農(nóng)藥在土壤粘粒礦物表面的吸附解吸與生物降解研究.pdf

1、吸附和降解是農(nóng)藥在土壤環(huán)境中行為和歸宿的兩個重要過程。農(nóng)藥在土壤粘土礦物上的吸附影響著農(nóng)藥在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化和生物利用等過程。降解作用是農(nóng)藥消失的主要途徑，是土壤凈化功能的重要表現(xiàn)。了解農(nóng)藥在土壤中的吸附/解吸與生物降解規(guī)律，對于預(yù)測和評價農(nóng)藥對土壤、地下水存在的潛在危害性、開展土壤的化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)等都具有十分重要的意義。本文以蒙脫石、高嶺石和針鐵礦三種土壤粘粒礦物為吸附材料，研究了甲基對硫磷、西維因及其降解菌在礦物表面的吸附/解

2、吸特征，探討了固定態(tài)甲基對硫磷和西維因的降解動力學(xué)以及粘粒礦物對細(xì)菌活性的影響，主要內(nèi)容如下： 1.運(yùn)用吸附-解吸等化學(xué)方法和傅立葉變換紅外光譜(FTIR)技術(shù)，討論了甲基對硫磷和西維因在蒙脫石、高嶺石和針鐵礦表面的吸附-解吸特征，基本揭示了兩種農(nóng)藥在不同粘粒礦物表面的結(jié)合機(jī)制。甲基對硫磷在三種礦物表面的吸附較好地符合Freundlich方程，而西維因在礦物表面的吸附更好地符合Langmuir方程；蒙脫石對兩種農(nóng)藥的吸附量均大于

3、針鐵礦和高嶺石；用動力學(xué)方程對這兩種農(nóng)藥的吸附過程進(jìn)行擬合，Elovich方程為最佳模型，相關(guān)系數(shù)在0.93～0.98之間，說明該吸附過程為非均相擴(kuò)散過程；兩種農(nóng)藥的粘附量均隨初始pH的升高先減小后增大；三種礦物對農(nóng)藥的親和力大小為：蒙脫石>高嶺石>針鐵礦；兩種農(nóng)藥可通過氫鍵、靜電引力與礦物發(fā)生結(jié)合。 2.首次研究了粘粒礦物固定甲基對硫磷的生物降解特性，用微量熱儀測定了甲基對硫磷降解菌在不同粘粒礦物存在下的代謝活性，以及該菌利用

4、游離與固定態(tài)甲基對硫磷進(jìn)行生長代謝的熱動力學(xué)特征。甲基對硫磷的生物降解明顯受到農(nóng)藥濃度和礦物類型的影響。對于游離態(tài)甲基對硫磷，低濃度時開始具有較大的降解率，而高濃度時降解相對平緩。在降解初期(前7h)，固定態(tài)甲基對硫磷的降解速率高于所有游離態(tài)。隨著時間延長，固定態(tài)甲基對硫磷降解速率減慢，明顯低于游離態(tài)。固定在不同礦物上的甲基對硫磷，其降解行為也存在明顯差異。蒙脫石固定的甲基對硫磷，其降解百分?jǐn)?shù)最大，高嶺石次之，針鐵礦最低。蒙脫石和高嶺石

5、對細(xì)菌第一次指數(shù)生長期有抑制作用，但促進(jìn)了細(xì)菌的二次生長，且蒙脫石的促進(jìn)作用大于高嶺石，針鐵礦則對細(xì)菌的代謝活性一直有抑制作用。礦物的存在顯著影響了細(xì)菌活性，進(jìn)而成為影響固定態(tài)甲基對硫磷生物降解的主要因素，礦物對甲基對硫磷的吸附作用則可能是次要的影響因素。 3.運(yùn)用吸附一解吸等化學(xué)方法研究了甲基對硫磷降解菌在不同粘粒礦物表面的吸附/解吸特征，結(jié)合FTIR技術(shù)探討了其結(jié)合機(jī)制，研究了該固定菌對甲基對硫磷的降解動力學(xué)，并首次用微量熱

6、儀測定了不同粘粒礦物固定菌利用甲基對硫磷生長代謝的熱動力學(xué)特征。甲基對硫磷降解菌在礦物表面的吸附量大小和結(jié)合強(qiáng)度均為：針鐵礦>高嶺石>蒙脫石。在pH等于或接近蒙脫石和高嶺石的等電點(diǎn)時，細(xì)菌在這兩種礦物表面的吸附量最大。細(xì)菌與粘粒礦物之間有多種作用力，包括范德華力、靜電力、配體交換、氫鍵等，這些作用力對吸附的貢獻(xiàn)大小也不一樣。細(xì)菌與蒙脫石之間可能是范德華力占主導(dǎo)地位，與高嶺石之間可能是非靜電力(如氫鍵)起主要作用，與針鐵礦之間則可能是配體

7、交換、靜電力發(fā)揮主要作用。細(xì)菌被粘粒礦物固定后，其降解甲基對硫磷的能力與游離菌明顯不同。在低濃度農(nóng)藥下，游離菌的降解能力比固定菌要強(qiáng)。而在高濃度下，礦物的存在起初(前12h)有利于農(nóng)藥的降解，隨著時間延長，固定菌對甲基對硫磷的降解程度漸漸低于游離菌。不同礦物固定菌的降解能力為：蒙脫石>高嶺石>針鐵礦。從吸附強(qiáng)度看，蒙脫石對甲基對硫磷降解菌的親和力最弱，但它對細(xì)菌的代謝活性起到促進(jìn)作用，有利于農(nóng)藥的生物降解；而針鐵礦與細(xì)菌之間的鍵合強(qiáng)度最

8、大，細(xì)菌活性因此受到抑制，不利于農(nóng)藥的生物降解。 4.首次研究了粘粒礦物固定西維因的降解動力學(xué)，用微量熱儀測定了不同礦物對西維因降解菌代謝活性的影響，結(jié)合前面的吸附實(shí)驗(yàn)分析了固定態(tài)西維因生物降解的影響因素。固定態(tài)西維因的降解速率和程度明顯受礦物的影響，其影響程度隨時間的延長而變化。在降解初期(前20h)，固定態(tài)西維因的降解速率高于游離態(tài)，隨著時間延長，其降解速率漸漸低于游離態(tài)。固定在不同礦物上的西維因，其降解率大小為：蒙脫石>高