有机农药污染土壤的修复技术初探
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[ 1] [ 2] 刘桂平 , 周永春 , 方 炎 , 等 . 中 国农业 污染 的现状 及应 对 建议 [ J] . 国际技术经济研 究 , 2006, 9( 4) : 17 -23. 余向阳 , 应光国 , 刘贤 进 , 等 . 土 壤中黑 碳对 农药敌 草隆 的 吸附 解吸 迟滞行为研究 [ J] . 土壤学报 , 2007, 44( 4) : 650 655. 邱宇平 , 程海燕 , 龚兵 丽 , 等 . 草 木灰对 土壤 中敌草 隆吸 附 及微生物降解行为的影响 [ J] . 华东师范 大学学报 ( 自然 科 学版 ) , 2006( 6) : 125 - 130. 曹 罡 , 莫汉宏 , 安春凤 . 除草剂 2, 4 - D 在胡敏 酸上的吸 附 [ J] . 环境科学学报 , 2002, 22( 1) : 120 - 122. 王金芳 , 张 俊燕 , 江树 人 , 等 . 8 种磺 酰脲 类除 草剂 在腐 植 酸上 的 吸 附 作 用 与 机 理 初 探 [ J] . 农 业 环 境 科 学 学 报 , 2007, 26( 5) : 1650 - 1653. 汪传刚 , 龚道新 , 施 翔 , 等 . 阴 离子表 面活 性剂对 土壤 吸 附噻吩磺隆的影响 [ J] . 湖 南农业大学 学报 ( 自然科学 版 ) , 2007, 33( 2) : 221 - 227. 欧 阳天贽 , 叶发兵 , 李学恒 . 苄嘧磺隆在几种氧 化物表面 的 吸附及氯离子 对吸 附的影 响 [ J] . 中 国农 业科 学 , 2003, 36 ( 12) : 1614 -1617. 陈勇生 , 常晓青 , 朱 琳 , 等 . 对 氯酚的 生物 降解及 其污 染 土壤的生物 修复探索 [ J] . 环境化学 , 1999, 18( 1) : 82 - 87. 沈 标 , 邵劲松 , 李顺鹏 , 等 . 假单胞 菌 DL L - 1 在 土壤生 物
2010 年第 6 期 ( 总第 63 期 )
2010 年 12 月
环境保护
有机农药污染土壤的修复技术初探
祝 方1 ,
大同
贾文珍1 ,
章明帅2,
赵景逵3
太原 030024; 太谷 038000)Βιβλιοθήκη Baidu
( 1. 太原理工大学环境科学与工程 学院 , 山西 2. 大同市林业调查规划院 , 山西 摘 要:
037003; 3. 山西农业大学资源与环境学院 , 山西
中国农药使用量大 , 是农业面源污染中的主要污染物 , 因 此 , 修复农药 污染的土 壤是农业面 源污染治 理的重点 。 农药 ; 土壤 ; 化学修复 ; 生物修复 X53 文献标识码 : A 文章编号 : 1674 - 3997 - ( 2010) 06 - 0065 - 02
叙述了农药污染土壤的化学 、 微生物 、 植物修复研究的进展 , 对今后农药污染土壤的化学和生物修复进行了展望 。 关键词 : 中图分类号 :
2010 年第 6 期
2010 年 12 月
2
2. 1
生物修复法对农药污染土壤的治理
微生物修复法对农药污染土壤的治理 目前 , 农药 的污染主 要是有机 氯农药、 有机磷 农 药、 拟除虫菊酯类等农药 , 研究微生物修复土壤也以这 几种农药污染的土壤为对象。 2. 1. 1 有机氯农药污染土壤的微生物降解修复 典型的有机氯农药 DDT , 林丹, 阿特拉津等残留时 间长、 不易消除 , 因此 , 仍是土壤农药污染的主要类型。 陈勇生 [ 8] , 等从天津农药厂混合土壤中分离出 1 株能 够降解对氯酚的黄单胞菌并将其应用到对氯酚污染的 土壤中 , 结果显示菌株对污染土壤中对氯酚降 解率为 50% 。 2. 1. 2 有机磷农药污染土壤的微生物降解修复 有机磷农药主要有敌敌畏、 甲基对硫磷、 乐果、 三 唑磷、 毒死蜱等 , 假单胞菌在有机磷生物修复中应用较 多。沈标[ 9] , 等发现了假单胞菌 DLL - 1 在甲基对硫磷 污染的土壤 中可有效 地降低植 物中的甲 基对硫磷 含 量, 说明 DLL- 1 对其有降解作用。李芳[ 10] , 等 将淡紫 拟青霉与农药辛硫磷混合进行摇瓶培养, 培养 5 天后 辛硫磷的降解可达 96% 以上 , 因此, 可以认为淡紫拟青 霉对土壤中的辛硫磷具有显著的生物降解作用。 2. 1. 3 其他农药污染土壤的微生物降解修复 拟除虫菊酯类的农药也是目前土壤中残留的农药 类型之一, 其稳定性比较强 , 在土壤中较难降解。许育 新[ 11] , 等在实验室条件下应用降解菌 CDT 3 和 PBM 11 对氯氰菊酯污染的土壤进行了联合修复, 降解 菌可以 消除农药对土壤微生物的抑制 , 有助于土著微 生物种 群的恢复 , 从而使污染土壤得到了较好的修复。 2. 2 影响微生物降解的因素 影响微生物降解农药的因素除了微生物的种类以 及农药种类外, pH 值和温度对微生物降解农药也会产 生一定的影响。沈哲峰 [ 12] , 等探讨了香蕉秸秆堆肥过 程中 C/ N 比、 温度、 含水率、 pH 值对百菌清、 三唑酮、 氯 氰菊酯和溴氰菊酯降解的影响。香蕉秸秆堆肥对 4 种 农药都具有明显的降解作用。其最佳降解条件为 C/ N 为 25 1 或 35 1, 温度为 40 ~ 50 , 含水率为 60% ~ 70% , pH 为 9. 7。另外 , 微生物之间的协同作用也可促 进微生物对农 药的降解, 这也 是影响微生物 降解的 1 [ 13] 个重要因素。裘娟萍 利用假单 胞杆菌和芽孢杆 菌 混合菌群对多效唑污染的土壤进行修复, 35 天后降解 率达 86. 2% , 并且降解彻底产生 CO2 。研究还发现勤 松土 , 多光照更有利于多效唑的降解。
4
结论
化学修复具有修复周期短、 修复成效快等优点 , 但 是 , 由于其费用高, 容易造成土壤的二次污染 , 目前 , 还 未单独应用到场地修复中。生物修复农药污染的土壤 具有费用低、 易施行、 治理效果明显、 不易产生副作用、 可恢复和建设生态环境等优点, 但是 , 它修复周期长。 将基因工程加入到生物修复中, 充分利用根际微生物 和酶在植物 微生物修复中的协同作用 , 将是生物修 复的 1 条新途径。随着农药污染土壤的 日益严重, 利 用单一方法进行土壤修复会使修复效果存在一定的局 限性 , 而化学 生物联合修复及植物 微生 物联合修 复 , 将会使农药污染土壤修复的效果大大提高 , 成本有 所降低 , 因此 , 这 2 种联合修复方法将成为污染土壤修 复的 1 个新的发展方向。 参考文献:
Review of Remediation Technology for Pesticide - polluted Soil
ZHU Fang1 , JIA Wen - zhen1 , ZHANG Ming - shuai 2 , ZHAO Jing - kui 3
( 1. College of Environmental Sci ence & Technology, Taiyuan Uni ver si ty of Technology, Taiyuan 030024, Shanxi , China; 2. Datong Forest Survey and Desi gn Institute, Datong 037003, Shanxi, China; 3. College of Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu 038000, Shanxi, Chi na) Abstract: As amount of pesticides used in china is a necessity for agriculture, pesticides are the main pollutant in non - point pollution of agriculture. T herefore, r emediation of pesticide - polluted soil is focal point of the work in non - point pollut ion of ag riculture prevention. In t his paper , w e review the resear ch advances on remediation technology of pesticide - contaminated soil and expect for future repairing in chemical remediation and bioremediation on pesticide -polluted soil. Key words: pesticide; soil; chemical remediation; bioremediation
土壤中的残留量呈一定的线性关系 , 但是, 毒死蜱浓度 过高会抑 制菠 菜的 生长。 张超 兰[ 15] , 等以 多花 黑麦 草、 紫花苜蓿及籽粒苋作为供试植物 , 在有机氯农药六 六六 ( H CH) 质量分数为 1. 09 mg/ kg 的污染土壤中种 植 3 个月, 大大提高了土壤中微生物数量和酶的活性, 加速了土壤中六六六的降解 , 达到修复的目的。
收稿日期 : 2010 - 10 - 28 第一作者简 介 : 祝 方 , 1965 年 生 , 女 , 上海 人 , 2006 年毕 业于 武汉大学物理化学专业 , 博士 , 副教授 。
究了小麦秸秆、 草木灰、 黑碳及含灰土对敌草隆的吸附 行为 , 敌草隆在无灰土和小麦秸秆上的吸附属于分配 过程 , 将草木灰还田与秸秆还田相比 , 敌草隆在土壤中 的吸附量将提高 9. 7 倍, 从草木灰分离的黑碳对敌草 隆的吸附能力比草木灰高 7 倍~ 45 倍。 1. 2 表面活性剂修复法 表面活性剂可以修复土壤中的有机污染物和无机 污染物。曹罡 [ 4] , 等 研究了农药 2, 4 - D 在胡敏酸上的 吸附。该吸附的等温线符合非线性的 Freundlich 吸附 等温线。2, 4 - D 的吸附量随胡敏酸的含量增加而增大, 随温度的升高而下降。王金芳 [ 5] , 等研究了 8 种磺酰 脲类除草剂在腐植酸上的吸附行为, 在低 pH 值条件下 除草剂的吸附量增加。汪传刚 [ 6] , 等认为十二烷基硫 酸钠 ( SDS) 对噻吩磺隆在不同土壤中吸附行为明显不 同。SDS 对红壤中噻吩磺隆的吸附具有抑 制作用; 而 在河潮土中 SDS 低浓度时抑制噻吩磺隆吸附, 高浓度 时促进其吸附。SDS 在 2 种土壤中对农药的吸附符合 Freundlich 等温方程。 1. 3 黏土矿物修复法 除了上述 2 种修复方法外 , 黏土矿物也可用于农 药污染土壤的吸附。欧阳天贽 [ 7] , 等研究了苄嘧磺隆 在高岭土、 针铁矿、 水铁矿、 非晶型 Ag ( OH ) 3 及水钠锰 铁矿表面的吸附。这些黏土矿物及氧化物对苄嘧磺隆 的吸附模型均符合 L aug muir 吸附等温线, 其吸附量随 着 Cl- 1 的浓度增加而降低。 65
1
1. 1
化学修复法对农药污染土壤的治理
化学吸附法
黑碳具有表面积和 微孔性大的特点, 可对 农药进 行吸附 , 是修复土壤的 1 个途径。余向阳 [ 2] , 等研究了 添加黑碳后土壤对农药毒死蜱和敌草隆的吸附作用 , 土壤添加外源黑碳后随着土壤黑碳添加浓度的增加 , 土壤对农药毒死蜱和敌草隆的吸附量逐渐增加 , 其吸 附等温线的非线性也随之逐步增大。邱宇平 [ 3] , 等研
0
引言
中国农业面源污染 问题突出, 占全国总量 污染的 1/ 3~ 1/ 2[ 1] , 而农业面源污染的众多因素中 , 农药占着 举足轻重的作用。中国农药使用量达 30 104 t/ a, 除 了 30% ~ 40% 被作物吸收外 , 大部分多余的农药进入 了环境及农产品中, 而一些化学性质稳定 , 长期残留的 农药, 施用后又给土壤带来了污染 , 这些污染对人类的 健康起到了危害的作用。中国面源污染在巨大的粮食 生产压力下过量施用化肥、 农药 , 既造成了污染 , 也因 土壤被破坏更加剧了有毒物 质的排放。因此 , 对农药 污染土壤进行修复已经成为环境研究中的一大热点。
2010 年第 6 期 ( 总第 63 期 )
2010 年 12 月
环境保护
有机农药污染土壤的修复技术初探
祝 方1 ,
大同
贾文珍1 ,
章明帅2,
赵景逵3
太原 030024; 太谷 038000)Βιβλιοθήκη Baidu
( 1. 太原理工大学环境科学与工程 学院 , 山西 2. 大同市林业调查规划院 , 山西 摘 要:
037003; 3. 山西农业大学资源与环境学院 , 山西
中国农药使用量大 , 是农业面源污染中的主要污染物 , 因 此 , 修复农药 污染的土 壤是农业面 源污染治 理的重点 。 农药 ; 土壤 ; 化学修复 ; 生物修复 X53 文献标识码 : A 文章编号 : 1674 - 3997 - ( 2010) 06 - 0065 - 02
叙述了农药污染土壤的化学 、 微生物 、 植物修复研究的进展 , 对今后农药污染土壤的化学和生物修复进行了展望 。 关键词 : 中图分类号 :
2010 年第 6 期
2010 年 12 月
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生物修复法对农药污染土壤的治理
微生物修复法对农药污染土壤的治理 目前 , 农药 的污染主 要是有机 氯农药、 有机磷 农 药、 拟除虫菊酯类等农药 , 研究微生物修复土壤也以这 几种农药污染的土壤为对象。 2. 1. 1 有机氯农药污染土壤的微生物降解修复 典型的有机氯农药 DDT , 林丹, 阿特拉津等残留时 间长、 不易消除 , 因此 , 仍是土壤农药污染的主要类型。 陈勇生 [ 8] , 等从天津农药厂混合土壤中分离出 1 株能 够降解对氯酚的黄单胞菌并将其应用到对氯酚污染的 土壤中 , 结果显示菌株对污染土壤中对氯酚降 解率为 50% 。 2. 1. 2 有机磷农药污染土壤的微生物降解修复 有机磷农药主要有敌敌畏、 甲基对硫磷、 乐果、 三 唑磷、 毒死蜱等 , 假单胞菌在有机磷生物修复中应用较 多。沈标[ 9] , 等发现了假单胞菌 DLL - 1 在甲基对硫磷 污染的土壤 中可有效 地降低植 物中的甲 基对硫磷 含 量, 说明 DLL- 1 对其有降解作用。李芳[ 10] , 等 将淡紫 拟青霉与农药辛硫磷混合进行摇瓶培养, 培养 5 天后 辛硫磷的降解可达 96% 以上 , 因此, 可以认为淡紫拟青 霉对土壤中的辛硫磷具有显著的生物降解作用。 2. 1. 3 其他农药污染土壤的微生物降解修复 拟除虫菊酯类的农药也是目前土壤中残留的农药 类型之一, 其稳定性比较强 , 在土壤中较难降解。许育 新[ 11] , 等在实验室条件下应用降解菌 CDT 3 和 PBM 11 对氯氰菊酯污染的土壤进行了联合修复, 降解 菌可以 消除农药对土壤微生物的抑制 , 有助于土著微 生物种 群的恢复 , 从而使污染土壤得到了较好的修复。 2. 2 影响微生物降解的因素 影响微生物降解农药的因素除了微生物的种类以 及农药种类外, pH 值和温度对微生物降解农药也会产 生一定的影响。沈哲峰 [ 12] , 等探讨了香蕉秸秆堆肥过 程中 C/ N 比、 温度、 含水率、 pH 值对百菌清、 三唑酮、 氯 氰菊酯和溴氰菊酯降解的影响。香蕉秸秆堆肥对 4 种 农药都具有明显的降解作用。其最佳降解条件为 C/ N 为 25 1 或 35 1, 温度为 40 ~ 50 , 含水率为 60% ~ 70% , pH 为 9. 7。另外 , 微生物之间的协同作用也可促 进微生物对农 药的降解, 这也 是影响微生物 降解的 1 [ 13] 个重要因素。裘娟萍 利用假单 胞杆菌和芽孢杆 菌 混合菌群对多效唑污染的土壤进行修复, 35 天后降解 率达 86. 2% , 并且降解彻底产生 CO2 。研究还发现勤 松土 , 多光照更有利于多效唑的降解。
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结论
化学修复具有修复周期短、 修复成效快等优点 , 但 是 , 由于其费用高, 容易造成土壤的二次污染 , 目前 , 还 未单独应用到场地修复中。生物修复农药污染的土壤 具有费用低、 易施行、 治理效果明显、 不易产生副作用、 可恢复和建设生态环境等优点, 但是 , 它修复周期长。 将基因工程加入到生物修复中, 充分利用根际微生物 和酶在植物 微生物修复中的协同作用 , 将是生物修 复的 1 条新途径。随着农药污染土壤的 日益严重, 利 用单一方法进行土壤修复会使修复效果存在一定的局 限性 , 而化学 生物联合修复及植物 微生 物联合修 复 , 将会使农药污染土壤修复的效果大大提高 , 成本有 所降低 , 因此 , 这 2 种联合修复方法将成为污染土壤修 复的 1 个新的发展方向。 参考文献:
Review of Remediation Technology for Pesticide - polluted Soil
ZHU Fang1 , JIA Wen - zhen1 , ZHANG Ming - shuai 2 , ZHAO Jing - kui 3
( 1. College of Environmental Sci ence & Technology, Taiyuan Uni ver si ty of Technology, Taiyuan 030024, Shanxi , China; 2. Datong Forest Survey and Desi gn Institute, Datong 037003, Shanxi, China; 3. College of Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu 038000, Shanxi, Chi na) Abstract: As amount of pesticides used in china is a necessity for agriculture, pesticides are the main pollutant in non - point pollution of agriculture. T herefore, r emediation of pesticide - polluted soil is focal point of the work in non - point pollut ion of ag riculture prevention. In t his paper , w e review the resear ch advances on remediation technology of pesticide - contaminated soil and expect for future repairing in chemical remediation and bioremediation on pesticide -polluted soil. Key words: pesticide; soil; chemical remediation; bioremediation
土壤中的残留量呈一定的线性关系 , 但是, 毒死蜱浓度 过高会抑 制菠 菜的 生长。 张超 兰[ 15] , 等以 多花 黑麦 草、 紫花苜蓿及籽粒苋作为供试植物 , 在有机氯农药六 六六 ( H CH) 质量分数为 1. 09 mg/ kg 的污染土壤中种 植 3 个月, 大大提高了土壤中微生物数量和酶的活性, 加速了土壤中六六六的降解 , 达到修复的目的。
收稿日期 : 2010 - 10 - 28 第一作者简 介 : 祝 方 , 1965 年 生 , 女 , 上海 人 , 2006 年毕 业于 武汉大学物理化学专业 , 博士 , 副教授 。
究了小麦秸秆、 草木灰、 黑碳及含灰土对敌草隆的吸附 行为 , 敌草隆在无灰土和小麦秸秆上的吸附属于分配 过程 , 将草木灰还田与秸秆还田相比 , 敌草隆在土壤中 的吸附量将提高 9. 7 倍, 从草木灰分离的黑碳对敌草 隆的吸附能力比草木灰高 7 倍~ 45 倍。 1. 2 表面活性剂修复法 表面活性剂可以修复土壤中的有机污染物和无机 污染物。曹罡 [ 4] , 等 研究了农药 2, 4 - D 在胡敏酸上的 吸附。该吸附的等温线符合非线性的 Freundlich 吸附 等温线。2, 4 - D 的吸附量随胡敏酸的含量增加而增大, 随温度的升高而下降。王金芳 [ 5] , 等研究了 8 种磺酰 脲类除草剂在腐植酸上的吸附行为, 在低 pH 值条件下 除草剂的吸附量增加。汪传刚 [ 6] , 等认为十二烷基硫 酸钠 ( SDS) 对噻吩磺隆在不同土壤中吸附行为明显不 同。SDS 对红壤中噻吩磺隆的吸附具有抑 制作用; 而 在河潮土中 SDS 低浓度时抑制噻吩磺隆吸附, 高浓度 时促进其吸附。SDS 在 2 种土壤中对农药的吸附符合 Freundlich 等温方程。 1. 3 黏土矿物修复法 除了上述 2 种修复方法外 , 黏土矿物也可用于农 药污染土壤的吸附。欧阳天贽 [ 7] , 等研究了苄嘧磺隆 在高岭土、 针铁矿、 水铁矿、 非晶型 Ag ( OH ) 3 及水钠锰 铁矿表面的吸附。这些黏土矿物及氧化物对苄嘧磺隆 的吸附模型均符合 L aug muir 吸附等温线, 其吸附量随 着 Cl- 1 的浓度增加而降低。 65
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1. 1
化学修复法对农药污染土壤的治理
化学吸附法
黑碳具有表面积和 微孔性大的特点, 可对 农药进 行吸附 , 是修复土壤的 1 个途径。余向阳 [ 2] , 等研究了 添加黑碳后土壤对农药毒死蜱和敌草隆的吸附作用 , 土壤添加外源黑碳后随着土壤黑碳添加浓度的增加 , 土壤对农药毒死蜱和敌草隆的吸附量逐渐增加 , 其吸 附等温线的非线性也随之逐步增大。邱宇平 [ 3] , 等研
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引言
中国农业面源污染 问题突出, 占全国总量 污染的 1/ 3~ 1/ 2[ 1] , 而农业面源污染的众多因素中 , 农药占着 举足轻重的作用。中国农药使用量达 30 104 t/ a, 除 了 30% ~ 40% 被作物吸收外 , 大部分多余的农药进入 了环境及农产品中, 而一些化学性质稳定 , 长期残留的 农药, 施用后又给土壤带来了污染 , 这些污染对人类的 健康起到了危害的作用。中国面源污染在巨大的粮食 生产压力下过量施用化肥、 农药 , 既造成了污染 , 也因 土壤被破坏更加剧了有毒物 质的排放。因此 , 对农药 污染土壤进行修复已经成为环境研究中的一大热点。