全 文 ：沿阶草对污染土壤中菲、花的吸收累积作用研究
曹生宪 (江津区环境监测分中心 , 重庆 江津 4 02 26 ③
【摘 要】采用温室盆栽试验法 ,研究 了沿阶草对污染土壤中菲 、 花的吸收积累作用 。 结果显示 : 沿阶草能吸收积累土壤中的菲和花 ,根部和 茎
叶部菲 、 花含量随土壤中菲 、 花浓度的提高而增大 ;生物浓缩系数随土壤中菲 、花含量的增加而减小 ,且根部大于茎叶部 、 花大于菲 。 不同部位对
菲 、 花的吸收与累计能力不同 , 根部明显大于茎叶部 。
【关键词】植物修复 ;多环芳烃 ;沿阶草 ;土壤
[中图分类号 ]x l 7 3 [文献标识码 ]A [文章编号 ] 2 0 9 5一 2 0 6 6 ( 2 0 16 ) 15一 0 0 04 一 0 2
多环芳烃 (P A H S )是 环境 中普遍存在 的 一 类持 久性 有机
污 染物 , 对人体和其 它 生物具有较 强 的 致崎 、 致 癌 、 致 突 变 效
应 l] 。 P A H S 性质稳定 、难降解 、 水溶性差 , 在土壤中呈 不 断累积
的趋势 , 严重危 害着土壤的 生 态安全 、 农产品 质量和人类健
康 。 修复土壤 P A H S 污 染 已成为 国 内外环境领 域共 同关 注 的
热 点和难点 问题 。
在修复 多环芳烃 污染土壤的 方 法 中 , 物理化 学修复技术
成本 昂贵 ,且 易造次 生 污 染 , 不 适合大规模应 用 叽微生 物修复
往往 需要引入外源 微生 物 , 存在潜在 的 生 态风 险 l3] 。 而 植物修
复投资少 、 效益高 , 无二次 污 染 , 兼具保护和 美化 环境 的 功能 ,
发展潜力 巨大 14司。 本研究 选择菲 、 花为 P A H S 代表物 , 以分布
广 、 抗逆 性强 的 地被植物 沿 阶草为材料 ,探讨土壤一植 物 系统
对 菲 、 花 污 染的修复作 用 , 为 P A H S 污 染土壤 的 治 污修复提供
理论及 实践依据 。
1 材料与方法
1
.
1 材 料
1
.
1
.
1 土 壤
供试土样为 中性紫 色土 , 采 自西 南大学实验 农场 , 理化性
质 : 有机质 2 3留k g , 阳 离子 交换 量 2 7 4 c3 m o l /k g , p H 7 . 19 , 速
效 N 、 P 、 K 分别 为 1 14 6 、 2 4 , 、 94 8 m g k/ g 。
1
.
1
.
2 植 物
以 1年龄沿 阶草为 实验对 象。 将植株挖 出 、 去泥 , 剪去叶
尖 、 留至 10 ~ 12 c m ; 切除块根 , 须根留长 cZ m 左 右 ;拍 松茎基
部 , 将每株分 为若干 小株 。 将植株根部用 1 : 1 的 多菌灵 一辛硫
磷 (稀释 90 ~ 10 0 倍 )浸泡 半小 时后备用 。
1
.
1
.
3 化学 品
菲 、 花购 自德 国 lF u ak 公 司 , 纯度>9 7% ; 二氯 甲烷 、 丙酮 、
正 己烷 、 无水硫酸钠 、 层析 用 硅胶 (20 0 一 30 目 )为分析 纯 ; 甲
醇为色谱醇 。
1
.
2 研究方法
L 2
.
1 实验方法
盆栽 实验在西 南大学智能温室内进行 , 实验周期 6侃 。 土样
采集风干后 ,过 3m m 筛 , 加入不 同浓度菲 、 花 的 丙酮溶液 , 待 丙
酮挥发后 , 多次搅拌 、 混匀 , 制得 6 个污 染水平 土壤 (表 1 ) 。 试
验设 3 个 主 处理 , 重 复 5 次 , ①对 照 1 (T D I ) : 无植 物 , 不 加
N aN
3 ;②对 照 2 (T D Z ) : 无植物 ,加 0 . 1% N a N 3 (抑制微 生物 活动 )
叭③处理 3 (T D 3 ) : 种植物 , 不 加 N a N 3 。 取各土样 1 5k g 于盆钵
中 , 5 0% 田 间持 水量下 室内平衡 4 d 后待用 。 在处理 T D : 中 , 每
盆均 匀栽植沿 阶草幼 苗 5 株 。 试验期 间 , 田 间持水量维持在
50 %
, 每 2 周每盆施 2 9 无机肥 (N : R 0 5 : K必=l : 0 . 35 : 住8) 一 次 ;
日光透过率保持在 5 0 0% 左右 ( 3 5 5林m o l · m一 S 一` ) 17 ]。
表 1 处理 土样 的初始菲 花浓度 (nI 到k g )
} 0T }
T
} 毛 } T
3 一 毛 } T S
菲 p h e n a n t h r e n e
花 脚 r e n e 塑凶D 四」星2以洪 黑 豁 16 1 . 4416 0 . 64 3 22 . 063 2 1 . 4 2
注 : TO一未加 N a N ; N D一没 有检出 。
1
.
2 2 土壤 、 植物样品 的采集与制备
沿 阶草种植 6 0 d 后整株采 样 , 根 、 茎叶采集后 , 用 蒸馏水
充分 淋洗 , 用 滤纸 蘸 干表 面 水分 , 经冷 冻干燥后 , 研磨过
L om m 筛 , 于 一 2 0℃ 下 低温保存 , 待分 析 ; 将钵 中土样 混匀后 ,
四分 法采 集土壤样品 , 风干 、 过 20 目筛 , 一 2 0℃ 下低 温保存 , 待
分析 。
1
.
2 3 菲 、 花的提取与分析 方法
土壤样品 :取 2 飞 土样 于 离心 管 内 , 加 2 9 无水硫酸钠 , 混
匀 ;加 10 m L 二氯 甲烷 , 4 0℃下超声苹取 hl ; 40 0 r/ m in 下 离 心 。
取 3 ml 上清液过 iF s he r Pas tel r 玻璃管硅胶柱 , 用 1 : 1 的 二氯
甲烷 和 正 己烷溶液 洗 脱 , 4 0℃ 下 浓 缩 至干 , 用 甲醇 定容 到
Z m L
, 过 住2 林m 孔 径滤膜后 H P L C 分析 。
植 物样品 :取 1 9 样品 于 25 ml 玻 璃离 心 管 中 , 加 有机提取
剂 ( 丙 酮 : 正 己烷 =l : l) 苹取液 10 ml , 超声苹取 3 0m in 后 离心
(40 ℃ 以 下 ) 。 将上清液转移到分液漏 斗 中 , 重复 3 次 。 皂化处
3 合成相对标准不确定度
合成相对不 确 定度计算公式如下 :
u =
V
u 12+ u了+ u o Z
各分量相对标准不确 定度计算结 果见表 1 。
( 5 )
表 1
不确 定度 来源
相对标准不 确 定度 (% )
各分量相对标准不确定度计算结果
} 仪 器 、 。量 (、 ) } 取样体积 (u 动
过程 中的 不 确 定度 主要仪 器 测 量的 不 确 定度 、 样品取样体积
的不 确 定度和仪 器探测 效率的不 确 定度三个部分组成 。 其 中 ,
仪 器测 量的 不 确 定度贡献值最大 , 仪器探测 效率的 不 确 定度
次之 ,样品取样体积的不 确 定度贡献值 最小 。 因此 , 在进行 水中
氛活度 浓度分析 时 ,应 注 重仪 器测 量参数设置 ,减 少不 确 定度 。
13
.
4 4 0
.
129
探坝」效率 (认 3 )
a 64 8
将数据代入公 式 , 可得 u 汗13 4 6 % , 取包含 因子 k 为 2 , 扩
展不确 定度 U 为 26 91 % 。
4 结 论
对氛活度 浓度 为 5 86 B q儿 的 水样来说 , 其放射化 学分析
参考文献
【l] 国 家质量技 术监督局计量 司 . 《测 量不 确 定度评 定与表 示指 南》M[ 」
北京 : 中国计量 出版社 , 20 0 : 1 .
【2」《水中氛的分析方 法 》 (G B 12 3 7 5一 9 0 ) .
收稿日期 : 2 01 6 一 5一 1 0
-OJ庄弓之山哎潜昧刹出ù
L O W乙魂RB ON W OR L D 2 0了乙乃 节能保护
理 以 去除叶绿素等成分 的 干扰 : 加双 蒸水 5 0 m l 于 分液漏 斗
中 , 振荡后 静置分层 , 弃去下 层水相 , 重复两 次 。 将有机相转移
到 2 5 0m l 平底 烧瓶 中加入 2万% 氢氧 化 钾 一 乙 醇溶 液 5 0ml ,
7 0℃ 水浴加热 h2 。待 冷却后 , 加 2% 硫酸钠 水溶 液 5 0ml 振荡后
静置分层 , 弃去下 层水相 , 重复此步骤直到 水层 为中性 。 正 己
烷层 转移到装有玻璃纤维棉和无水硫酸钠 漏斗 的旋转 蒸发瓶
中 , 蒸干后 用 甲醇定容 , 样品过硅胶柱净化 、 浓缩定容后 H P L C
分析 。
1
.
3 菲 、 花测定方法与质量控制
H pL C (W
a t e r s 6 0 0 )测 定 , D A D 检测 器 , 检测 限菲为 4 2 6 p难 ,
花 为 5 4 2 p留L 。 流 动 相 为 甲醇加 水 ( 83 : 17 ) , 检 测 波 长 菲
24 6
n m
, 花 23 5 n m 。 土样 中菲 、 花 回 收 率分 别 为 95 87 % 、
94 36 %
,植物样 中菲 、 花 回 收率分别 为 94 . 12 % 、 92 . 8 % 。
2 结果与讨论
2
.
1 植物对土壤 中 P A H S 的吸收积累作用
2
.
1
.
1 沿阶草对 土壤 中菲和花的吸收积累作 用
添加 的 P A H S 除部分残 留在土壤中外 , 有相 当一部分被
植物体吸收 、 累积 , P A H s 的 积累量与 污 染物 的 性质 、 浓度 以及
植物 自身的 生理特征等 因素有关 。
6侃 后 , 土壤中菲 、 花 的可提取态浓度与植物体 内 的 累积
浓度间 的 对应关 系显示 : 随着被 添加 P A H S 浓度 的增加 , 土壤
中 P A H S 残 留浓度逐渐增 大 , 植 物体 内积 累浓度也 明显升 高 ,
且 累积浓度 与添加浓度成正相关 。
植 物体 内不 同部位 , 菲 、 花 累积浓度也 不 一样 , 相 同处 理
条件下 茎叶中菲 、 花含量远 小 于根部 。 在供试浓度范 围 内 , 土
壤中菲 的可提取态残 留浓度 为 住 74 一 72 2 m g k g 一` , 沿阶草根
部 、 茎叶部菲 的 累积 浓度分 别 为 6 93 一 l0 1 57 m g’ k g 一` 、 4 71 -
79 42 m g’ k g 一` ; 花 的 可提取态浓度 为 3 39 一 1 l 69 m g’ k g一` , 沿 阶
草根 、 茎叶 中花 的 累积 浓度 分 别 为 60 60 一 90 7 79 m g’ k g 一`、
3 1 9 8
一 4 8 0 2 4 m g
·
k g
一 l 。
植物对 污 染物 的吸收主要有三种机制 : ①根部吸收 , 即污
染物先经根部吸 收后 随蒸腾流输送到 茎叶等组 织 ; ②表 皮渗
透 , 即有机化合物蒸 气经过植物地上部表 皮渗透进 而摄入体
内 ;③叶片吸收 , 主要通过植物 叶片上 的 气孔从周 围 空气中吸
收污 染物 。 菲 、 花在植物体 内不 同 部位 累积水平 的差异可能主
要源 于第一种机制 。 污 染物 最初存在于土壤 , 先经根部吸收后
随蒸腾流输送 到茎叶 , 如果植物 生长时期较短 , 这种 输送发 生
的程度可能还未达平衡 , 故根中浓度要高于 茎叶 。 菲 、 花在植
物体 内不 同部位 累积 水平 的 差异 还可能与植 物 自身脂肪含 量
的不 均 匀性有关 , 脂肪含 量越 高的 组织 对脂溶性有机物 的 累
积越 大 ( 沿 阶 草根部 、 茎 叶部 的 脂 肪含量 分 别 为 4 28 % 、
1 3 7% )
。
在相似添加 浓度 下 , 沿 阶草根部 、 茎叶 中花含量 大 于菲 ,
根对土壤花 的吸收积 累作 用 也明显大 于菲 , 这可能与菲和花
的降解性 、 水溶性 、 脂溶性 等因素有关 , 资料表明 , 污 染物 的溶
解度不 同 , 在植 物体 内不 同部位 转移和积 累的难易程度不 一
样 , 在水 中溶解度较高的有机物更容 易通过根部吸收机制 向
植物组织 中转移 , 而 脂溶 性较高的有机物 污 染物更容 易通过
表皮渗透或叶片吸收机制富集在 脂肪含 量高的 组织 中。 菲和
花 的 辛醇 一水分 配 系数 K o w 后 者较 大 , 脂 溶性更 高 l7] , 因此 推
测 沿 阶草对菲和花 两 种污 染物 的吸收机制可能是通过表皮渗
透或叶片吸收机制为主 。 另 外 , 有机污 染物 的降解性越 小 , 越
容 易在植 物体 内富集 , 花 的 分子量 大 于菲 , 降解性 小 , 更容 易
在植物体 内富集 。
2
.
1
.
2 沿阶草对菲 、 花的生物浓缩系数
生 物浓缩 系数 ( B C F S )是指 生 物体 内污 染物 累积浓度与其
生长环境介质 中污 染物残留浓度 的 比值 , 常用 于评价或衡量
生物体对某一 污 染物 的修复或 富集能 力研究 l7] 。 B C F S越 大 , 表
明该物种的修复或富集能 力越 高。 对 比分析沿 阶草的根 、 茎叶
部 的 B C F S 与土壤 中菲 、 花可提取 态浓度 的对应 关 系 , 结 果表
明 , 沿阶草对 P A H S 的 B C F S 随土壤 中 P A H S 可提取态残 留浓
度 的增大 而 降低 ; 同 时 , B C F S 大小 也与 P A H S 的 性质有关 , 花
的 B C F S 大 于菲 , 这可能与菲和 花 的降解性 、 水溶性 、 脂溶性等
因素有关 。 并且 , 植物体的 不 同部位对 P A H S 的 B C F S 也不 一
样 , 如 沿 阶草根部菲 、 花 的 B C F S 分 别 为 1 41 一 9 35 、 8 . 13 -
17 8
, 茎叶部菲 、 花 的 B C F S 分 别 为 1 . 1一 6 36 、 4 3 一 9 4 3 , 在 同
一 环境浓度下 ,根部的 B C F S 大 于 茎叶部 , 可见根部是 沿 阶草
富集菲 、 花 的主要部位 。
2
.
1
.
3 沿 阶草不 同部位对土壤 P A H。 的吸收 积累作 用
实验结 果显示 , 6 0 d 后 , 沿 阶草 的根部 、 茎叶部积 累 P A H s
的 浓度与 土壤中添加 P A H S 浓度 的 对应关 系表 明 , 随着被添
加 P A H S 浓度 的 增加 , 植物体 内积 累浓度 也明显升 高 , 且 累积
浓度 与添加 浓度成 正相 关 。 沿 阶草根部积 累 P A H S 的 浓度均
明显 大 于 茎叶部 。
3 结 论
( l) 研 究表 明 , 沿阶草能够在 0一 32 0m g · k g一`菲 、 花 污 染土壤
中正常生 长 , 对菲 、 花具有较强 的修复作用 ,去除效果明显 。 沿
阶草能够在一 定程度 上吸收与 累积 土壤中污 染的菲和 花 , 且
累积量与土壤菲 、 花 的添加浓度正向 关 。
( 2) 沿 阶草 的 生 物浓缩 系数 与土壤中菲 、 花 的含量呈 负相
关 , 且根部的 生 物浓缩 系数 大 于 茎叶部 , 根部是富集菲 、 花 的
主要部位 。
( 3) 沿 阶草的 不 同部位对 P A H S 的吸收与 累积 能 力 不 同 ,
根部均明显 大 于 茎叶部 。 根部是植物 富集菲 、 花 的主要部位 。
(4) 在植 物修复土壤 P A H s 污 染的过 程 中 , 选择沿 阶草等
植 物能有效增强植物 对土壤 P A H S 的吸 收积 累作用 , 以提 高
土壤 P A H S 污 染的植物修复效率 。
参考文献
【l」M e n z i e , C人 . , p o t o k i , B 书七 t a l卫 x p o s u r e t o e a r e i n o g e n i e p A H s i n t he
e n v i
r o n m e n t
一
E n
v
i
r o n另 e i 一 T e e h n o l , 19 9 2 , 2 6 ( 7 ) : 12 7 8一 12 8 4 -
[2 ]C u n n i n gh
a
m
,
S
一
D
,
Ow
,
D
一
w 尹 r o o i s e s a n d p r o s p e e t s o f p hy t o r e m e d i a -
t i o n尹 l a n t p h y s i o l . 1 99 6 , 1 10 : 7 15 一 7 1 9 ·
3[] 程 国玲 , 李培 军 , 王凤 友 , 等 . 多环芳烃污 染土壤 的植 物与微 生物修
复研究进展 . 环境 污 染治理技术与设备 , 20 03 , 4 : 30 一 36 .
[4 ]x u s y
,
c h e n Y X
,
W u W X
,
e t a l王 n h a n e e d d i s s ip a t i o n ` p h e n a n -
t h
r e n e a n d p y
r e n e i n s p ik e d 5 0 115 b y e o m b i n e d p l
a n t s e u l t i
v a t i o n 另e i j o -
t a l E n
v
i
r o n
,
2 0 0 6
,
3 6 3
:
2 0 6一 2 1 5
-
[5 ]D i n g K Q
,
L u 。 Y M
,
S u n T H
,
e t a l书i o r e m e di a t i o n ` 5 0 11 e o n t a m i n a t e d
w i t h p e t
r o l e u m u s i n g fo
r e e d 一 a e r a t i o n e o m p o s t i n g 尹e d o s p h e r e , 2 00 2 , 12
( 2 )
:
14 5一 15 0
-
[6 ]晓。 Y z , z h u L Z尹 l a n t u p t a k e , a e e u m u l a t i o n a n d t r a n s l o e a t i o n o f
p h e n
a n t h
r e n e a n d p y
r e n e i n 5 0 115
一
Ch e m o s p h e
r e
,
2 0 0 4
,
5 5
:
1 16 9 一 1 17 8
-
7[] 丁 久玲 ,俞禄 生 , 蔡庆生 , 等 . 日本 矮生 沿 阶草适 宜 光照 条件的研究
西 北植 物学报 2 0 0 6 , 2 6 ( 9 ) : 18 2 7 一 1 83 1 .
-OJ庄弓之山哎昧潜刹出ù
收稿日期 : 201 6一 5 一 1 0
作者简介 : 曹生 宪 ( 1 98 3一 ) , 男 , 重庆 江津人 , 工程师 , 主要从事
环境监测 和环境 管理工作 。