王冠 翁麗云 張紅艷

摘 要：鄰苯二甲酸酯類塑化劑是全球用量最大的塑化劑，同時(shí)也是常見(jiàn)的一類環(huán)境內(nèi)分泌干擾物，其對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康的影響得到了廣泛的關(guān)注與研究。鄰苯二甲酸（2-乙基已基）酯（Di-（2-ethylhexyl） phthalate，DEHP）作為鄰苯二甲酸酯中用量最大的一種，在環(huán)境中被普遍檢出，其在環(huán)境中的降解過(guò)程受到了廣泛關(guān)注，但在不同使用類型紅壤中的降解情況還未見(jiàn)報(bào)道。本研究以DEHP為材料，研究其在不同使用類型紅壤中的降解情況，建立了土壤中DEHP的萃取方法及氣相色譜檢測(cè)方法;對(duì)不同使用類型紅壤進(jìn)行了理化特征分析，并人為添加DEHP至50mg/kg后分別在不同時(shí)間取樣，測(cè)定DEHP含量，從而評(píng)估不同使用類型紅壤對(duì)DEHP的降解能力。結(jié)果表明，林地與果園土壤中DEHP基本無(wú)降解，菜地與稻田土壤中DEHP存在緩慢降解，其中稻田土壤中50mg/kg的DEHP在30d內(nèi)的降解率最高為11.3%。本研究結(jié)果為研究鄰苯二甲酸酯類在紅壤中的降解及毒性評(píng)估提供了理論參考。

關(guān)鍵詞：鄰苯二甲酸酯;鄰苯二甲酸（2-乙基已基）酯;紅壤;降解

中圖分類號(hào)：S-3 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200515002

鄰苯二甲酸酯（Phthalic acid esters， PAEs）是一類人工合成的化合物，通常作為塑化劑被廣泛用于塑料制品中，以提高相關(guān)產(chǎn)品的柔韌性與可塑性，如醫(yī)療產(chǎn)品、食品包裝、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品、塑料薄膜等[1]。鄰苯二甲酸酯作為目前全世界范圍內(nèi)使用量最大的塑化劑種類，占據(jù)了全世界約65%的塑化劑市場(chǎng)份額，而其中的鄰苯二甲酸（2-乙基已基）酯（Di（2-ethylhexyl） phthalate，DEHP）為全球用量最大的塑化劑，占據(jù)全球市場(chǎng)約37%的份額[2]。由于鄰苯二甲酸酯類塑化劑與塑料聚合物骨架間主要通過(guò)氫鍵與范德華力等作用力結(jié)合，而并非共價(jià)結(jié)合，導(dǎo)致鄰苯二甲酸酯類塑化劑在塑料產(chǎn)品使用、處理的過(guò)程中很容易釋放到環(huán)境中，這也使得鄰苯二甲酸酯類塑化劑成為廣泛存在于環(huán)境中的典型污染物之一[3]。因此，鄰苯二甲酸酯類塑化劑對(duì)環(huán)境及人體健康的影響受到了廣泛的關(guān)注，并得到了廣泛的研究。由于鄰苯二甲酸酯類化合物具有雌激素效應(yīng)和內(nèi)分泌干擾效應(yīng)，其已被列為典型的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物，已有研究表明，鄰苯二甲酸酯類塑化劑可能導(dǎo)致肥胖、呼吸道疾病、孕婦流產(chǎn)等[4]。環(huán)境檢測(cè)表明，在不同地域的水體、土壤以及動(dòng)植物體內(nèi)均有鄰苯二甲酸酯類塑化劑的檢出。因此，已有6種鄰苯二甲酸酯類塑化劑（包括鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛脂、鄰苯二甲酸丁芐酯和鄰苯二甲酸（2-乙基已基）酯）被美國(guó)環(huán)保署、歐洲以及中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心列為優(yōu)先控制的環(huán)境污染物[5]。

隨著塑料制品如地膜等在農(nóng)業(yè)中的大量使用，鄰苯二甲酸酯類塑化劑在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中也被普遍檢測(cè)到。李米等對(duì)廣州地區(qū)蔬菜種植土壤中鄰苯二甲酸酯含量進(jìn)行檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)其中鄰苯二甲酸酯類總含量在9.7～58.9mg/kg，且其中豐度最高的為DEHP（8.0～57.4mg/kg）[6]。同時(shí)，土壤中的鄰苯二甲酸酯可通過(guò)植物吸收進(jìn)入食物鏈。Sun等發(fā)現(xiàn)生菜、草莓以及胡蘿卜可以從土壤中吸收鄰苯二甲酸二正丁酯和DEHP[7]。而目前對(duì)于鄰苯二甲酸酯類塑化劑在環(huán)境中的降解與轉(zhuǎn)化研究相對(duì)較少，對(duì)紅壤中鄰苯二甲酸酯類的降解與轉(zhuǎn)化研究則更少?；诖?，本研究以典型的鄰苯二甲酸酯類塑化劑DEHP為研究對(duì)象，采集不同使用類型的紅壤，人為添加DEHP并在不同時(shí)期檢測(cè)DEHP在土壤中的含量，以確定DEHP在不同使用類型紅壤中的降解情況。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

土壤采自廣東海洋大學(xué)周邊的林地、果園、菜地及稻田，土壤的理化指標(biāo)分析參考鮑士旦的《土壤農(nóng)化分析》完成[8]。DEHP購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑北京有限公司（分析純，純度99.2%），氣相色譜用高純氮?dú)猓?9.999%）購(gòu)自湛江市瑞盟氣體有限公司。正己烷、甲醇及各種化學(xué)藥品均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑北京有限公司（均為分析純）。

1.2 儀器設(shè)備

島津氣相色譜儀（GC-2010pro，SHIMADZU，Japan），旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（RE-2000B，上海亞榮），恒溫恒濕培養(yǎng)箱（BSC-250，上海博訊）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 DEHP檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)曲線

稱取DEHP標(biāo)準(zhǔn)品1g溶于40mL色譜純甲醇中，于容量瓶中定容至50mL，經(jīng)0.22μm孔徑濾膜過(guò)濾后得濃度為2×104mg/L的儲(chǔ)存液于4℃避光保存?zhèn)溆?。根?jù)已有報(bào)道的DEHP氣相色譜檢測(cè)方法設(shè)定檢測(cè)方法為：使用WondaCap1色譜柱（GL Sciences Inc，Japan，2340.25mm×30m×0.25μm），檢測(cè)器為電子捕獲檢測(cè)器（Electron capture detector， ECD），進(jìn)樣量為2μL，進(jìn)樣室溫度為300℃，柱溫恒定為280℃，檢測(cè)器溫度為300℃，高純氮?dú)猓?9.999%）為載氣（2mL/min），通過(guò)軟件LabSolutions （Version 5.90，SHIMADZU，Japan）獲取并分析數(shù)據(jù)。

采用外標(biāo)法建立DEHP濃度與檢測(cè)峰面積之間關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線。準(zhǔn)確配置濃度為10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L和50mg/L的DEHP標(biāo)準(zhǔn)濃度樣品，每個(gè)濃度各3份，以上述方法對(duì)每個(gè)濃度樣品進(jìn)行檢測(cè)，從而建立標(biāo)準(zhǔn)濃度與峰面積之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.2 土壤中DEHP萃取方法

準(zhǔn)確稱取20g不同使用類型待試土壤，向土壤中添加DEHP儲(chǔ)備液至10mg/kg、30mg/kg和50mg/kg，并對(duì)樣品進(jìn)行充分混勻。向含DEHP的土壤樣品中加入20mL的正己烷，充分震蕩后對(duì)樣品進(jìn)行過(guò)濾，收集過(guò)濾液，并用40mL的正己烷對(duì)土壤樣品進(jìn)行直接淋洗過(guò)濾。將獲得的濾液合并后，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，最終將獲得物質(zhì)以20mL色譜純甲醇進(jìn)行復(fù)溶并以0.22μm的濾膜過(guò)濾。最終獲得的濾液以上述氣相色譜法進(jìn)行檢測(cè)，并計(jì)算萃取率，確定不同使用類型紅壤中所有濃度下的萃取率均大于95.0%。

1.3.3 不同使用類型土壤中DEHP的降解

以林地、果園、菜地和稻田土壤為材料，準(zhǔn)確稱取每種土壤20g后添加DEHP至50mg/L，充分混勻后于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，溫度為30℃，相對(duì)濕度為60%。在培養(yǎng)的第1、3、5、10、20和30天分別取樣，進(jìn)行DEHP的萃?。ㄝ腿》椒ㄒ?jiàn)1.3.2），并利用氣相色譜法測(cè)定土壤中DEHP的濃度。通過(guò)公式：降解率（%）=（樣品中起始DEHP濃度-樣品中t時(shí)刻DEHP濃度）×100/樣品中起始DEHP濃度，計(jì)算不同樣品在不同時(shí)期DEHP的降解率。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同使用類型紅壤的理化特征

土壤來(lái)源及土壤特征如表1所示?？梢钥闯?，由于紅壤自身特性，土壤pH值一般偏酸性，所采集的樣品pH值在5.5～6.1，總氮與總磷分別介于0.82～0.93g/kg和0.26～0.42g/kg。同時(shí)開(kāi)展了土壤本底DEHP含量測(cè)定，結(jié)果顯示均未檢出DEHP，主要原因在于選擇采樣地點(diǎn)時(shí)，盡量選擇了無(wú)地膜或其它塑料制品使用記錄的地點(diǎn)，以確保本試驗(yàn)主要用于研究未受塑料制品影響土壤對(duì)DEHP的轉(zhuǎn)化能力。

2.2 氣相色譜法對(duì)DEHP的檢測(cè)及標(biāo)準(zhǔn)曲線

基于建立的氣相色譜法檢測(cè)50mg/L的DEHP結(jié)果如圖1所示，其中DEHP在此方法中的保留時(shí)間為15.416min，峰面積為1315125。進(jìn)一步，基于不同濃度DEHP的檢測(cè)結(jié)果，建立了標(biāo)準(zhǔn)濃度與峰面積之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線。標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示，其相關(guān)系數(shù)R2為0.9951，濃度與峰面積的關(guān)系為y=26127x-27832（其中y為峰面積，x為濃度），以上結(jié)果表明所建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線結(jié)果可靠，能很好地反應(yīng)濃度與峰面積間的關(guān)系。

2.3 不同使用類型紅壤中DEHP的降解

根據(jù)不同時(shí)間采樣、萃取、檢測(cè)后的結(jié)果，計(jì)算不同時(shí)期不同使用類型紅壤中DEHP的濃度，結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，隨著時(shí)間的推移，林地與果園土壤中的DEHP濃度并未發(fā)生改變，一直維持在50mg/kg左右;而菜地與稻田土壤中的DEHP濃度則出現(xiàn)了下降趨勢(shì)，菜土壤中DEHP由50.9mg/kg降低至48.2mg/kg，稻田土壤中的DEHP由51.5mg/kg降低至45.7mg/kg，30d內(nèi)菜地與稻田土壤中DEHP的降解率分別為5.3%和11.3%。

3 討論

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式快速革新與發(fā)展，很大程度上促進(jìn)了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量的提高，但同時(shí)也帶來(lái)了許多新的問(wèn)題，如農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染[9]。其中常見(jiàn)的農(nóng)業(yè)環(huán)境污染問(wèn)題包括農(nóng)藥殘留、土壤重金屬污染、農(nóng)業(yè)塑料污染等，這些環(huán)境污染對(duì)生態(tài)環(huán)境與人體健康都具有潛在的負(fù)面效應(yīng)[10]。隨著塑料制品在農(nóng)業(yè)中的大量使用，塑料及其所包含的附屬成分，如阻燃劑、塑化劑、色素等，也大量進(jìn)入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中。鄰苯二甲酸酯類塑化劑作為使用最廣泛的塑化劑，在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中被普遍檢出，尤以其中的DEHP和鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）為主。關(guān)于DEHP和DBP的毒性及生物降解已得到了廣泛而深入的研究，而對(duì)于兩者在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化過(guò)程的研究相對(duì)較少[11]。全國(guó)范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中鄰苯二甲酸酯普遍檢出，其中廣州地區(qū)檢出PAEs最高總濃度為58.9mg/kg，其中以DEHP含量最高，達(dá)到57.4mg/kg[6]。因此，本研究選擇了50mg/kg作為目標(biāo)濃度，研究DEHP在土壤中的降解情況。同時(shí)，需要注意的是，目前大量研究集中于已使用過(guò)塑料薄膜或已檢測(cè)到鄰苯二甲酸酯類土壤對(duì)鄰苯二甲酸酯的降解能力，即目標(biāo)土壤中含已受過(guò)環(huán)境馴化的微生物，這些土壤通常表現(xiàn)出對(duì)DEHP較高的降解能力。如，Song等報(bào)道了采自山東省壽光市農(nóng)田的土壤（有超過(guò)10a的PVC塑料薄膜使用）6d內(nèi)對(duì)DEHP的降解率在80%以上[12]。然而，對(duì)于未受塑料或塑化劑污染/馴化的土壤對(duì)鄰苯二甲酸酯類塑化劑降解的報(bào)道相對(duì)較少。因此，本研究以未受塑料或塑化劑污染/馴化的紅壤作為研究材料，研究未經(jīng)馴化土壤對(duì)DEHP的降解能力。由結(jié)果可以看出，未經(jīng)馴化的土壤對(duì)DEHP基本無(wú)降解，人為活動(dòng)（耕作/種植）影響的土壤（主要指菜地和稻田土壤）對(duì)DEHP降解緩慢，30d的降解率最高可達(dá)11.3%。希望本研究的結(jié)果能為鄰苯二甲酸酯類塑化劑的環(huán)境毒性評(píng)估與環(huán)境轉(zhuǎn)化研究提供理論參考。

參考文獻(xiàn)

[1] Hahladakis JN， Velis CA， Weber R， Iacovidou E， Purnell P. An overview of chemical additives present in plastics： migration， release， fate and environmental impact during their use， disposal and recycling[J].Journal of Hazardous Materials， 2018（344）： 179-199.

[2] Lei R， Zhong L， Hongming L， Hanqiao H. Bacteria-mediated phthalic acid esters degradation and related molecular mechanisms[J]. Applied Microbiology and Biotechnology， 2018（102）：1085-1096.

[3] Sayyad G， Price GW， Sharifi M， Khosravi K. Fate and transport modeling of phthalate esters from biosolid amended soil under corn cultivation[J]. Journal of Hazardous Materials， 2017（323）：264-273.

[4] Mu D， Gao F， Fan Z， Shen H， Peng H， Hu J. Levels of phthalate metabolites in urine of pregnant women and risk of clinical pregnancy loss[J]. Environmental Science & Technology， 2015（49）：10651-10657.

[5] Xu X， Li H， Gu J. Biodegradation of an endocrine-disrupting chemical di-n-butyl phthalate ester by Pseudomonas fluorescens B-1[J]. International Biodeterioration & Biodegradation， 2005 （55）：9-15.

[6]李米，蔡全英，曾巧云，呂輝雄. 綠色食品和有機(jī)食品蔬菜基地土壤和蔬菜中鄰苯二甲酸酯的分布特征[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2010， 38（19）：10189 -10191.

[7] Sun J， Wu， X， Gan， J. Uptake and metabolism of phthalate esters by edible plants[J].Environmental Science & Technology， 2015（14）： 8471-8478.

[8]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000：1.

[9] Fenner K， Canonica S， Wackett LP， Elsner M. Evaluating pesticide degradation in the environment： blind spots and emerging opportunities[J]. Science， 2013（341）： 752-758.

[10] Singh BK. Organophosphorus-degrading bacteria： ecology and industrial applications[J]. Nature Reviews Microbiology，2009（7）： 156-164.

[11] Wright RJ， Bosch R， Gibson MI， Christie-Oleza JA. Plasticizer degradation by marine bacterial isolates： a proteogenomic and metabolomic characterization[J]. Environmental Science & Technology， 2020（54）： 2244-2256.

[12] Song Y， Xu M， Li X， Bian Y， Wang F， Yang X， Gu C， Jiang X. Long-term plastic greenhouse cultivation changes soil microbial community structures： a case study[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2018（66）： 8941-8948.

（責(zé)任編輯 常陽(yáng)陽(yáng)）