土壤淋溶影响因子及种属评价方法研究

土壤淋溶影响因子及种属评价方法研究

0特征特性及样品处理作为一种氨基甲酸酯农药，其抗剂性容易分解（t1/2.30d），但其分解产物的强稀释亚和强稀释亚仍然具有很高的毒性和较长的使用寿命，将残留物的总使用寿命延长到159.686天。强粘液和高蒸发时间的废水在土壤中的溶解度增加了对地下水的污染。因此，对强粘液和水的形成影响因素进行了研究。由于地下水的稀释作用,地下水中的污染物浓度一般很低,涕灭威在地下水中的含量为每升几微克或几十微克,所以测定前必须对样品进行分离和富集之前处理.1实验部分1.1旋片式1.2试验室丙酮、甲醇、乙腈(色谱纯);超纯水(用Mili-QRQ超纯水净化系统制备);固相萃取柱(OasisTMHLB):美国Waters公司;2XZ-0.25型旋片式真空泵:浙江黄岩求精真空泵厂;600D气相色谱仪:韩国Younglin公司,固定相为ATWAX的毛细管柱(内径0.53mm,长10m,固定液膜厚0.25μm),载气为高纯氮(纯度99.99%,流量:10mL·min-1),氧气流量为20mL·min-1,氢气流量为80mL·min-1,柱温采用程序升温:在85℃时停留1min,然后以10℃·min-1的速度升温至140℃,检测器温度为220℃,进样口温度为240℃,检测器为FPD(火焰光度检测器).1.2土壤样品的采集用填充土壤的短柱实验来模拟农药在土壤中的淋溶过程,为便于观察农药在土壤柱中的分布,本实验加入大于田间的实际施药量.短柱为有机玻璃柱,长0.5m,直径75mm.具体步骤如下:(1)不饱和土壤淋溶柱的制备:称取土壤1500g,按15mL超纯水/100g土的比例混匀,取少量粗砂置于柱底部,上面加土样且压实,并防管壁出现沟流,加药后,上层加1～2cm粗砂粒,再加一层滤纸.(2)加药:取5%涕灭威颗粒剂0.6g与大约10g土样混匀,均匀置于柱上层.(3)淋溶:用一定体积的超纯水淋溶短柱,平均每分钟3～4滴.(4)取样:淋溶结束后,将短柱中的土壤按每5cm为一采样点,自下而上从土壤柱中取出,每个样点取土壤20g.(5)样品处理:20g土壤样品加100mL丙酮/水混合液(3∶1)振荡提取1h,然后离心,残渣用50mL丙酮/水混合液再提取一次,合并上清液,浓缩至50mL,依次用50、25、25mL二氯甲烷分三次萃取并合并萃取液,浓缩至5mL.(6)测定:浓缩液进行气相色谱测定.2结果与讨论2.1对淋溶的影响农药在土壤中的淋溶是造成地下水污染的主要原因,本文从模拟降雨的大小和强度,复合污染物及土壤有机质含量,土壤温度,土壤pH值几个方面研究对淋溶的影响.2.1.1土壤的物理和化学性质取河北省卢龙县邵时各庄村的表层土(30cm以上)为实验土样,理化性质如表1所示.2.1.2淋溶强度及降雨强度的影响降雨或灌溉是导致农药在土层中淋溶的动力学因素,降雨或灌溉水量的多少直接影响着土层中水的渗漏量,进而影响农药在土层中的淋溶浓度.分别用200、250、300mL超纯水淋溶三个短柱,平均每分钟3～4滴.由图1可以看出,水量愈大,农药在土层中的最大淋溶深度愈大,出现浓度最高峰的土层深度也越大,两者呈正相关关系.另外降雨的强度对农药的淋溶同样有很大影响,取两根短柱用200mL超纯水淋溶,调节淋溶速度分别为8～9滴/min(降雨强度为3.2mL·s-1·m-2)和3～4滴/min(降雨强度为1.4mL·s-1·m-2),两种不同淋溶强度下的农药淋溶情况如图2,降雨强度越大,出现涕灭威浓度最高峰的土层深度越小,两者呈负相关关系,这是因为降水的强度增大,水的渗透速度增大,涕灭威未能被充分淋溶,所以淋溶深度会降低.2.1.3表面活性剂的调湿结果由多种污染物组成的复合污染体系,其表现出的环境行为与各污染物单独存在时的行为会有很大的差别,近年来,表面活性剂与污染物形成的复合污染逐渐引起了人们的关注.十二烷基苯磺酸钠(SDBS)是洗涤剂的主要成分,是一种典型的表面活性剂,我们选择它和涕灭威组成复合污染体系进行研究.实验结果如图3所示,添加SDBS的土柱与不添加SDBS的土柱相比,出现涕灭威浓度最高峰的土层深度有所增大,此外,最大淋溶深度可以穿透淋溶柱,说明SDBS促进了涕灭威在土壤中的淋溶.这是由于表面活性剂分子中具有疏水基和亲水基两部分,进入土壤后能够迅速降低土壤水的表面张力,使农药在土壤水中的溶解性增强,从而增大了农药的淋溶性.另外,当溶液中的表面活性剂的浓度增大到一定值,超过其临界胶团浓度(CMC)时,涕灭威分子可以完全进入胶团内部,或吸附于胶团的表面,但更多的时候是涕灭威的亲水基吸附在胶团表面,疏水基伸入到胶团的中心,总之,通过这些方式,表面活性剂起到了涕灭威在土壤水溶液中的增溶作用,使淋溶作用增强.2.1.4土壤温度和ph的影响土壤颗粒和土壤有机质是吸附农药的载体,许多研究结果表明,农药在土壤上的吸附性能与土壤中的有机质含量有显著的相关性,土壤有机质含量愈高,吸附性能愈强,农药愈易向土壤固相富集,从而使可供淋溶的农药量减少,所以随着土壤有机质含量的增大,涕灭威在土层中的最大淋溶深度逐渐减少,两者呈负相关关系.但与土壤质地相比,土壤有机质含量对涕灭威淋溶性能的影响不大,这同涕灭威水溶性较大、土壤吸附较弱有关.在砂性土壤中,不仅土壤孔隙率大,而且土壤有机质含量也低,有利于农药在土层中的淋溶.此外,由于土壤温度和pH对土壤中涕灭威的生物降解、化学降解都有一定的影响,从而对涕灭威的淋溶有间接的影响.蔡道基等人研究表明,涕灭威及其降解产物涕灭威砜和亚砜在水体环境中的降解半衰随着温度和pH的增大而减小;朱鲁生等对涕灭威及其代谢产物在不同pH值的水介质中的水解速率研究后,也得出了相同的结论.华小梅等人研究了土壤中涕灭威及其代谢产物在不同温度时的降解规律之后得出,降解速率随温度的增加而增加,并认为温度的增加对生物降解和化学降解均有促进作用.由此可见,较低的温度和较低的pH值都不利于涕灭威的降解.如果涕灭威的降解速度较慢,降解半衰期长,则在土壤中的滞留时间就长,通过淋溶造成地下水污染的可能性就越大.2.2淋溶影响因子的作用农药在土层中的移动深度和对地下水污染的潜在可能性受到众多因素的影响,其中起主导作用的有三个因素:一是施药地区的土壤质地与土层中可供淋溶的农药总量;二是土层中的下渗水量和下渗浓度;三是施药区地下水埋深.在地下水埋深一定的情况下,前两个因素决定了农药在土层中的淋溶深度和是否危及地下水.其中土层中可供淋溶的农药总量与土壤对农药的吸附作用和在土壤中的降解有关,从而间接与土壤的有机质含量以及土壤的温度和pH值有关;而土层中下渗水的多少又与降雨的多少有关,因此要判断某个地区地下水是否有污染的可能性时,需要综合这些淋溶影响因子的作用结果作出评价.蔡道基等人选取了5个淋溶影响因子,根据每种因子对淋溶的贡献大小给定了相应的值,然后将每种因子进行分级,得到了由于淋溶作用导致地下水污染的评价指标(见表2),再将这些指标值进行综合考虑,就可得出地下水是否被污染的结论(见表3).我们以河北省卢龙县邵时各庄村的地下水作为评价对象进行研究.上述5个因子中,前四个因子决定着农药在土壤中的淋溶移动速度,地下水埋深则是判断农药是否进入地下水的衡量标准,两者共同影响着涕灭威对地下水的污染可能性,为了得到这些因素的综合作用结果,可用下面的公式表示:PGWC=(W1×P1×W2×P2×W3×P3×W4×P4)14+W5×P5ΡGWC=(W1×Ρ1×W2×Ρ2×W3×Ρ3×W4×Ρ4)14+W5×Ρ5式中PGWC为涕灭威对地下水的可能污染程度.将卢龙地区根据表2得出的各项数值带入上面的公式可得PGWC=(0.9×0.80×0.70×1.00×0.9×0.90×1.0×0.80)14+1.0×0.70=1.75>1.60ΡGWC=(0.9×0.80×0.70×1.00×0.9×0.90×1.0×0.80)14+1.0×0.70=1.75>1.60可见卢龙县地下水很有可能被涕灭威污染.为了检验这个结论的正确性,我们在卢龙进行了实地采样分析.2.3萃取柱的沉积我们选取了卢龙县五个不同深度的饮水井和农田灌溉井作为采样点,既有浅层水井(4#和5#井),井深分别为7m和12m,也有中层水井(2#和3#井),井深分别为17m和16m,还有深层水井(1#井)为30m.一年中分四次采样,使用OasisTMHLB固相萃取柱富集浓缩,测定结果如表4.当年的农田施药发生在前两次采样之间.从表4可看出,在前两次采样测定结果中,五个水井中的总涕灭威含量均未检出,这是由于对于第一次采样来说,距离上年施药已经有一年的时间,地下水中的涕灭威已完成降解;而对于第二次采样来说,距当年施药不到半月,涕灭威还被截留在土壤中未能迁移进入地下水中.从第三次采样测定结果看,五个水井中均检测出了涕