表生地球化学过程对土壤毒害有机污染物解吸和生物可利用性的影响

自然环境中蓄积的毒害有机污染物的再释放和生物可利用性是有机污染综合治理中的一个核心问题。毒害有机污染物进入土壤后发生"老化效应"导致部分毒害有机污染物难以被解吸释放甚至被完全锁定，但"老化效应"产生的机理尚不明朗。前期的研究表明毒害有机污染物与土壤颗粒有机质组分间的强相互作用是引起毒害有机污染物慢解吸和低生物可利用性的主导原因，本研究进一步提出干湿交替和冰冻融化循环等表生地球化学过程对土壤颗粒的反复改造致使无机矿物质对土壤颗粒有机质组分的内外表面形成包裹覆盖是"老化效应"产生的重要机制。本研究将在实验室中模拟自然土壤可能经历的表生地球化学过程，对比研究"老化"和"未经老化"土壤样品的解吸与解吸速率，揭示无机矿物包裹覆盖在土壤有机污染物"老化效应"中的作用。本研究还将探索"老化"和"未经老化"样品上吸附态的毒害有机污染物在水溶液和模拟生物液两个不同体系中生物可利用性的差异。

土壤等固相环境介质是人为排放有机污染物的主要环境宿体。污染物输入停止后，蓄积在土壤/沉积物中的有机污染物会持续缓慢地释放出来，继续对环境和健康造成危害。准确评估自然环境中蓄积态有机污染物的再释放能力和生物可利用性是有机污染综合治理的重要基础和核心问题。我们提出自然环境中土壤等环境介质对有机污染物的吸附和解吸行为受表生地球化学过程的影响与简单模拟实验的结果存在一定的差异，有必要对此进行深入系统的研究。我们以两种常见的多环芳烃化合物（菲和芘）为目标化合物，模拟了常见的表生地球化学过程（如：样品孔隙水的反复冷冻与融化，土壤矿物在样品表面的反复沉淀与溶解，可溶性天然有机质对样品的覆盖包裹等等）对自然土壤样品和土壤有机质组分样品进行了“老化”处理，对比研究了“老化”样品和“未老化”样品对目标化合物的吸附/解吸特性和解吸速率的差异，探索了目标化合物在水溶液体系和模拟人体体液体系中吸附/解吸和解吸速率的差异，完成了大量的实验模拟工作，获取了一批重要的基础数据。研究结果显示，受不同的表生地球化学过程影响的土壤等样品对目标化合物的吸附行为的变化可能是不同的，矿物质反复沉淀和溶解显著降低了实验样品的吸附能力但增大了实验样品解吸的滞后性；反复冷冻与融化则增大了实验样品的吸附能力也同时增大了实验样品解吸的滞后性；可溶性天然有机质包裹针对不同类型的实验样品可以表现出截然相反的影响效果；“老化”和“未老化”样品在模拟人体体液系统中解吸的量和速度均显著高于水溶液体系中的对应值。这些研究结果说明表生地球化学过程对有机污染物在土壤等环境介质上吸附/解吸影响是显著的，使用传统吸附/解吸模拟实验获得的参数，可能导致低估直接与人体体液接触的环境介质中有机污染物的生物可利用性，也可能造成蓄积有机污染物风险评估的偏差。本项研究的成果为准确评估自然环境中蓄积态有机污染物的再释放能力和生物可利用性提供了数据支撑，具有重要理论意义。