楊凌區(qū)設(shè)施蔬菜基地土壤中鄰苯二甲酸酯污染狀況分析

李國秀，崔利輝，劉 偉，劉小寧

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程分院，陜西 楊凌 712100）

鄰苯二甲酸酯（PAEs）是目前世界上生產(chǎn)量大、應(yīng)用范圍廣的一類人工合成有機(jī)化合物，作為增塑劑廣泛應(yīng)用于PVC塑料制品，另外還普遍用于驅(qū)蟲劑、殺蟲劑等農(nóng)藥載體以及化妝品、合成橡膠、潤滑油、箔片、印刷用墨水的添加劑等。PAEs易溶于有機(jī)試劑和脂類，難溶于水，由于其在環(huán)境中穩(wěn)定、持久，通常具有生物累積效應(yīng)和放大效應(yīng)，可進(jìn)入食物鏈而危及人體的健康安全。研究表明，某些PAEs種類具有干擾內(nèi)分泌、致癌、致畸、致突變的作用［1-3］。

土壤是PAEs積累和遷移的重要介質(zhì)，農(nóng)膜殘留、有機(jī)肥的使用、污水灌溉、污泥用作肥料等是農(nóng)田土壤PAEs的主要來源。隨著人們對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的日益重視，農(nóng)田土壤中PAEs的污染問題也引起人們的關(guān)注，國內(nèi)外研究人員對區(qū)域土壤PAEs污染水平進(jìn)行了廣泛研究［4-10］。各地區(qū)因在種植方式、土壤類型、氣候條件以及工業(yè)發(fā)展等因素方面存在差異，導(dǎo)致農(nóng)田土壤PAEs污染水平和特征各不相同。李彬等［11］比較不同種植類型土壤中PAEs發(fā)現(xiàn)，污染程度從高到低依次為菜地、果園地、稻田。植物能通過根系從土壤中吸收PAEs污染物，最終通過食物鏈進(jìn)入人體，威脅人類的身體健康［12］，因而蔬菜基地土壤污染狀況與蔬菜質(zhì)量安全有著密切的聯(lián)系。因此，對蔬菜基地土壤中PAEs的污染狀況進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了解楊凌區(qū)蔬菜基地土壤中PAEs的污染情況，本研究采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對當(dāng)?shù)氐湫驮O(shè)施蔬菜基地土壤中15種PAEs化合物進(jìn)行檢測，為農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量管控以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)防控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 儀器 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀GCMS-QP2010Plus，日本島津公司；OSJ-UP-V超純水機(jī)，山東博科科學(xué)儀器有限公司；RE-52C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，鄭州市亞榮儀器有限公司；水浴恒溫振蕩器，上海啟前電子科技有限公司；MD-200氮吹儀，杭州奧盛儀器有限公司；Mixplus旋渦混合器，合肥艾本森科學(xué)儀器有限公司。

1.1.2 試劑 15種PAEs有機(jī)物混合標(biāo)樣（壇墨質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心），濃度為1 000μg/mL，包括鄰苯二甲酸二甲酯（DMP）、鄰苯二甲酸二乙酯（DEP）、鄰苯二甲酸二異丁酯（DIBP）、鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）、鄰苯二甲酸二（2-甲氧基）乙酯（DMEP）、鄰苯二甲酸（4-甲基一戊基）酯（BMPP）、鄰苯二甲酸二（2-乙氧基）乙酯（DEEP）、鄰苯二甲酸二戊酯（DPP）、鄰苯二甲酸二己酯（DHXP）、鄰苯二甲酸丁基芐基酯（BBP）、鄰苯二甲酸二（2-丁氧基）乙酯（DBEP）、鄰苯二甲酸二環(huán)己酯（DCHP）、鄰苯二甲酸（2-乙基）己酯（DEHP）、鄰苯二甲酸二正辛酯（DNOP）、鄰苯二甲酸二壬酯（DNP）；丙酮、正己烷、乙腈、二氯甲烷、甲醇均為色譜純；固相萃取柱為PSA/Silica復(fù)合填料玻璃柱（1 000 mg，6 mL）。

1.2 方法

1.2.1 土壤樣品采集和制備 楊凌區(qū)隸屬陜西省咸陽市，位于關(guān)中平原中部，是國家級農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)。本研究選擇楊凌區(qū)及其周邊10個(gè)典型設(shè)施蔬菜基地，采取多點(diǎn)采樣混合法，在每個(gè)大棚菜地采集6～8個(gè)點(diǎn)形成一個(gè)土壤混合樣，避開菜地邊緣、作物根部和剛施肥的地點(diǎn)。四分法留取1 kg土樣裝入布袋中。將土壤樣品平鋪在風(fēng)干盤上，去除雜物及植物殘?bào)w，攤成2～3 cm的薄層，放于通風(fēng)陰涼處自然風(fēng)干，研磨后過60目篩，裝于棕色玻璃瓶中置于冰箱中保存，待測。

1.2.2 樣品前處理 參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.271-2016［13］和王曉燕等［14］方法進(jìn)行。稱取10.0 g土壤樣品于150 mL錐形瓶中，加入30 mL丙酮與正己烷（體積比1∶2）的混合液，以180 r/min轉(zhuǎn)速振蕩提取20 min，靜置10 min后將上清液過濾至100 mL圓底燒瓶中，于40℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)近干，再加入5.0 mL乙腈復(fù)溶，待凈化。

采用固相萃取法對提取液進(jìn)行凈化，固相萃取小柱為PSA/Silica復(fù)合填料玻璃柱（1 000 mg，6 mL）。首先將凈化小柱依次用5.0 mL二氯甲烷、5.0 mL乙腈活化，棄去流出液。然后取1.0 mL待凈化液加入凈化小柱，待液面近填料層時(shí)，立即加入5.0 mL乙腈洗脫，收集洗脫液。40℃氮吹至近干，用正己烷準(zhǔn)確定容至2 mL，渦旋混勻，供GC-MS分析。

1.2.3 樣品分析 利用GC-MS進(jìn)行樣品分析。色譜條件：DB-5 MS石英毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25μm）；載氣為高純氦氣（純度大于99.999%），載氣流量1.0 mL/min；進(jìn)樣方式為不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量為1.0μL；進(jìn)樣口溫度280℃；柱溫為程序升溫（初始柱溫60℃，保持1 min；以8℃/min升溫至220℃，保持4 min；再以15℃/min升溫至270℃；再以5℃/min升溫至300℃，保持15 min）。質(zhì)譜條件：電子轟擊電離源（EI）；電離能量70 eV；傳輸線溫度280℃；離子源溫度230℃；監(jiān)測方式為選擇離子掃描（SIM），監(jiān)測離子見表1。圖1為15種PAEs化合物離子流。土壤中添加15種PAEs用以監(jiān)控回收率，回收率為74%～106%，符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。15種PAEs化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液用正己烷逐級稀釋，配制成濃度為0.01、0.02、0.05、0.10、0.50、1.00μg/mL標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，繪制工作曲線，外標(biāo)法定量。

表1 15種PAEs化合物保留時(shí)間和監(jiān)測離子

圖1 15種PAEs化合物離子流

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中PAEs化合物的總體污染水平

分析了10個(gè)蔬菜基地30個(gè)大棚土壤中15種PAEs化合物的污染水平，所有土壤樣品中均能檢測到PAEs化合物，分析結(jié)果如表2所示。土壤中15種PAEs的總含量在53.4～3 524.1μg/kg，平均值為602.7μg/kg，中位數(shù)為191.4μg/kg。其中6種美國環(huán)保署推薦優(yōu)先控制的PAEs（DMP、DEP、DBP、BBP、DEHP和DNOP）的總濃度為32.3～859.4μg/kg，平均值為336.7μg/kg，中位數(shù)為98.3μg/kg，檢出率為100%。說明PAEs是設(shè)施蔬菜基地土壤中普遍存在的污染物，與Niu等［15］的調(diào)查結(jié)果一致。不同產(chǎn)區(qū)土壤污染PAEs水平不同，Chai等［16］研究表明山東省設(shè)施菜地土壤PAEs總濃度約為1.94～35.4 mg/kg；楊國義等［17］對廣東省典型區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤樣品中PAEs含量測定的結(jié)果表明，水田中列于美國土壤控制標(biāo)準(zhǔn)中的6種ΣPAEs含量范圍為ND～25.99 mg/kg；趙勝利等［18］對珠三角城市群典型中小城市的菜園和果園表層土壤進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)東莞市土壤中列于美國控制標(biāo)準(zhǔn)的6種ΣPAEs含量達(dá)到3.7 mg/kg。本研究檢測到的PAEs化合物總濃度及美國土壤控制標(biāo)準(zhǔn)中的6種PAEs含量均比上述研究報(bào)道的濃度水平要低。因此，楊凌設(shè)施蔬菜基地土壤中PAEs的含量尚處在較低污染水平。

表2 土壤樣品中15種PAEs化合物的含量和檢出率

2.2 土壤中PAEs單體的含量特征

土壤樣品中共檢測出12種PAEs，其中DIBP、DBP、DEHP的檢出率為100%，其后依次為DMP、DMEP、BBP、DEP、DNOP、DHXP、DPP、DBEP、DEEP，檢出率分別為86.7%、73.3%、63.3%、60.0%、53.3%、30.0%、26.7%、23.3%、13.3%，BMPP、DCHP、DNP在檢測條件下未檢出。如圖2所示，含量最高的是DEHP，其含量范圍為40.1～844.6μg/kg，平均含量為286.3μg/kg；其次為DBP，其含量范圍為9.4～385.3μg/kg，平均含量為167.3μg/kg；其后含量在100μg/kg以上的從高到低依次為DMEP、DNOP、DIBP、BBP，平均含量分別為157.6、130.5、123.1、121.3μg/kg；DHXP、DEEP、DEP、DBEP、DPP、DMP含量均低于100μg/kg。從分析數(shù)據(jù)可知，DEHP和DBP的平均含量和檢出率都較高；DMEP、BBP和DNOP的平均含量和檢出率均處于中等；DIBP平均含量中等，但檢出率高；DMP和DEP檢出率較高，但平均含量很低；DHXP、DEEP、DBEP和DPP平均含量和檢出率都很低。因此，DEHP、DBP、DIBP、DMEP、BBP、DNOP 6種單體是土壤中主要的PAEs污染物。

圖2 土壤樣品中15種PAEs化合物的平均含量

農(nóng)業(yè)環(huán)境中的PAEs主要來源于棚膜地膜、化肥的大量使用、污水以及污泥農(nóng)用和農(nóng)藥的施用等［11］。研究表明，土壤中短鏈的PAEs化合物如DEP、DMP水溶性高，容易被降解，可通過揮發(fā)、淋溶、生物或非生物降解和植物吸收等途徑使土壤中的含量降低；而PAEs中的長鏈化合物如DEHP、DBP，屬于高分子化合物，水溶性較差，容易被土壤吸附［19］，難以通過土壤中的生物降解途徑消失。因此，土壤中DEHP、DBP含量往往較高。

2.3 土壤中PAEs化合物的超標(biāo)情況

中國目前沒有土壤PAEs污染方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，PAEs的治理常采用美國紐約州制定的土壤中PAEs控制和治理標(biāo)準(zhǔn)［20］，如表3所示。在USEPA建議優(yōu)先控制的6種PAEs化合物中，本研究區(qū)域均有檢出。DMP的平均含量未超過控制標(biāo)準(zhǔn)，有3個(gè)樣品含量超過控制標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)率為10%。DEP的平均含量未超過控制標(biāo)準(zhǔn)，有2個(gè)樣品含量超過控制標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)率為7%。DBP的平均含量超過控制標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)率為50%。樣品中BBP、DEHP、DNOP均未超過控制標(biāo)準(zhǔn)。所有樣品中PAEs單體含量均未超過土壤治理標(biāo)準(zhǔn)。

表3 美國土壤PAEs化合物控制標(biāo)準(zhǔn)與治理標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)論

本研究區(qū)域設(shè)施蔬菜基地土壤中檢測出12種PAEs化合物，總含量在53.4～3 524.1μg/kg，平均值為602.7μg/kg，中位數(shù)為191.4μg/kg。與其他地區(qū)土壤相比，楊凌區(qū)蔬菜基地土壤中PAEs處在較低污染水平。其中DEHP、DBP、DIBP、DMEP、BBP、DNOP 6種單體是土壤中主要的PAEs污染物，檢出率分別為100%、100%、100%、73.3%、63.3%、53.3%，平均含量分別為286.3、167.3、123.1、157.6、121.3、130.5μg/kg。在USEPA建議優(yōu)先控制的6種PAEs化合物中，僅DBP一種PAEs單體平均含量超過控制標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)率為50%，其他PAEs單體平均含量均未超過控制標(biāo)準(zhǔn)。少量土壤樣品中DMP、DEP超過控制標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)率分別為10%、7%。所有樣品中PAEs單體含量均未超過土壤治理標(biāo)準(zhǔn)。

研究結(jié)果顯示，PAEs化合物在本研究區(qū)域蔬菜基地土壤中普遍存在，各種PAEs單體污染程度不相同。PAEs化合物是否會(huì)在蔬菜中富集，對蔬菜質(zhì)量安全是否存在影響等尚不清楚。進(jìn)一步研究土壤污染PAEs對蔬菜質(zhì)量安全的影響，評估蔬菜中PAEs對人體的健康風(fēng)險(xiǎn)是今后的研究重點(diǎn)。