地膜中酞酸酯类化合物对土壤-大豆污染的研究

于立河，王 鹏，于立红

(黑龙江八一农垦大学，黑龙江大庆163319)

农用地膜的使用能够提高地温，促进作物根系生长，保持土壤水分，提高肥料利用率，改善土壤理化结构等，具有巨大的经济效益。但是近年来地膜污染问题越来越受到关注。地膜在生产过程中要加入一种改性添加剂-邻苯二甲酸酯类物质(PAEs)，用于增加塑料的可塑性和提高塑料的强度，其含量为聚体本身的40 %～60 %［1］。邻苯二甲酸酯(亦称酞酸酯)是苯二甲酸酐与醇类酯化反应生成的化合物，有邻位、对位和间位3 种异构体，从二甲基酯到十三烷基酯共20 多种化合物。我国塑料添加剂中最常用的是邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二(2-乙基已基)酯(DEHP)。在大量使用地膜过程中会造成土壤PAEs 的污染，进而导致土壤环境质量恶化，严重影响作物生产水平和食物链安全，直接威胁人类健康［2］。研究表明DBP 和DEHP 具有致突、致畸、致癌性和遗传毒性，能够干扰动物和人体的内分泌系统，对人和动物的生殖系统造成较大的危害［3－6］。因此酞酸酯类化合物污染越来越受到人们的重视，已被列入重点污染物行列。

对于酞酸酯类化合物，其在土壤中的迁移、降解的研究较多［7－10］。PAEs 对植物的污染主要集中在对蔬菜的累积研究［11］，对于PAEs 在土壤-大豆体系污染的研究国内外鲜见报道。采用盆栽和田间实验，研究大豆各生育时期不同地膜残留量，土壤和植株中DBP、DEHP 含量的差异性，为农产品的安全生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

田间实验设在黑龙江八一农垦大学实验基地(大庆)，大豆品种绥农14，土壤类型为盐化草甸土。耕层(0～ 20 cm)土壤基础肥力为有机质31.48 g·kg－1，碱解氮124.3 mg·kg－1，速效磷 (P2O5)11.5 mg·kg－1，速效钾(K2O)161.6 mg·kg－1，土壤pH 7.8。土壤中PAEs 含量为DBP 0.08 mg·kg－1、DEHP 0.54 mg. kg－1。供试地膜宽50 cm，厚0.008 mm，PAEs 含量为DBP 1.04 mg·kg－1、DEHP 30.96 mg·kg－1，主要成分为聚乙烯、抗氧化剂、增塑剂等，由大庆市第五塑料厂提供。

盆栽实验地点设在黑龙江八一农垦大学校区内，大豆品种绥农14，盆栽土壤取自大田土壤，供试地膜与大田实验相同。实验用盆为直径15 cm，高20 cm 的瓦盆。

1.2 实验设计

1.2.1 实验方法。田间小区实验是将边长0.05 m 的地膜小块，搅拌于大豆耕层内0.2 m，然后播种大豆。大豆栽培密度为:190 570 株·hm－2，行距为0.7 m，株距0.05 m，人工逐个摆种。小区面积为17.5 m2(3.5 m×5 m)，5 行区。大豆施肥量按当地常规用量，田间管理按当地习惯进行。

盆栽实验是将边长为0.05 m 的地膜小块，均匀搅拌于10 kg 的盆栽土壤中，然后一起装入盆中，人工逐个摆种，出苗后每盆定植5 株。每盆施用尿素1.13 g，磷酸二铵0.05 g，硫酸钾0.02 g。人工除草，定期浇水，田间持水量保持在60 %左右，定期观察作物长势。

1.2.2 实验设计。田间小区实验，实验设3 个处理，分别为CK (0 kg·hm－2)、1 倍(65.9 kg·hm－2)、3倍(197.7 kg·hm－2)地膜残留量。3 次重复，随机区组排列。取样时间为播种后的30 d、60 d、90 d、120 d。

盆栽实验处理与田间小区实验相同，每个处理12 盆，取样时间与田间小区实验相同，每次各取3 个盆栽样品。取样及测定的所有过程均不接触塑料制品。

1.2.3 数据处理。采用Excel 2003 和DPS 软件进行数据分析。

1.3 采样及检测

1.3.1 土壤与植株取样方法。田间小区实验取0～20 cm 耕层土壤样品1 kg，植株样品取地上部分。土壤样品自然风干，研磨前去除根系和杂质，过100 目尼龙筛保存。植株样品于105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干称质量粉碎。

盆栽实验取下地上植株样品后，将盆内土壤全部倒出，挑出植株根系后将土壤均匀混合，采用四分法取1 kg 土样。样品处理同田间小区实验。

1.3.2 DBP 和DEHP 检测。

样品提取:用分析天平称取1.00 g 样品，放入50 mL 的三角瓶中，加30 mL 正己烷，浸泡过夜。震荡4 h，提取3 次，混合滤液转入装有100 mL 硫酸钠溶液的500 mL 分液漏斗中，振荡5 min 后，静止30 min，充分分层，弃去水相。有机相过无水硫酸钠，放入KD 瓶浓缩至1 mL。样品净化∶过活化的florisil柱。用丙酮∶正己烷(1∶9)做淋洗液淋洗。淋洗液转入KD 瓶浓缩至1 mL。

采用气相色谱测定，气相色谱仪为Agilent 6890N，配置火焰离子化检测器(FID) (Made in USA)，色谱柱采用DP－5 毛细管柱。气相色谱分析条件:进样口温度:300 ℃，分流进样;柱箱采用程序升温方式升温;检测器温度320 ℃，H2:40 mL·min－1，空气:400 mL·min－1，N2:40 mL·min－1，分别测定DBP 和DEHP。

2 结果与分析

2.1 各生育时期不同地膜残留量处理土壤中DBP 含量

图1 中A、B 分别为盆栽和田间小区大豆各生育时期，不同地膜残留量处理土壤中DBP 含量比较。各生育时期各处理土壤中DBP 含量在0.02 mg·kg－1～0.47 mg·kg－1，高倍地膜残留量处理DBP 含量均高于低倍残留量，差异达显著水平，表明增加地膜残留量土壤中DBP 含量有增加趋势。与CK 相比，盆栽大豆播种后30 d 1 倍和3 倍地膜残留量处理土壤中DBP 含量分别提高了1.75 和2.75 倍;大豆播种后60 d 土壤中DBP 含量分别提高了2.67 和4.00 倍;90 d 分别提高了6.18 和6.46 倍;120 d 分别提高了17.75 和19.67 倍。田间小区实验大豆播种后30 d 1 倍和3 倍地膜残留量土壤中DBP 含量分别提高了1.67 和2.13倍;60 d 土壤中DBP 含量分别提高了2.17 和2.84 倍;90 d 分别提高了3.43 和4.91 倍;120 d 分别提高了9.46 和14.92 倍。

随着生育周期延长CK 处理土壤中DBP 含量显著降低，资料显示土壤中DBP 不易被降解［11－12］，表明大豆对DBP 有显著吸收作用。1 倍和3 倍地膜残留量处理盆栽和田间小区土壤中DBP 含量都随着生育进程而增加，其中盆栽实验1 倍和3 倍地膜残留量处理，土壤中DBP 含量分别从播种后30 d 的0.14 mg·kg－1和0.22 mg·kg－1增加到大豆播种后120 d 的0.42 mg·kg－1和0.47 mg·kg－1;田间小区实验1倍和3 倍地膜残留量处理，土壤中DBP 含量分别从播种后30 d 的0.13 mg·kg－1和0.17 mg·kg－1增加到大豆播种后120 d 的0.25 mg·kg－1和0.39 mg·kg－1。实验结果表明地膜中DBP 是缓慢释放的，释放量逐渐增加，释放速度大于作物的吸收速度。盆栽和小区实验土壤中DBP 含量无显著性差异。

图1 大豆各生育时期各处理土壤中DBP 含量比较Fig.1 Comparison of DBP concentration of soil among three treatments in various growth stages of soybean

2.2 不同地膜残留量处理土壤中DEHP 含量差异

图2 中A、B 分别为盆栽和田间小区实验大豆不同时期，不同地膜残留量处理土壤中DEHP 含量比较。各生育时期各处理土壤中DEHP 含量在0.25 mg·kg－1～6.13 mg·kg－1，各个生育时期，高倍地膜残留量土壤中DEHP 含量均高于低倍用量，差异达到显著水平，表明增加地膜残留量土壤中DEHP 含量也有增加趋势。与CK 相比，盆栽大豆播种后30 d 1 倍和3 倍地膜残留量土壤中DEHP 含量分别提高了5.56 和9.56 倍;60 d 分别提高了6.98 和11.93 倍;90 d 分别提高了11.76 和23.53 倍;大豆播种后120 d 分别提高了11.95 和22.03。田间小区实验大豆播种后30 d 1 倍和3 倍地膜残留量土壤中DEHP 含量分别提高了2.02 和6.48 倍;60 d 分别提高了2.91 和9.44 倍;90 d 分别提高了5.25 和18.86 倍;120 d 分别提高了5.78 和20.33 倍。

随着生育进程CK 处理土壤中DEHP 含量显著降低，表明大豆对DEHP 也有显著吸收作用。1 倍和3倍地膜残留量处理盆栽和田间小区土壤中DEHP 含量都随着生育周期延长而增加，其中盆栽实验1 倍和3倍地膜残留量处理，土壤中DEHP 含量分别从播种后30 d 的2.89 mg·kg－1和4.98 mg·kg－1增加到大豆播种后120 d 的3.32 mg·kg－1和6.13 mg·kg－1;田间小区实验1 倍和3 倍地膜残留量处理，土壤中DEHP 含量分别从播种后30 d 的1.04 mg·kg－1和3.35 mg·kg－1增加到大豆播种后120 d 的1.71 mg·kg－1和6.02 mg·kg－1。DEHP 实验结果进一步证明地膜中酞酸酯类化合物是缓慢释放的，释放量随生育时期延长而增加，释放速度大于作物的吸收速度。

土壤中DEHP 含量明显高于DBP 含量这与地膜中两种化合物含量高低有关。盆栽和小区实验土壤中DBP 含量结果无显著性差异。

图2 大豆各生育时期各处理土壤中DEHP 含量比较Fig.2 Comparison of DEHP concentrations of soil among three treatments in various growth stages of soybean

2.3 不同地膜残留量处理植株体内DBP 和DEHP 含量

图3 中A、B 分别为盆栽和田间小区实验大豆不同生育时期，不同地膜残留量处理植株体内DBP 含量比较。整个生育期各处理大豆植株中都能检测到DBP。各生育时期各处理植株体内DBP 含量在0.19 mg·kg－1～0.90 mg·kg－1。盆栽实验1 倍和3 倍地膜残留量处理，植株中DBP 含量分别从播种后30 d 的0.32 mg·kg－1和0.43 mg·kg－1增加到大豆播种后120 d 的0.59 mg·kg－1和0.90 mg·kg－1;田间小区实验1倍和3 倍地膜残留量处理，植株中DBP 含量分别从播种后30 d 的0.39 mg·kg－1和0.68 mg·kg－1增加到大豆播种后120 d 的0.83 mg·kg－1和0.90 mg·kg－1。

各个生育时期，高倍地膜残留量植株中DBP 含量均高于低倍用量，差异达显著水平。与CK 相比，盆栽大豆播种后30 d 1 倍和3 倍地膜残留量植株中DBP 含量分别提高了1.44 和1.95 倍;60 d 植株中DBP含量分别提高了1.07 和1.53 倍;90 d 分别提高了1.18 和2.04 倍;120 d 分别提高了1.14 和1.75 倍。田间对比实验，大豆播种后30 d 1 倍和3 倍地膜残留量植株中DBP 含量分别提高了1.98 和3.25 倍;60 d植株中DBP 含量分别提高了2.01 和2.34 倍;90 d 分别提高了2.03 和2.28 倍;120 d 分别提高了1.80 和1.96 倍。盆栽和小区实验植株中DBP 含量无显著性差异。盆栽和田间实验大豆各生育时期各处理植株体内均未检测出DEHP。

图3 大豆各生育时期各处理植株体内DBP 含量比较Fig.3 Comparison of DBP concentration of plants among three treatments in growth stages of soybean

3 讨 论

地膜残留量对土壤和植株中酞酸酯类化合物含量影响较大，随着地膜残留量的增加土壤和植株中酞酸酯类化合物含量表现出明显增加的趋势，差异达显著水平。随着生育周期延长地膜中酞酸酯类化合物缓慢释放，释放量逐渐增加，释放速度大于作物的吸收速度。盆栽和小区实验所得结论相同。

连年使用的塑料地膜如不及时清除长期残留在土壤中，将增加土壤中和植物体内PAEs 的含量。在实际生产中应通过适时揭膜、使用优质农膜、采用机械清膜等方法减少农田残膜，鼓励施有机肥，增加土壤对重金属的吸附能力等减少农田重金属含量，实现我国农业的可持续发展。

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