四氯化碳与四氯乙烯复合污染对土壤呼吸率的影响

单爱琴 肖洁 杨秀婧

摘要：通过室内模拟试验对土壤进行四氯化碳与四氯乙烯复合染毒，采用直接吸收法（密闭静置培养测二氧化碳法）研究四氯化碳与四氯乙烯复合污染对土壤呼吸率的影响。结果表明，四氯化碳对土壤呼吸作用的影响随时间呈先抑制、后恢复的过程，且四氯化碳体积分数越高，抑制作用越强；四氯化碳与四氯乙烯复合污染增强了对土壤呼吸作用的抑制，四氯乙烯高体积分数组（0.40～1.60 mg/kg）与四氯化碳各质量分数复合处理的抑制作用均强于对照；四氯化碳与四氯乙烯的交互作用对土壤呼吸的影响主要表现为协同作用。

关键词：四氯化碳；四氯乙烯；复合污染；土壤呼吸率

中图分类号： X53文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）02-0364-04

收稿日期：2015-01-11

基金项目：住房和城乡建设部项目（编号：2013-K7-11）；江苏省自然科学基金（编号：BK2008134）。

作者简介：单爱琴（1966—），女，山东诸城人，副教授，博士生导师，主要从事环境生物毒理及生态修复研究。E-mail：klsaq2003@163.com。氯代脂肪烃被广泛应用于工农业生产中，如四氯乙烯可作为织物的干洗剂、金属的脱脂洗涤剂、干燥剂、驱虫剂、有机合成中间体等[1-3]，四氯化碳常作为重要的化工原料和有机溶剂。但由于其性质稳定、不易降解，进入环境中的氯代脂肪烃会改变该环境的生态功能及组成，如进入土壤环境后将改变微生物群落结构及土壤酶活性，使土壤呼吸作用降低。氯代脂肪烃是威胁生态系统最普遍的一类持久性有机污染物[4-5]。

氯代脂肪烃复合污染土壤及地下水的事件在国内外均有发生，如我国北方某城市浅层地下水氯代烃污染已被证实[1，6-9]，其中三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯是污染区的主要污染物，且四氯化碳（CT）与四氯乙烯（PCE）常共存于污染场地。1999年至今10余年的连续监测发现，某农药厂排放的四氯化碳对其所在岩溶水源地补给区的土壤造成污染，并从中检测出四氯化碳的各种同系物[7]。

目前，国内外学者已对土壤、地下水环境中的氯代脂肪烃污染进行了大量研究[9-12]。毒理学研究多集中于其动物医学毒性特征[13-14]，大多仅考虑单一污染物水平的环境行为，对土壤中复合污染的研究极少，而实际情况中复合污染更为常见。

在土壤环境中，土壤呼吸作用强度是土壤肥力、微生物代谢旺盛程度、氮循环的重要指标之一[15]，不仅关系到土壤中有机物的分解，且土壤呼吸所释放的二氧化碳是植物同化二氧化碳的重要来源，与植物生长密切相关[16-17]。通过模拟试验研究CT与PCE复合污染对土壤呼吸率的影响，探讨复合污染对土壤微生态毒理效应、保障生态安全、提高土壤质量具有重要指示性意义。

1材料與方法

1.1供试土壤

取江苏省校内一处未经污染的土壤，将其风干后研磨，过2 mm筛备用。土壤的基本性质见表1。

1.2土壤中四氯化碳及四氯乙烯的质量分数设置

四氯化碳的质量分数设置见表2，CT-PCE复合处理的质量分数设置见表3。

1.3土壤呼吸率的测定

采用直接吸收法（密闭静置法）[18]滴定测定CO2释放量。取50 g土壤置于100 mL干燥烧杯中，加入1 g葡萄糖及少量水，将烧杯放入（25±1） ℃生化培养箱中培养7 d，取出烧杯后加入不同质量分数的氯代脂肪烃（表2、表3），并将土壤含水量调节为最大持水量的3/5。取35 mL 0.1 mol/L的NaOH溶液置于100 mL空烧杯中，将2个烧杯放入标本瓶并密闭瓶口，置于培养箱中培养。分别于1、2、4、6、9、13 d取出含NaOH溶液的烧杯，对剩余NaOH进行滴定（0.2 mol/L HCl标准溶液），同时另取一烧杯加入35 mL 0.1 mol/L的NaOH溶液，置于培养箱中继续培养，按上述步骤如期进行测定。土壤呼吸率以每克土壤释放的CO2量（mg/g）表示，每个处理至少重复2次。

1.4数据处理

所有数据均设置不添加污染物的空白处理为对照，计算方法为平均变化百分数=（处理土样-对照土样）/对照土样×100%。采用Excel 2003软件、SPSS 13.0软件进行数据处理、方差分析等统计分析。

2结果与分析

2.1CT单一污染对土壤呼吸率的影响

由表4可知，CT对土壤呼吸率的影响随时间呈先抑制、后恢复的过程，且CT质量分数越大，抑制作用越强。抑制作用除3#于2 d、5#于4 d达最大值外，其余样本均于1 d达到最大值，经检验，1#、2#样本与空白对照无显著差异，但2#样本的抑制率为30.98%；3#至6#样本的抑制率分别为 59.07%、67.19%、67.01%、71.91%。各处理样本的呼吸率于2 d开始呈上升趋势，至13 d 1#～4#样本分别比空白对照高27.58%、26.20%、5.75%、1.39%，表明低质量分数CT（0.032～3.200 mg/kg）处理的呼吸率已恢复，而较高质量分数的5#、6#样本（6.40～9.60 mg/kg）在试验期间内恢复缓慢。这是因为四氯化碳对土壤中微生物的活性产生抑制，继而使土壤呼吸率降低。随着时间的延长、四氯化碳在土壤中挥发等原因，土壤中微生物适应了四氯化碳污染环境，或有新的优势菌群增长，使土壤的呼吸作用逐步恢复。质量分数较大时，土壤中微生物受抑制程度高，难以在短期内恢复至正常水平；而质量分数较小时，污染土壤中的微生物活性恢复较快。由表5可知，土壤呼吸率与CT质量分数之间存在显著的剂量-效应关系。

2.2CT与PCE复合污染对土壤呼吸率的影响

CT-PCE复合污染对土壤呼吸率的影响见表6。采用SPSS 13.0软件交叉分组的双因素方差分析，比较单一CT污染胁迫与CT-PCE复合污染胁迫下土壤呼吸率的均值，并采用LSD法进行多重比较。

弱[19]。当PCE质量分数很小（PCE<3.00 mg/kg）时，PCE会暂时抑制土壤呼吸，但土壤的呼吸功能会随时间的延长逐渐恢复，甚至可能激活土壤中的微生物。而大质量分数CT和PCE污染对土壤微生物的毒性作用较大，导致较多土壤微生物死亡，因此土壤生物量及呼吸功能的恢复需要更长时间。可能由于大量污染物质的一次性增加对微生物造成短期“触杀”效应，使微生物群落结构遭到破坏，大量微生物死亡，微生物生物量显著减少，呼吸作用受到抑制。随着时间的推移，污染物在土壤中的吸附作用降解、毒性减弱，微生物群落结构逐渐恢复，呼吸作用有所增强；加入PCE各处理后，抑制作用随CT质量分数的增大而更加明顯。可见，两者复合的交互作用总体表现为协同抑制作用。

此外，PCE（0.10 mg/kg）与CT（9.60 mg/kg）复合、PCE（0.20 mg/kg）与CT（9.60 mg/kg）复合、PCE（1.60 mg/kg）与CT（0.032～0.320 mg/kg）复合均与其他复合污染组存在显著性差异。小质量分数组PCE（0.1～0.2 mg/kg）与大质量分数CT（9.60 mg/kg）复合、小质量分数组CT（0.03～0.32 mg/kg）与大质量分数PCE（1.6 mg/kg）复合均与其他复合污染组存在显著性差异。

试验结果表明，PCE小质量分数组（0.10～0.20 mg/kg）处理加入CT后的CT-PCE复合处理对土壤呼吸率产生的抑制作用更强，且CT-PCE复合污染对土壤呼吸率的交互作用总体表现为协同作用。

3总结

CT对土壤呼吸作用的影响随时间呈先抑制、后恢复的过程，且抑制强度与CT质量分数有关，质量分数越大则抑制作用越强。CT与PCE复合污染增强了对土壤呼吸作用的抑制，与对照相比，PCE大质量分数组（0.40～1.60 mg/kg）与CT各质量分数的复合处理、CT大质量分数组与PCE各质量分数的复合处理在整个培养阶段受到很大抑制。CT与PCE体积分数差异越大，协同作用越明显。CT-PCE复合污染的交互作用对土壤呼吸率的影响主要表现为协同作用。

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