溶解性有机质对土壤－植物系统中PBDEs行为的影响机制

Polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) are pollutants that can cause cancer and endocrine disruption. Dissolved Organic Matter (DOM) has significant impact on the environmental behaviors of PBDEs. BDE-209 and BDE-47 are selected as representatives of PBDEs as a result of the predominance in the soils polluted by PBDEs nationwide or the high ecological and human healthy risk. The impact mechanisms of DOM from straw waste on the behaviors of BDE -209 and BDE-47 in the soil-plant system will be studied in this project. The main contents are as follows: 1) Straw waste is used to obtain DOM. TOC analyzer, element analyzer, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and 1H-NMR are used to study the concentration, chemical composition and configuration characteristics of the DOM with different decay time; 2) Solubilization and effect on sorption/desorption of PBDEs by different DOM are tested to investigate the relationship between the impacts and the DOM properties of polarity, aromaticity and the hydrophobic fraction; 3）Pot experiments will be used to probe the effect of DOM on the uptake, accumulation and degradation of PBDEs in rhizosphere, the dominant mechanism will also be discussed. This research will be helpful to environmental risk evaluation and try to provide some basis for pollution control and remediation of soils contaminated by PBDEs.

多溴联苯醚（PBDEs）是一类具有致癌性和内分泌干扰毒性的物质，溶解性有机质（DOM）对其环境行为具有重要影响。本项目选用土壤环境中浓度较高的BDE-209和生态风险较大的BDE-47作为PBDEs的代表，研究秸秆还田产生的DOM对其在土壤－植物系统中行为的影响机制。主要内容包括：（1）采用小麦秸秆制备DOM，通过TOC分析仪、元素分析、FTIR和1H-NMR等分析测试手段揭示其腐解过程中浓度、化学组成及结构特征的变化规律；（2）通过增溶实验和吸附-解吸实验研究DOM对PBDEs表观溶解度及吸附-解吸行为的影响，探讨影响程度与DOM极性、芳香度、疏水性组分含量等指标之间的关系；（3）通过盆栽实验研究DOM对植物吸收、累积和根际降解PBDEs的影响，探讨主要影响机制。研究结果有助于评估PBDEs的环境风险，为土壤PBDEs污染控制和修复提供依据。

从小麦秸秆和牛粪中提取了DOM，通过元素分析仪、红外光谱仪、体积排阻色谱(HPSEC)和13C NMR对其组成和结构进行了表征。研究了这两种DOM在土壤表面的吸附及其对PBDE溶解和吸附行为的影响，考察了其对小麦吸收和转运PBDE的影响，揭示了该影响与DOM组成和结构的关系。此外，研究了小麦对污泥农用土壤中PBDEs的吸收和转运，分析了PBDEs在土壤-植物系统中的行为与土壤有机碳含量的关系。主要结论如下：.（1）元素及灰分分析结果说明MDOM（来自牛粪）的有机质含量高于SDOM（来自小麦秸秆）。H/C、A254/DOC值及13C NMR结果均表明MDOM的芳香度高于SDOM。E4/E6及HPSEC结果证明MDOM平均分子量高于SDOM。.（2）线性方程和Freundlich方程可以很好地拟合两种DOM在土壤上的吸附。由于MDOM平均分子量大，芳香度高，与SDOM相比更易于被土壤有机质所吸附。吸附后，E4/E6值显著降低，说明DOM中的大分子量物质优先吸附在土壤表面。.（3）在0-100mg/L范围内，随着DOM浓度的增加，BDE47溶解度逐渐增大，BDE47在SDOM和MDOM中的分配系数分别为0.5846L/mg和0.2057L/mg，添加100mg/L的DOM显著降低BDE 47在土壤表面的吸附。.（4）水培条件下，随着暴露时间的增加，小麦根中BDE47的含量先增加后减少，2d时，根中BDE47的含量最大。小麦茎叶中BDE47的浓度则随着暴露时间的增加而增加，DOM的加入显著促进根系中BDE47向茎叶中的转运。SDOM的促进能力显著强于MDOM。.（5）小麦能够从施加污泥的土壤中累积BDE209并将其转运到茎叶部分。BDE209在小麦籽粒中的检出预示着对人类健康的潜在风险。一次性大量施用污泥会增加BDE209在土壤中的累积及小麦的吸收和转运。小麦根对BDE209的富集系数与土壤总有机碳之间有较好的负相关关系，表明土壤中BDE209的生物有效性主要由土壤总有机碳控制。. 以上结果为理解DOM与PBDEs的相互作用提供了重要依据，为PBDEs环境行为模拟及风险评估奠定了重要基础。