全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
, , 一
土壤一植物系统中多环芳烃和重金
属的行为研究 ’
宋玉 芳 孙铁琦 张丽珊
中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态系统痕量物质生态过程开放实验室 , 沈阳 。。
‘
德国环境与辐射研究中心生态化学研究所 , 一
【摘要 】 对土壤中多环芳烃和重金属的行为研究表明 , 与对照相 比 , 。一 以上表土层
存在多环芳烃和重金属积 累 , 以 下土层未发现积累 与春 、 秋两次采样结果相比 , 土
壤中多环芳烃的含量有所下降 , 表明土壤微生物对多环芳烃有一定降解作用 , 且其降解程
度与土壤 一植物系统的生态结构有关 菲在地下水中检出浓度较高 , 表明这一污染物有向
下迁移的可能性 此外 , 柳树对土壤中重金属 的积 累有明显的削减与净化作用 本研究
表明 , 严格限制污水中多环芳烃和重金属的污染负荷以及设计合理的生态结构是避免多
环芳烃和重金属在土壤中积累的关键
关键词 污水 土地处理 系统 多环芳烃 重金属 土壤 积累与降解
一
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引 言
污水土地处理 系统利用土壤 一植物 系
统 自身的净化功能将污水的处理与利用相
结合 , 实现污水的无害化与资源化 , 是一种
低费用 、 低能耗 、 高效率的污水净化技术
,
沈 阳西部慢速渗滤 污水土地处理 系统 自
年运行以来 , 在污水的净化处理方面
, 中 一 德生态合作 研究项 目
年 月 日收到 , 月 日改 回
应 用 生 态 学 报 卷
取得 了满意的结果 , 项出水水质指标分
别达到或超过传统 级处理 ’ 然而 , 分析
数据表明 , 沈阳西部城市污水水质复杂 污
水中可检出的有机污染物达 。多种 , 属
于美国 黑名单上的就有 余种 其
中 多 环 芳 烃 占 写以 上 此 外 , 还 含 有
、 、 等重金属 因此 , 进一步研究优
先有机污染物和重金属在土壤 一植物 系统
中的行为与归宿 , 对成功的运 用污水土地
处理技术具有重要的意义 本研究的 目的
是通过调查沈阳西部慢速渗滤污水土地处
理系统中 和重金 属的行为 , 查明这
些污染物在土壤 一植物系统中的归宿 , 为污
水土地处理 系统 中 和重金属 污 染
的生态风险评价提供依据
材料与方法
样品采集
土壤样品分别采 自沈阳 西部污水土地处理
试验场的稻 田 地和林地 对照样品采 自沈阳西部
胡台乡清水灌溉的稻 田 地 土壤剖面根据土壤发
生层分 层采集 污泥样品采于土地处理系统的
预处理沉淀池 土壤和 污泥样 品经 自然风干 后 ,
过 筛 , 储存于 一 冷冻箱中待测 污水采 自
土地处理 系统入 口 , 地下水采 自土地处理 系统地
下水监测井 深处 水样均收集在棕色瓶中 , 带
回实验室立即提取 提取液储于冰箱中待测
的分析方法
取土地处理 系统进水水样 。 , 采用液一液
分配提取法 , 用 环 己烷提取 次 , 提取液于
一 浓缩器上蒸发至干 , 乙睛定容 , 高效液相色
谱 分析 , 萤光检测器检测 取土样 或
污泥样品 , 采用超声技术提取 , 分析 , 萤
光 检 测 分 析 柱 为大 孔 烷 基 柱
, 内径 拜 , 流动相为乙睛 水 梯
度淋洗 , 柱温 , 进样量 拌 , 流速
· 一
, 以保留时间法定量 系统
采用 内标 二 甲基菲 校正 , 并用外标
混合标准稀释液按不同稀释 比 、
、 、 和 绘制标准曲线
重金属的分析方法
取 土壤 污泥样品于圆底玻璃容器中 ,
加入 水 、 王水 , 放置过夜后 , 于加热锅中
回 流 消化 样 液 经 耐 酸 滤 纸 过 滤 , 收 集于
容量瓶中定容 原子吸收光谱仪 测
定 、 、 、
·
结果与讨论
土地处理 系统进水及预处理系统中
的多环芳烃和重金属
由表 可 知 , 系 统 进 水 中 的 独
总浓度为 拌 ·
一
,
, 其中以水溶性
较大的低分子菲 、 药 、 蕙 、 萤蕙为主 , 而预处
衰 土地处理系统进水及预处理池污泥中的多环芳烃和 , 金属
巧 留
多环芳烃 进 污 泥
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药
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蕙
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苯并 萤葱 压
苯并 萤葱 压
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苯并 」
多环芳烃总量
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期 宋玉芳等 土壤 一植物系统中多环芳烃和重金属的行为研究
理系统污泥中的为“ ·
一
, , 污泥主
要来自进水悬浮物的初级沉降 附着在悬
浮物上的 随悬浮物质沉降而不断积
累 , 使污泥中的 浓度增高 表 结果
均为 次采样检测值 , 在这里只能粗略反
映土地处理系统进水及预处理系统中的多
环芳烃和重金属的含量情况
土壤剖面中多环芳烃
土壤剖面分别于 月水稻插秧前和
月水稻收割 后采集于土地处理 系统 稻
田地 对照样品于同年 月采 自沈阳市胡
台乡清水灌溉稻 田区 表 结果表明 , 与对
照相 比 , 土地处理 系统土壤中有 的
表 土城剖面中多环芳烃的含
轻度 积 累 , 且 主 要 积累在 。一 表土
层 , 以下土壤各层 , 总量与对照
相 比 , 无显著性差异 , 与春
、 秋 次采样结
果相 比 , 春季土壤表层 含量高于秋
季 , 表明土壤中部分 已被降解 土壤
亚表 各层 低分子 的含 量也大 大减
少 仅以菲为例 , 春季 , 土壤亚表各层菲的
浓度分别为 、 和 拌 ·
一 ’ , 而秋季 , 菲在土壤亚表各层均未被检
出 , 这一结果说 明 , 在一定的条件下 , 土壤
植物 系统对 有一定的降解能 力 除
光解 、 化学降解
、 淋溶 、 吸附等作用外 , 土壤
微生物的生物降解作用是一个重要方面
深 度
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多环芳烃总量
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苯并 花 , 二苯并 , 萤葱 兔 苯并 」
, 土地处理系统 月采样 , , 土地处理 系统 月采样 , , , , 胡台乡对照 区 月采样
,
未检出
土壤剖面中重金属 、 的测定结果 土地处理系统土壤表
图 为土地处理 系统春 、 秋两季土壤 层 中重金属 、 、 的浓度随季节变
剖面及对照样 品 秋季 中重金属 、 、 化 , 其变化趋势与 基本一致 , 即春季
应 用 生 态 学 报 卷
含量高于秋季 这可能与大气降尘有关 土
壤中重金属 、 、 、 的积累主要在
一 表土 层 , 其中 含量为 一
· 一 ’ , 是对照 的 一 倍 ,
的含量为 一 · ’ , 约是对照
的 倍 的含量是 一 · ’ , 约是
对照的 倍 , 的 含量是 一
· 一
,
, 约是对照 的 一 倍 根据沈
阳市土 壤 背 景 值的结果 , 水 稻 土 重 金 属
、 、 、 的 环 境 背 景 值 分 别 为
· 、 · 、 和 , ·
一 ‘ ’〕
因此 , 可 以确定土地处理系统土壤出现 了
不 同程 度 的 、 、 污 染 , 其 中以
污染最为严重
不 同生态结构 与水 力负荷土壤 中的
多环芳烃
为了比较不同生态结构与水力负荷对
土壤 积 累的影 响 , 于土地 处理 主 系
统和调节 系统采集了 。一 、 一 表
层和亚表层土壤 表 结果表 明 , 调节系统
表层和亚表层土壤 总量均 比主 系统
高 此外 , 两种生态结 构土壤 中 , 单一污染
物的分布优势也 各有不 同 这说 明不 同生
态结构和水力负荷对土壤中的多环芳烃的
积 累与降解有影响 例如 , 主系统 主
要 以 环以下的较小低分子污染物菲 、 萤
葱 、 花为主 , 而调节 系统土壤 主要以
一 一 昨 一 一 一 一 一 一。︺喇如
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深 度 氏
图 土壤剖面中重金属的含量
对照 , 土地 处理 春 , 一 土 地 处理
秋
表 不同生态结构与水力负荷对土壤中多环芳烃含 的影响
“ · 一
多环芳烃 柳树调节系统
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菲 。 〕
葱 飞 。
萤葱 。
花
苯并 蕙 氏 , 。
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苯并 萤葱 。
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二 苯并 , 萤葱 , 。 ,
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多环芳烃总量
一
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,
期 宋玉芳等 土壤一植物系统中多环芳烃和重金属的行为研究
环以上的高分子污染物为主 , 这种单一
污染物的分布模式上的不同很可能
与不同生态结构土壤中的微生物种群及其
活动状况有关 另外 , 土壤中 含量与
污水水力负荷有关 在调节系统 , 污水的平
均水力负荷率为 ·
一‘ 而在主 系
统 , 污水的平均水力负荷率为 一
· 一
不同生态结构与水力负荷土壤中的
重金属
图 是主系统和调节系统 柳树 土壤
表 层 一 、 亚 表层 一 中
、 、 、 的测定结果 主系统土壤中
、 、 、 含量均高于调节系统 仅以
土壤表层为例 , 主系统土壤中 、 、
、
含量分别为 、 、 、 ·
一
, 而 在调 节 系统 , 土 壤 、 、 、
的含量则分别为 、 、 、
· 一
, 调节 系统 在水力 负荷高于 主 系统
倍条件下 , 土壤中重金属 含量低 , 说明
调节系统 柳树 的生态结构对重金属污染
有明显 的削减与净化 作用 其 中对 的
削减与净化效果最 为明显 这主要与树木
的庞大发达根系对 及其它重金属的吸
收有关 有关利用木本植物 对 进 行生
物治理的研究已有报导仁
八
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稻田地 林 地 裕田地 林 地
口一 犯 、 口 洲 川
图 不同 生态结构 与水力 负荷对土壤 中重金 属含量的
影响
、
一 , 一 飞
地下水中的多环芳烃
为了评价优先有机污染物对地下水的
可能污染 , 于土地处理系统地下水监测井
深 处采集 了水 样 , 进 行 了 种
的定量分析 , 从表 可 见 , 比较 年与
年两次的监测结果 , 多数 在 含
量上均 无明显 差异 但菲的浓度提高 了近
表 土地处理系统及对照点 米深处地下水中的多环芳烃的含里
叹一
多环芳烃 」几地 处理 系统 对 照 ,
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药
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葱 、
萤葱
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苯并 葱 。
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苯并 萤葱 价 一。 。
苯并 萤葱
苯并 蓖 压 。
二苯并 萤蕙 。 , 。 。
苯并 」 。
多环芳烃总量
一
〔 吕
应 用 生 态 学 报 卷
倍 , 占地下 水 总 量 的 此 外 ,
药 、 葱 、 萤 蕙 、 花这些 水溶性较 大 的
浓度较高 这表明水溶性较大 的 在
淋溶作用下 , 更容易向下迁移 , 导致地下水
中的含量增加 , 对地下水污染具有更大风
险 对照水样采 自距土地处理系统 的
饮用水 井 , 对照 水体 的高检 出率很
可能与该地区多年污灌有关
力与污染负荷的影响 , 木本植物对土壤重
金属的积累有削减与净化作用 , 尤其对
的削减净化作用更为明显
淋溶作 用很 可 能使 水溶性 较大 的
向下迁移 , 因而对地下水污染具有更
大风险
致谢 该项 目研究经 费由联邦德国研究与技术
部和联合国教科文组织提供 , 在此表示感谢
结 论 参考文献
沈阳西部污水土地 处理系统中土壤
表层 和重金属含量明显增加 , 出现
土壤 和重金属的轻度积累和污染
土壤 的积累与降解除受水体
污染 负荷与水力负荷影响外 , 还与土壤 一 植
物 系统生态结构影响有关 秋季土壤表层
的含量减少很 可能与土壤微生物的
降解作用有关
土壤重金属的积 累主要受水体与水
吴燕 玉 沈阳市土壤环境背景值 见 高拯民主
编 土壤 一 植物系统污染生态研究 中国科学技术出
版社 , 北京 , 一
宋 玉 芳 、 区 自清 、 孙铁晰等 土壤 、 植物样品 中
多环芳烃 分析方法的研究 应用生态学报 ‘
一
黄会一 、 蒋德明 、张春兴等‘ 肠 沈阳锡土地 区生物
治理的研究 见 高拯民主编 , 土壤 一植物系统污染生
态研究 中国科学技术出版社 北京 , 一
, ,
一 一
一
枯 ” ,
三 伦 儿 , 一
《植被火生态与植被火管理 》和《草地火生态学研究进展 》简介
《草地火生态学研究进展 》全面 系统地论述了火生态学研究历史和现状 , 研究方法及 年代以前的
研究结论 , 侧重草地火生态学领域的研究成果 第 章论述了火成因子 、 火状况 、 草地火发生存在规律 、
火行为等 第 章论述 了草地火生态作用 , 涉及火烧温度
、
灰分及与放牧和割草相 比较的异同 , 并分别阐
述 了火在不同草地的生态作用 , 整理 了中国草地火生态学研究文献 第 章为应用火生态学 , 论述了土
地管理 用火原则 、 草地管理 用火原 则及综 合野火管理计划和规划方法 , 其中全面介绍 了计划火烧
盯 的理论和技术 本章中的野火管理经济分析系统地阐述 了灾害经济学分析的理论和方
法 , 是一部分非常新颖的内容 , 在编辑过程中 , 易其稿 而成
《植被火生态与植被火管理 》详尽地论述 了火状况 特别是火频次的划分及研究成果 第 章论述了
植物个体对火状况的适应 , 涉 及 植物生 长方式 、 生存对策 、 繁殖特性
、 养分利用 、 结构与化学特征等 第
章论述 了全球主要 植 被类型 一 寒温带植被
、 温带植被 、 温带 一 暖温带植被 、 草地
、
荒漠和荒漠化草地 、 澳
大利亚植被等的形态结构与火状况的关系及 其存在发展 与火状况 的相互作用 第 章论述 了刀耕火种
等社会 文化对火 与植被的影响
、 野火的非立地影响 、 火在植被管理中的作用 , 着重讨论了火管理政策
全 书内容充分展示 了科学研究 一政策一 生产管理 三者之间有机联 系 , 对研究者和生产管理者具有很
好的参考价值 另外 , 两本书的各部分内容不但针对火的 自然作用和 管理应用 , 也表述了很强的综合的
生态学信息 , 对于相关领域的研究者也有参考价值
《草地火生态学研究进展 》和《植被火生态与植被火管理 》由东北师范大学副教授周道玮博士主编 ,
吉林科学技术出版社 年出版 , 前者 万字 , 定价 元 , 后者 万字 , 元 , 开本 , 有需要
者请与钟秀丽联系 地址 长春 东北师范大学草地研究所 , 邮编 杨 柳