硝化抑制剂对邻苯二甲酸酯在土壤-微生物界面行为的影响及其机制

The residues of phthalate esters (PAEs) in agricultural soil have aroused wide attention in the world. However, the researches about effects of the large quantity agrochemicals, such as nitrification inhibitors (NIs), on behaviors of PAEs at the soil-microorganism interface are scarce. In this project, the common gram-positive and gram-negative bacteria will be used as research materials. The distribution of two typical PAEs in soil mineral and microorganism will be investigated using advanced analytical methods combined with conventional physical-chemical methods. The combined forms of PAEs molecules with microorganism or mineral particles will also be investigated here. Specifically, on the basis of soil features, PAEs species and viability of microorganism analysis, the impacts of NIs on adsorption behaviors of PAEs on the separate component (microorganism or mineral) and the binary complex (microorganism-mineral) will be discussed as the focus. Then, the potential rule and molecular mechanisms will also be revealed. The results will provide scientific basis for the research of PAEs behaviors at the soil-microorganism interface and theoretical direction for the safety evaluation and scientific management of NIs in agriculture.

邻苯二甲酸酯类（PAEs）环境激素在土壤中的残留已引起国内外研究者的广泛关注。目前针对农业土壤中施用的大量农用化学品，如硝化抑制剂（NIs）对PAEs在土壤-微生物界面行为的影响尚未开展相关工作。本项目以荧光假单胞菌和枯草芽孢杆菌等土壤中典型的革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌作为试验菌种，采用现代仪器分析手段结合传统的物理化学、生物方法，研究两种典型的PAEs在土壤矿物与微生物间的分配规律，以及细菌/矿物与PAEs分子的结合形态；在掌握硝化抑制剂对土壤理化性质、PAEs形态以及细菌生长情况的影响基础上，重点考察NIs对土壤中PAEs在各个单独组分（细菌、矿物）和二元复合体（细菌-矿物复合体）表面的吸附行为所产生的影响，并揭示影响的潜在规律与可能机制。以期为探讨土壤中PAEs的土壤-微生物界面行为提供科学依据，为进行农用NIs的安全性评价与科学管理提供理论指导。

本项目从PAEs染毒后的土壤样品中分别筛选到DBP和DEHP的耐性微生物各一株，命名为BK1和BKc。系统研究了细菌、三种常见矿物（针铁矿、高岭土、蒙脱石）及其复合体系对PAEs的吸附解吸行为和机制。这些研究结论有助于揭示PAEs的微生物-矿物界面行为，完善其在土壤中的环境行为，同时也为环境污染控制与治理技术实践及农用品的管理措施提供科学指导。.主要研究结论有如下几点：.（1）细菌对PAEs的吸附能力与其成长周期密切相关，且吸附过程更符合Freundlich吸附等温模型，细菌对DEHP的吸附量略高于DBP；细菌表面蛋白质和脂类成分的C-H键在细菌吸附PAEs过程中发挥了重要作用，而进一步研究发现细菌细胞壁中的胞外聚合物、夹膜、PEG层对在PAEs的吸附贡献较小，而含有蛋白质、脂类和脂多糖的细胞内膜与外膜的贡献较大。.（2）三种矿物对DBP的吸附能力大小依次为：蒙脱土＞针铁矿＞高岭土； Freundlich模型更适合用于描述三种矿物对DBP的等温吸附过程；吸附作用主要发生在C=O基团与矿物表面结合水分子之间。.（3）随复合体中细菌比例的增加，细菌-针铁矿和细菌-蒙脱土对DBP的吸附量逐渐降低，而细菌-高岭土对DBP的吸附量逐渐增加；细菌-高岭土复合体对DEHP的亲和力随细菌比例的增加而逐渐增加；而细菌-蒙脱土复合体的吸附则明显的下降；在1:1的混合比例下，细菌-矿物复合体对DBP的吸附能力影响最大。另外，微生物的加入降低了针铁矿和高岭石对DBP的解吸能力，提高了蒙脱土对DBP的解吸能力，而细菌-矿物复合体及细菌对DEHP解吸率大小为：高岭土体系>细菌>针铁矿体系>>蒙脱土体系。.（4）SEM结果表明细菌与针铁矿和蒙脱土结合的十分紧密，因此细菌与矿物之间的结合会掩盖掉一些表面极性基团，进而减弱复合体表面的极性，增加对DBP的吸附量；而细菌与高岭土之间通过疏水作用和范德华力形成相对松散的结构，细菌吸附在高岭土表面疏水结合位点，从而降低了复合体对DBP的吸附量。由此可见，疏水性也是不同体系对PAEs吸附行为的重要影响因素。