土壤中有機(jī)氯的來源及潛在風(fēng)險分析

李睿靜

（佛山市生態(tài)環(huán)境局，廣東 佛山 528000）

引言

有機(jī)氯農(nóng)藥，特別是滴滴涕(DDTs)和六六六是一類主要的持久性有機(jī)污染物，因其殺蟲作用而為世界糧食生產(chǎn)做出了巨大貢獻(xiàn)。但是其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，使其在環(huán)境中可持久殘留，也可通過各種途徑進(jìn)入水環(huán)境、沉積物及在生物體內(nèi)富集。研究表明，這類化合物大多數(shù)具有致癌及致畸效應(yīng)，對人類和生態(tài)系統(tǒng)具有潛在危害，是世界公認(rèn)的全球性環(huán)境公害。所以研究土壤中有機(jī)氯的來源和分布，可為土壤食物鏈傳遞中的人體暴露風(fēng)險評估提供科學(xué)依據(jù)。

1 有機(jī)氯的特性和分類以及遷移行為

1.1 有機(jī)氯的特性和分類

有機(jī)氯是一類含有碳-氯化學(xué)鍵的有機(jī)化合物，具有高揮發(fā)性、低沸點等物理特性。在常溫下多為無色及微黃色液體或固體，可溶于脂類、脂肪和有機(jī)溶劑，且具有毒性，對生物體具有潛在的危害。有機(jī)氯化合物在環(huán)境中具有較高的穩(wěn)定性和生物積累性，容易長期存在于土壤、水體以及生物體內(nèi)。敵敵畏、滴滴涕、六六六等[1]含有機(jī)氯的農(nóng)藥十分常見且被廣泛使用；氯乙烯、三氯乙烯以及有機(jī)氯化合物如二噁英和多氯聯(lián)苯等是一些工業(yè)化學(xué)合成過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物；一些自然產(chǎn)生的有機(jī)化合物，如植物葉片表面的蠟質(zhì)和真菌的代謝產(chǎn)物，也可能含有有機(jī)氯。

1.2 有機(jī)氯的遷移行為

有機(jī)氯化合物可以溶解于水和土壤中，也可以通過在有機(jī)物顆粒表面進(jìn)行吸附從而分布到土壤中。同時，有機(jī)氯也可以以揮發(fā)的形式從土壤或水體中釋放到大氣中去，這是由于有機(jī)氯化合物的揮發(fā)性較高所致。

有機(jī)氯化合物可以長期滯留于各種生物體內(nèi)，這是由于有機(jī)氯化合物在生物界具有一定的穩(wěn)定性和生物效應(yīng)，它們可以被生物體吸收并在其體內(nèi)逐漸富集。有機(jī)氯化合物在環(huán)境中的分布和遷移行為是一個復(fù)雜的過程，在水體和土壤中通過溶解、吸附、揮發(fā)、生物富集和生物降解等方式進(jìn)行遷移。這些過程的相對重要性取決于有機(jī)氯化合物的性質(zhì)以及環(huán)境條件。

2 土壤中有機(jī)氯的來源

2.1 農(nóng)藥使用和農(nóng)田污染

農(nóng)藥使用和農(nóng)田污染是有機(jī)氯擴(kuò)散的重要原因。農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用，這些農(nóng)藥通常含有有機(jī)氯化合物。當(dāng)這些農(nóng)藥在農(nóng)田中使用時，它們可能通過噴灑、灌溉或者施肥等方式進(jìn)入土壤和水體中。農(nóng)田污染是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動引起的土壤和水體的污染現(xiàn)象。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)藥可能會留在土壤中并逐漸積累。有機(jī)氯類農(nóng)藥在土壤中具有持久性和不易降解的特性，因此它們可以長期存在于土壤中，并隨著時間逐漸擴(kuò)散推移到周圍的環(huán)境介質(zhì)中，如地下水、河流、湖泊等。有機(jī)氯類農(nóng)藥可以通過多種途徑擴(kuò)散到環(huán)境中，當(dāng)其附著在土壤顆粒上時，會發(fā)生土壤侵蝕，還會隨著水流被沖刷到河流或湖泊中去，從而導(dǎo)致農(nóng)藥的擴(kuò)散。農(nóng)作物噴灑或灌溉時，有機(jī)氯農(nóng)藥可能會滲漏到土壤中，并通過土壤孔隙隨土壤水分遷移至地下水。農(nóng)田中的有機(jī)氯農(nóng)藥可能會隨著雨水流入下游的河流及湖泊中，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)藥的擴(kuò)散。同時有機(jī)氯也可通過蒸發(fā)或氣溶膠粉塵的形式進(jìn)入大氣中，并通過氣態(tài)到凝結(jié)態(tài)的過程降落到土壤和水體中。

2.2 工業(yè)廢物和排放物

工業(yè)污染產(chǎn)生的排放物可以通過多種方式造成有機(jī)氯的污染和擴(kuò)散，許多工業(yè)生產(chǎn)過程中會使用含氯化合物作為原料或輔助材料，例如，氯化有機(jī)溶劑、含氯塑料的生產(chǎn)和廢棄物處理過程中的廢氣和廢水都可以成為有機(jī)氯的來源。燃燒化石燃料（如煤、石油和天然氣）會產(chǎn)生氯化物，這些氯化物可以通過廢氣和灰渣的排放進(jìn)入大氣中，然后通過降水沉淀到土壤和水體中。許多工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水含有有機(jī)氯化合物，例如含氯溶劑和化學(xué)品的廢水。這些廢水在排放之前可能經(jīng)過處理，但仍有可能導(dǎo)致有機(jī)氯的污染和擴(kuò)散。工業(yè)廢棄物中可能含有有機(jī)氯化合物，如廢棄的溶劑和化學(xué)品，如果這些廢棄物沒有得到正確處理，它們可能會滲入土壤和水體中，導(dǎo)致有機(jī)氯的污染。

2.3 污水和生活廢物

污水和生活廢物如果處理或排放方式不當(dāng)，就會導(dǎo)致有機(jī)氯的污染和擴(kuò)散。例如，某些清潔劑、藥物含有有機(jī)氯化合物，它們經(jīng)過使用后會通過廢水排放到環(huán)境中。這些有機(jī)氯化合物在水體中分解緩慢，因此可以在一定程度上造成環(huán)境污染。在一些污水處理廠中，廢水可能沒有得到徹底以及有效的處理，特別是對于有機(jī)氯化合物的去除效果可能不理想，這些未去除的有機(jī)氯化合物可能會被排放到水體中，導(dǎo)致有機(jī)氯的污染和擴(kuò)散。廢水和生活廢物中的有機(jī)氯化合物也可以通過土壤吸附和沉積物積累的方式造成污染且可以在土壤中長期存在，并慢慢釋放到地下水或其他水體中。有機(jī)氯化合物具有生物蓄積的特性，可以在生物體內(nèi)積累和富集。當(dāng)生物體攝入受有機(jī)氯化合物污染的水或食物時，有機(jī)氯化合物就會進(jìn)入生物體內(nèi)，并通過食物鏈進(jìn)行傳遞。這樣，一旦生態(tài)系統(tǒng)中存在有機(jī)氯化合物污染，它們就可能被迅速傳遞和擴(kuò)散。

3 土壤中有機(jī)氯的分布和分解

3.1 土壤環(huán)境對有機(jī)氯分布的影響

土壤環(huán)境可以影響有機(jī)氯化合物的分布，例如土壤的pH值可以影響有機(jī)氯化合物的溶解度和解離度。一般來說，有機(jī)氯在酸性土壤中更容易溶解和解離，而在堿性土壤中較不易達(dá)成。有機(jī)氯化合物通常會與土壤中的有機(jī)質(zhì)相結(jié)合，有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤通常會吸附更多的有機(jī)氯化合物。土壤中礦物質(zhì)的類型和含量都會影響有機(jī)氯化合物的分布，土壤質(zhì)地也決定了土壤的孔隙結(jié)構(gòu)和水分保持能力，從而影響有機(jī)氯化合物的遷移和分布。例如，粘土質(zhì)地的土壤比砂質(zhì)土壤更容易保持水分和吸附有機(jī)氯化合物。

3.2 土壤微生物降解有機(jī)氯的過程和機(jī)制

有機(jī)氯農(nóng)藥污染對土壤微生物生物量和土壤酶活性的影響十分巨大。污染水平高的土壤樣品的抑制作用強(qiáng)于低污染水平的土壤，相關(guān)分析表明土壤酶活性與有機(jī)氯農(nóng)藥的含量呈現(xiàn)不同程度的負(fù)相關(guān)，污染水平越高的土壤中，降解菌的豐度越高，植物生長對其有一定的促進(jìn)作用。

土壤中的微生物可以吸附有機(jī)氯分子到細(xì)胞表面，然后降解分子中的氯原子。這個過程通常涉及到細(xì)胞表面酶的參與，反應(yīng)機(jī)制是使有機(jī)氯分子中的氯原子與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生無機(jī)氯物質(zhì)。也可以通過產(chǎn)生特定的酶來降解有機(jī)氯分子。這些酶可以使有機(jī)氯分子中的氯原子與碳或氧等原子進(jìn)行反應(yīng)，斷裂有機(jī)氯分子的化學(xué)鍵。同時，一些土壤微生物有特定的代謝途徑降解有機(jī)氯分子，這些微生物能夠利用有機(jī)氯分子作為碳源或能源，并通過代謝等途徑將有機(jī)氯分子降解為無機(jī)物質(zhì)。除了微生物降解外，土壤中還可能存在其他降解有機(jī)氯的過程和機(jī)制，比如光解和化學(xué)氧化等。這些過程通常比較依賴外部條件，比如需要陽光照射或加入氧化劑等[2]。

4 有機(jī)氯對土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的潛在風(fēng)險

4.1 毒性和生態(tài)毒性

有機(jī)氯是一類含氯的有機(jī)化合物，常見的有機(jī)氯包括多氯聯(lián)苯（PCB）、滴滴涕（DDT）等[3]。有機(jī)氯具有生態(tài)毒性，在土壤中難以降解，能夠?qū)ν寥郎镌斐蓢?yán)重危害。有機(jī)氯具有廣譜的生物毒性，可以對土壤微生物、植物和動物產(chǎn)生毒害作用。它們可以抑制土壤微生物的生長和代謝活性，從而干擾土壤微生物對有機(jī)物質(zhì)的分解以及營養(yǎng)循環(huán)作用的發(fā)揮，破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡。同時，有機(jī)氯還可以抑制植物的生長和發(fā)育，并對植物的光合作用和氣孔調(diào)節(jié)功能產(chǎn)生負(fù)面影響。同時，有機(jī)氯在土壤中具有較強(qiáng)的親脂性，易于富集在有機(jī)質(zhì)豐富的土壤中，并通過生物體在食物鏈上層逐漸富集。由于這些有機(jī)氯化合物在生物體內(nèi)難以降解，會引起生物體內(nèi)部毒素蓄積，對生物體的生存和繁衍產(chǎn)生不良影響。為了保護(hù)土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康，減少對土壤生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)避免過度使用和排放有機(jī)氯農(nóng)藥和化學(xué)品，加強(qiáng)土壤污染治理和生態(tài)修復(fù)工作。

4.2 有機(jī)氯對土壤微生物群落的影響

有機(jī)氯化合物對土壤生態(tài)系統(tǒng)的微生物群落有多種影響，其會抑制土壤中微生物的活性，對其生長和代謝過程產(chǎn)生不良影響。這可能導(dǎo)致土壤中微生物群落的減少和種類的變化，直接或間接影響土壤微生物的多樣性。它們可能對一些微生物群體有選擇性殺傷或抑制作用，導(dǎo)致微生物種類的減少，這會大大降低土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

同時有機(jī)氯化合物可能會改變土壤微生物的代謝過程。一方面這些化合物可能被土壤微生物降解，而降解過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可能對微生物群落產(chǎn)生毒性或改變微生物的代謝途徑。而一些有機(jī)氯化合物具有較高的降解能力，它們可以降解土壤中的有機(jī)質(zhì)，并影響土壤中的良性碳循環(huán)和養(yǎng)分循環(huán)的過程，這可能對土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康和功能產(chǎn)生負(fù)面影響。

4.3 有機(jī)氯對土壤中植物生長的影響

有機(jī)氯是一類有機(jī)化合物，常見的有機(jī)氯有農(nóng)藥、染料、塑化劑等。土壤中存在有機(jī)氯會對土壤生態(tài)系統(tǒng)的植物生長產(chǎn)生不同的影響。首先，有機(jī)氯對植物的生長發(fā)育有一定的抑制作用，它會抑制植物的光合作用，影響植物光合產(chǎn)物的合成和運輸，從而影響植物的生長和發(fā)育。某些有機(jī)氯物質(zhì)具有較強(qiáng)的毒害作用，會引起植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的損傷，干擾植物的正常代謝和生理過程，導(dǎo)致植物的死亡或凋謝。其次，有機(jī)氯化合物在土壤中具有較高的殘留性和持久性，它們可能會通過土壤中的生物鏈傳遞，從而在植物和其他生物體中累積。當(dāng)有機(jī)氯在生物體中積累到一定濃度時，可能會影響生物體的生長發(fā)育和正常功能。而有機(jī)氯對土壤中的微生物活性也有一定影響，它們可能抑制土壤中某些微生物的生長和活性，導(dǎo)致土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，進(jìn)而影響土壤的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和植物的養(yǎng)分吸收效率。

4.4 有機(jī)氯在土壤中逐漸累積的風(fēng)險

4.4.1 毒性影響

有機(jī)氯類化合物具有較高的毒性，可能對土壤中的微生物、植物和動物造成危害。這些化合物可能破壞土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)，干擾土壤生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動，減少土壤生物的多樣性。

4.4.2 生物富集

有機(jī)氯類化合物可在土壤中逐漸累積，并通過土壤生物的生物富集作用進(jìn)入食物鏈。這可能導(dǎo)致有機(jī)氯在食物鏈中逐級累積，對生態(tài)系統(tǒng)中的高級消費者產(chǎn)生潛在影響。

4.4.3 持久性和遷移性

有機(jī)氯類化合物通常具有較強(qiáng)的持久性和遷移性，意味著它們可以在土壤中長期存在，并可能滲漏到地下水或通過風(fēng)力、水流傳播到其他區(qū)域，對水體和周邊環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。

4.4.4 危害人類健康

有機(jī)氯類化合物的累積和遷移可能對人類健康產(chǎn)生危害。人類可能會由于食用受污染的農(nóng)產(chǎn)品或接觸受污染的土壤、水體而導(dǎo)致疾病的發(fā)生。某些有機(jī)氯類化合物已被列為潛在的致癌物質(zhì)或神經(jīng)毒性物質(zhì)。

5 有機(jī)氯污染的監(jiān)測與防治及風(fēng)險分析方法

有機(jī)氯類化合物的監(jiān)測方法和技術(shù)有很多，常見的包括氣相色譜法、液相色譜法、光譜法、電化學(xué)法等[4]，一些其他方法也可用于對有機(jī)氯化合物的監(jiān)測，如質(zhì)譜方法、熒光法、放射性同位素標(biāo)記法等。相關(guān)人員需要根據(jù)具體的有機(jī)氯化合物種類和監(jiān)測要求選擇合適的方法和技術(shù)。

5.1 有機(jī)氯污染的監(jiān)測與防治措施

具體措施包括：（1）相關(guān)部門可以通過加強(qiáng)對有機(jī)氯廢氣、廢水和固體廢棄物的處理，控制和減少其進(jìn)入大氣、土壤和水體的排放量；建立對有機(jī)氯污染源頭的監(jiān)測和管理體系；定期監(jiān)測大氣、土壤、水體等環(huán)境介質(zhì)中有機(jī)氯的含量，以及時發(fā)現(xiàn)和處理有機(jī)氯污染問題。（2）也可以引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，減少有機(jī)氯在工業(yè)生產(chǎn)過程中的使用量，或者以其他材料直接替代有機(jī)氯化合物的使用，降低有機(jī)氯的排放量和使用風(fēng)險。（3）相關(guān)研究人員還可以開展對有機(jī)氯的環(huán)境行為、毒性效應(yīng)、降解機(jī)理等方面的科學(xué)研究，探索有機(jī)氯污染的綜合防治技術(shù)，增強(qiáng)有機(jī)氯污染的治理效果。（4）通過宣傳教育活動，增強(qiáng)公眾對有機(jī)氯污染問題的認(rèn)識和防治意識，引導(dǎo)公眾采取有機(jī)氯污染防治措施，減少個人及家庭的有機(jī)氯污染行為。

5.2 有機(jī)氯污染的風(fēng)險分析流程

具體流程為：（1）相關(guān)人員可以對可能受到有機(jī)氯污染的土壤區(qū)域進(jìn)行環(huán)境調(diào)查和采樣，確定樣品的來源和分布情況，然后通過實驗室分析技術(shù)，確定土壤中有機(jī)氯的種類和濃度，以及可能的污染源，如工業(yè)廢水、農(nóng)藥的施用等。（2）通過追蹤污染物在土壤中的遷移和轉(zhuǎn)化過程，了解其擴(kuò)散機(jī)制和影響因素，包括土壤pH值、土壤含水量、有機(jī)質(zhì)含量等。（3）基于實驗室分析結(jié)果和土壤特性，采用數(shù)學(xué)模型、風(fēng)險評估工具等方法，評估土壤中有機(jī)氯的潛在風(fēng)險，如生態(tài)風(fēng)險、人體健康風(fēng)險等。（4）根據(jù)潛在風(fēng)險評估結(jié)果，制定適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險管理和土壤修復(fù)策略，包括采取物理、化學(xué)或生物方法進(jìn)行土壤修復(fù)，或者采取管控措施防止污染物進(jìn)一步擴(kuò)散[5]。綜合分析土壤中有機(jī)氯來源和潛在風(fēng)險的過程涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，需要相關(guān)人員綜合運用環(huán)境科學(xué)、土壤科學(xué)、化學(xué)、生態(tài)學(xué)、風(fēng)險評估等的相關(guān)知識和技術(shù)。

6 結(jié)論與展望

有機(jī)氯污染物的降解機(jī)制至今尚不完全清楚，在土壤中的降解速度和途徑需要相關(guān)人員進(jìn)一步深入研究，未來可以著重于發(fā)現(xiàn)新的有機(jī)氯降解菌種及探索新的降解途徑和催化劑等。目前，對有機(jī)氯污染物的治理主要依賴于生物降解和化學(xué)氧化等技術(shù)，未來可以探索生物修復(fù)技術(shù)、納米技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)等更高效、更經(jīng)濟(jì)的有機(jī)氯污染治理技術(shù)，提高治理效率并降低成本。土壤微生物在土壤中有機(jī)氯的降解過程中起著關(guān)鍵作用，未來的研究也可以進(jìn)一步探索土壤微生物群落結(jié)構(gòu)對有機(jī)氯降解的影響，發(fā)掘具有高降解能力的微生物菌株，優(yōu)化土壤微生物調(diào)控技術(shù)。不同的土壤類型和污染程度對有機(jī)氯污染物的降解具有差異性，未來的研究可以開發(fā)針對不同土壤類型和污染程度的有機(jī)氯污染土壤治理技術(shù)，提升治理效果和適用性。有機(jī)氯污染物對土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能具有重要影響，未來的研究可以深入探究有機(jī)氯對土壤微生物多樣性、土壤酶活性和作物生長等方面的影響，為保護(hù)土壤生態(tài)系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù)。