Solanas A M. Bioavailability assessment and environmental fate of polycyclic aromatic hydrocarbons in biostimulated creosote-contaminated soil [J]. Chemosphere, 2006, 63:1648-1659.

[21] Alexander M. Aging, bioavailability, and overestimation of risk from environmental pollutants [J]. Environmental science and technology, 2000,34(20):4259-4265.

[22] Weber Jr W J, McGinley P M, Katz L E. A distributed reactivity model for sorption by soils and sediments. 1. Conceptual basis and equilibrium assessments [J]. Environmental Science and Technology, 1992,26(10):1955-1962.

[23] 汪立刚,蒋 新.土壤结合态农药残留生物有效性研究进展 [J].农业环境科学学报, 2003,22:376-379.

[24] 曾跃春,高彦征,凌婉婷,等.土壤中有机污染物的形态及植物可利用性 [J]. 土壤通报, 2009,6:1479-1484.

[25] 胡霞林,刘景富,卢士燕,等.环境污染物的自由溶解态浓度与生物有效性 [J]. 化学进展, 2009,21(2/3):514-523.

[26] Gevao B, Semple K T, Jones K C. Bound pesticide residues in soils: a review [J]. Environmental Pollution, 2000,108:3-14.

[27] Khan S U. Bound pesticide residues in soil and plants [J]. Residue Reviews, 1982(84):1-25.

[28] Petruzzelli L, Celi L, Cignetti A, et al. Influence of soil organic matter on the leaching of polycyclic aromatic hydrocarbons in soil [J]. Journal of Environmental Science and Health, Part B, 2002,37(3):187-199.

[29] Bogan B W, Trbovic V. Effect of sequestration on PAH degradability with Fenton's reagent: roles of total organic carbon, humin, and soil porosity [J]. Journal of Hazardous Materials, 2003, 100(1):285-300.

[30] Hundal L S, Thompson M L, Laird D A, et al. Sorption of phenanthrene by reference smectites [J]. Environmental Science and Technology, 2001,35(17):3456-3461.

[31] Nam K, Kim J Y, Oh D I. Effect of soil aggregation on the biodegradation of phenanthrene aged in soil [J]. Environmental Pollution, 2003,121(1):147-151.

[32] Wilcke W. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PHAs) in soil-a review [J]. Plant Nutrition and Soil Science, 2000,163:229-248.

[33] Karimi-Lotfabad S, Pickard M A, Gray M R. Reactions of polynuclear aromatic hydrocarbons on soil [J]. Environmental Science and Technology, 1996,30(4):1145-1151.

[34] 姚佳佳,康福星,高彦征.低分子量腐殖酸改性蒙脱土对黄曲霉素的吸附作用 [J]. 环境科学, 2012,33(3):958-964.

[35] 刘 爽,刘 娟,凌婉婷,等.一株高效降解菲的植物内生细菌筛选及其生长特性 [J]. 中国环境科学, 2013,33(1):95-102.

[36] Tang J, Liste H H, Alexander M. Chemical assays of availability to earthworms of polycyclic aromatic hydrocarbons in soil [J]. Chemosphere, 2002,48(1):35-42.

[37] Tao Y, Zhang S, Wang Z, et al. Biomimetic accumulation of PAHs from soils by triolein-embedded cellulose acetate membranes (TECAMs) to estimate their bioavailability [J]. Water Research, 2008,42(3):754-762.

The forms of pyrene in different particle-size fractions of soil.

NIE Jing, QIN Li, LING Wan-ting, KANG Fu-xing, GAO Yan-zheng*(Institute of Organic Contaminant Control and Soil Remediation, Nanjing Agriculture University, Nanjing 210095, China).

China Environmental Science, 2015,35(9):2721~2728

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), a group of persistent organic pollutants with high toxic properties, have been found in soil with high concentrations all over the world. However, the forms of PAHs in different particle-size fractions of soils have never been clarified heretofore. Here, the forms of pyrene as a representative PAH in different particle-size fractions of a yellow-brown soil were fractionated. Four soil fractions with different particle-size were obtained including fine sand (50~250 μm), silt (5~50 μm), coarse clay (1~5 μm), and fine clay (0.1~1 μm). Pyrene in each particle fraction was sequentially fractionated into three forms including desorbing fraction, non-desorbing fraction and bound residue. Pyrene was found to dominantly present as desorbing fraction and non-desorbing fraction in test soil. 6.00%, 4.66%, 34.68% and 40.88% of pyrene was found in fine sand, silt, coarse clay and fine clay, respectively. The concentrations of each form of pyrene in every particle-size fraction were in the order of non-desorbing fraction >desorbing fraction > bound residue. Non-desorbing and desorbing fraction were the dominant forms of pyrene in test particles, while bound residue contributed less than 1.18% to the total contents of pyrene in each particles with different particle-size. Clays (coarse and fine clays) were the dominant sink of pyrene in soil irrespective of soil desorbing fraction, non-desorbing fraction, bound residue and extractable fraction. Results of this work benefited the understanding of PAH sink in soil, and would be valuable for PAH risk assessment and pollution controls in the soil environment.

pyrene;soil;particle size;form;residue

X53

A

1000-6923(2015)09-2721-08

2015-02-06

国家自然科学基金(41171193,21477056);江苏省杰出青年基金(BK20130030)

*责任作者, 教授, gaoyanzheng@njau.edu.cn

聂 婧(1988-),女,河南焦作人,南京农业大学硕士研究生,主要研究方向为环境化学.

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