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有机污染物在土壤中迁移转化的同位素示踪研究

有机污染物,土壤,迁移转化,同位素示踪

有机污染物在复杂环境介质中的赋存形态（尤其是矿化和结合残留）与转化归趋研究是其环境安全性评价的重要环节。本研究以典型PPCP和农药为代表，采用C-14放射性和C-13稳定性同位素示踪技术，研究有机污染物在土壤和土壤-植物体系中的分布、赋存形态、分子转化及其影响机制，为评价其环境行为和风险、开发污染土壤治理技术提供理论依据。研究发现，土壤和植物中PPCPs可以多种形态（自由态、结合残留态、降解产物和谷胱甘肽结合物等）存于土壤和植物中，典型PPCPs卡马西平和扑热息痛（俗称“泰诺”）在土壤中可降解为与母体相当甚至高于母体的生物活性产物；以我国具有自主知识产权的手性新农药哌虫啶为对象，采用能反映哌虫啶不同对映体分子特征四个单一¹⁴C标记手性异构体为示踪剂，在对映体层面上着重研究了哌虫啶在厌氧淹水土壤中的吸收分配、代谢降解、迁移转归。研究发现，不论在彻底矿化、可提态残留动态变化与分布和结合残留动态变化中，还是各异构体母体消减动态、产物形成和产物动态等各方面手性农药都体现了显著的选择性差异，表现为对映异构体（5S, 7R）-IPP（IPP-SR）和（5R, 7S）-IPP（IPP-RS）相对于对映异构体（5R, 7R）-IPP（IPP-RR）和（5S, 7S）-IPP（IPP-SS）较易被矿化及与土壤形成结合残留。哌虫啶四个异构体的降解产物上述行为与规律不仅存在差向异构体选择性差异，也存在对映异构体之间的选择性差异。因此，在对含两个或两个以上手性中心的农药进行环境安全性评价时，不仅需考虑对映异构体选择性，还需考虑差向异构选择性。此外，利用单体稳定碳（碳-13）同位素分析技术，在对映体层面上研究了自然土壤中六氯环己烷（HCHs）的微生物降解，以及土壤中HCHs微生物降解的异构体特异性，明确了不同异构体在污染土壤中的浓度与碳同位素比值（δ13C）之间的关系，以及α-、β-、γ-和δ-HCH微生物降解的碳同位素富集系数ε，并将ε系数引入实际污染土壤场地修复，识别出HCH在复杂系统中的原位微生物降解。