3
當前位置：HORIBA 科學儀器事業(yè)部>>公司動態(tài)>>秸稈還田的秘密——西華師大任東團隊揭示有機污染物光降解調控機制 |前沿用戶報道
秸稈還田的秘密——西華師大任東團隊揭示有機污染物光降解調控機制 |前沿用戶報道
背景介紹及研究成果
秸稈還田是把秸稈直接或堆積腐熟后施入土壤中的一種農業(yè)管理措施，這樣既可以避免秸稈焚燒造成污染，又可以增肥增產，因此在全球范圍內被廣泛使用?，F在，我們所知道的是，秸稈還田會使大量溶解性有機質(DOM)在短期進入農田中，直接影響農田水體環(huán)境中有機污染物光降解過程。此外，近期的研究表明，秸稈來源的 DOM 中含有光化學活性和惰性組分，也可通過改變土壤溶解有機質(WSOM)間接影響有機污染物的光降解過程。然而，兩種途徑對有機污染物光降解的調控作用及其機制均不明確，是秸稈還田背景下農田有機污染物的光化學行為及風險評估領域亟待填補的空白。
基于此背景，西華師范大學環(huán)境科學與工程學院任東課題組以水稻秸稈為代表展開研究，發(fā)現秸稈還田時，DOM一方面通過光生羥基、單線態(tài)氧和三線態(tài) DOM 氧化調控有機污染物光降解過程，另一方面通過影響WSOM含量調控有機污染物光降解。相關研究成果發(fā)表在Journalof Hazardous Materials,Scienceof The Total Environment 等期刊上。
實驗過程
(1)以水稻秸稈 DOM 為代表，選取敵草隆(DIU)、17β-雌二醇(E2)和磺胺甲惡唑(SMX)3種有機污染物為研究對象，開展相關的室內模擬秸稈還田實驗和田間秸稈還田實驗。
(2)使用 HORIBAAqualog 熒光光譜儀測定提取液的熒光光譜和吸收光譜，并使用平行因子(PARAFAC)等分析技術確定 DOM/WSOM 的組分及其特征。
(3)通過穩(wěn)態(tài)光照實驗表征 DOM/WSOM 的光化學活性及其對有機污染物光降解的調控效應，并使用分子探針技術探究 WSOM 誘導有機污染物光降解的機制。
研究結論
穩(wěn)態(tài)光降解動力學研究表明，秸稈 DOM 能顯著促進敵草隆(DIU)和17β-雌二醇(E2)的光降解，其促進效率隨秸稈 DOM 濃度增大逐漸增強；相同濃度下，秸稈 DOM 對 DIU 和 E2 的促進效率隨秸稈分解先增強后減弱。同時，秸稈 DOM 對磺胺甲惡唑(SMX)光降解呈現先抑制后促進的調控作用。
秸稈還田室內模擬實驗顯示，秸稈 DOM 主要由類色氨酸、類酪氨酸和類富里酸組成，其中類色氨酸和類酪氨酸具有一定的光化學活性。同步吸收-三維熒光光譜和相關性分析顯示，類富里酸是秸稈 DOM 促進敵草隆(DIU)和17β-雌二醇(E2)光降解的主要組分，而類色氨酸是秸稈 DOM 促進磺胺甲惡唑(SMX)光降解的重要組分，其調控機制均主要為光生•OH和三線態(tài) DOM 氧化(圖1)。
圖1實驗室模擬秸稈源 DOM 與有機污染物光降解關系
示意圖(來源 Science Direct)
田間秸稈還田實驗土壤樣品分析顯示，WSOM 含量先增加后逐漸降低至秸稈還田前的水平。同步吸收-三維熒光光譜和 PARAFAC 分析表明，WSOM 中類腐殖質組分的相對豐度不受秸稈還田影響，但其類蛋白組分的相對豐度受會到一定程度的擾動。WSOM 主要通過濾光、活性物種淬滅等機制抑制 SMX 光降解，通過光生活性物種，如•OH、1O2和激發(fā)三線態(tài) WSOM 促進 DIU 降解。總體來講，還田秸稈會改變 WSOM 的組成及光化學活性，這一途徑對 WSOM 誘導 SMX 和 DIU 的光降解機制的影響很小；然而，還田秸稈會通過提高 WSOM 含量這一途徑顯著減緩 SMX 光降解和促進 DIU 光降解(圖2)。
圖2秸稈還田土壤溶解有機質(WSOM)的含量、組分和相對豐度與有機污染物光降解關系示意圖(來源：Science Direct)
儀器使用評價
西華師范大學任東實驗室配備的 HORIBA Aqualog 同步吸收-三維熒光光譜儀
本研究中，使用 HORIBA Aqualog 同步吸收-三維熒光光譜儀進行了秸稈和土壤溶解性有機質的三維熒光光譜和吸收光譜測定。實驗證明，Aqualog 可以同步、快速、精確地測定秸稈和土壤提取液的熒光光譜和吸收光譜，從而減少因測定條件、多次曝光及儀器差異帶來的誤差，為快速準確識別土壤溶解有機質組分提供了有效的技術支持。
研究中使用的激發(fā)波長 Ex=250-500nm，步長 2nm，發(fā)射波長 Em=246-800nm，掃描積分時間為1.0s。
如果您對上述產品感興趣，歡迎掃描二維碼留言，我們的工程師將會及時為您答疑解惑。
課題組負責人介紹
任東，副教授，碩士生導師，致力于新型有機污染物環(huán)境過程與健康效應研究，研究成果先后發(fā)表于WaterRes.,JHazard. Mater., Sci. Total Environ.,Environ.Pollut. 和中國環(huán)境科學等期刊。擔任工業(yè)水處理期刊青年編委，Frontiersin Geochemistry – Review Editor，以及Sci.Total Environ.,Environ.Pollut.,Environ.Geochem. Hlth.等期刊通訊評審。