随着纳米技术的蓬勃发展,工程纳米颗粒的潜在环境风险受到越来越多的关注和研究。土壤是工程纳米颗粒主要环境归宿之一,也是种植农作物的主要场所。认识工程纳米颗粒在农田环境中的迁移转化过程以及对其他共存污染物的影响对农业、环境和食品安全等具有重要意义。本论文针对这一环境问题,选取3种典型工程纳米颗粒(C60、纳米Ti02、纳米SiO2),在模拟实际种植水稻的土壤环境系统中,探究了 C60在土壤中的团聚和吸附行为,C60对水稻吸收转运重金属镉的影响,以及纳米TiO2和纳米Si02对手性农药甲霜灵在土壤-水稻系统中对映体选择性环境行为的影响。主要研究内容和结论如下:1.研究了 C60纳米颗粒(nC60)在Ca2+和腐植酸作用下的团聚动力学过程,Ca2+对nC60的CCC为3.5 mM,并发现3种腐植酸在相同Ca2+浓度下对nC60团聚的影响存在显著差异。通过荧光猝灭实验发现nC60使得腐植酸的荧光发生静态猝灭,而亲水性更强的C60-OH富勒醇对腐植酸的荧光无显著影响。两者作用于腐植酸荧光的差异证明nC60与腐植酸的相互作用主要是疏水性作用而非π-π作用。考察了nC60在土壤溶出液中的团聚和土壤中的吸附量的差异。nC60在土壤颗粒上可以发生吸附,但相比团聚反应,被吸附的nC60占总反应量比例较小。因此,在土壤中大部分的nC60将团聚形成粒径较大的团聚体从而降低可迁移性。2.研究了 4种水稻在完整生命周期内暴露在含有不同浓度C60和Cd的土壤中,对水稻生物量以及吸收转运C60和Cd的影响。C60不会对水稻的生物量产生显著性影响。四种水稻均可以吸收转运C60至穗,但是不同品种对C60的吸收转运能力存在较大的差异。粳稻品种日本晴吸收转运C60的量与3种籼稻品种存在显著差异,这可能是由粳稻和灿稻之间生理特性差异造成。增大C60的暴露浓度显著改变除珞优8号外其他3种水稻根和茎中C60的积累浓度。相比低Cd浓度,暴露于高浓度Cd的9311、粤泰B和日本晴减弱了对C60的吸收转运。在低Cd浓度的土壤中,C60的暴露促进了 4种水稻根和茎对Cd的吸收转运,对穗影响较小。但是当土壤中Cd浓度较高时,C60的暴露减少了粤泰B根、茎、穗中Cd的积累浓度。在不同生长时期,水稻对C60和Cd吸收转运程度存在明显差异。水稻吸收转运C60和Cd的过程中两者存在相互影响,影响程度由Cd和C60暴露水平以及品种差异决定。3.研究了纳米SiO2和TiO2对土壤中手性甲霜灵对映体选择性转化行为的影响。土壤中加入纳米SiO2或者TiO2提高了甲霜灵在土壤中的吸附系数,但吸附行为并未表现出对映体选择性。甲霜灵在土壤中的转化具有对映体选择性,R-甲霜灵转化比S-甲霜灵快,主要通过土壤微生物转化生成R-甲霜灵酸。S-甲霜灵生物转化较慢,与其化学转化速率相当。甲霜灵转化的对映体分数随着甲霜灵初始浓度的增加而减小,共存于商品农药中的代森锰锌也会降低甲霜灵转化的对映体分数。农药助剂木质素磺酸钠和β-环糊精对甲霜灵的转化没有影响。在暗培养条件下,纳米TiO2对甲霜灵的转化无影响。然而,在光照培养条件下,纳米SiO2和纳米TiO2促进了甲霜灵的化学转化,同时纳米TiO2显著地促进甲霜灵的生物转化作用,且具有对映体选择性,但纳米Si02对甲霜灵的对映体选择性转化无显著影响。在室外种植水稻的土壤中,甲霜灵的转化同样具有对映体选择性,转化速率显著高于室内培养土壤中的转化。土壤-水稻系统中纳米TiO2促进了甲霜灵的转化,转化的对映体选择性受到培养条件、纳米TiO2种类以及共存物质等因素的影响。这部分研究结果显示一些非手性物质虽然不会直接与对映体发生选择性的反应,但可能通过影响土壤微生物等途径间接的改变甲霜灵的对映体选择性转化。