全 文 ：农业环境科学学报 2006,25(6):1493-1497
JournalofAgro-EnvironmentScience
摘 要：采用水池栽培水葱（ScirpustabernaemontaniGmel）,研究了该植物对土壤中五氯酚（PCP）的生物富集能力。结果表明，供试污
染土壤中五氯酚的起始浓度为2000.00μg·kg-1，经30、60、90、120d后种植水葱培养池土壤中五氯酚的含量分别为起始浓度的
28.34%、1.03%、0.86%和0.088%；而对照未种植水葱的培养池土壤中五氯酚的含量分别为起始浓度的95.09%、81.17%、71.32%和
63.75%；水葱根部五氯酚的含量由起始的579.55μg·kg-1，30d后达到最高富集量即2090.00μg·kg-1，由此证实水葱对五氯酚具有
一定的富集能力。因此，利用水葱修复土壤中难降解有机污染物五氯酚是一项可行的技术。
关键词：水葱；五氯酚；生物富集；衍生化；残留量
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1672-2043(2006)06-1493-05
收稿日期：2006-01-17
基金项目：教育部科学技术研究重点项目（教技司[2005]41号）；留
学回国基金（教外司留[2004]527号）
作者简介：熊 珺（1978—），女，湖北随州人，博士，主要从事有机
污染物生物修复方面的研究。
E-mail:xxiongjun@yahoo.com.cn
通讯作者：王学东 E-mail:zjuwxd@yahoo.com.cn
持久性有机污染物(简称POPs)是一类性质十分
稳定、高毒性、难降解、易累积、分布广、难以通过光降
解和生物降解的有机化合物，是当前国际社会首要治
理的污染物。五氯酚（Pentachlorophenol，PCP，分子式
C6HCl5O）及其钠盐被广泛用作杀菌剂和木材防腐剂，
其化学性质稳定、残效期长、毒性高，对生物体具有广
谱毒性和致突变性，被列为环境优先监测的持久性有
机污染物之一，它在环境中的存在和归宿已引起科学
家的高度重视。
持久性有机污染物在水中的沉积物以往最常用
的处理方法是进行疏浚后焚化处理，这种方法不仅费
用昂贵，而且对当地的生态资源破坏严重。由于持久
性有机污染物的生物降解性差，利用微生物的降解能
力进行生物修复的效果不佳。植物修复可直接利用绿
色植物通过转移、降解或保持的方式修复污染的土
水葱对五氯酚污染土壤植物修复的初步研究
熊 珺 1，3，高创新 2，袁 恒 2，杨 劭 2，王学东 1
（1.华中师范大学化学学院，湖北 武汉 430079;2.华中师范大学生命科学学院，湖北 武汉 430079；3.武汉大学化学与分子科学
学院，湖北 武汉 430072）
PhytoremediationofPentachlorophenol-contaminatedSoilbyScirpustabernaemontaniGmel
XIONG-Jun1,3,GAOChuang-xin2,YUANHeng2,YANGShao2,WANGXue-dong1
(1.ColegeofChemistry,CentralChinaNormalUniversity,Wuhan430079,China;2.ColegeofLifeScience,CentralChinaNormalUniver-
sity,Wuhan430079,China;3.ColegeofChemistryandMolecularSciences,WuhanUniversity,Wuhan430072,China)
Abstract:Phytoremediationisacost-efectivemethodtodetoxifythecontaminatedsoilbyorganicmater.TheabilityofChineseshalot
（ScirpustabernaemontaniGmel）tobioaccumulatePCPfromsoilwasinvestigated.Whentheinitialfortificationconcentrationwas2000.00
μg·kg-1insoil,therecoveredresiduesofPCPinshalot-plantedsoilonlyaccountedfor28.34%and1.03%oftheinitiallevelat30and60
daysaftertreatment(DAT),respectively,andcompletelydisappeared(>99.00%)after90days.Incontrast,theconcentrationsofPCPin
treatmentwithoutgrownshalotrepresented95.09%,81.17%,71.32%and63.75%oftheinitiallevelat30,60,90,and120DATrespective-
ly.ThedynamicsofPCPcouldbeweldescribedbythefirst-orderkineticequationinbothshalot-plantedandunplantedtreatment,andthe
corespondinglyestimatedhalf-liveswere11.83daysand173.25days,respectively.ThePCPdegradationinshalot-plantedsoilapproxi-
matelywas15timesofthatinunplantedsoil.Inaddition,itwasalsomonitoredthatPCPresidue(579.55μg·kg-1)inshalotrootatthebegin-
ningoftheexperimentincreasedandreachedthepeakof2090.00μg·kg-1at30DAT.Theseresultsdemonstratedthatshalothadahigh
bioaccumulationcapacityforPCPandcouldbeusedasagoodalternativeplanttoremediatePCP-polutedsoilorsedimentinwatersystem.
Keywords:ScirpustabernaemontaniGmel;pentachlorophenol;bioaccumulation;derivatization;residue
2006年12月
壤、水体及其沉积物，不仅具有美学价值，且价格低
廉，仅需太阳能驱动，能够去除大部分的环境污染
物[1、2]。据估计，污染土壤传统的物理或化学原位修复
方法成本在l0~l00美元·m-3，异位修复可高达 30~
300美元·m-3，特别的修复技术如原位玻璃化更可轻
易突破1000美元·m-3，而植物修复有可能低至0.05
美元·m-3·a-1[3]。因此，对于持久性有机污染物污染的
底泥，植物修复是一项切实可行的技术。在这方面国
外学者进行了一些研究，如Hinman和Klaine分析了
轮叶黑藻（Hydrilaverticilata）对林丹和氯丹的吸收
富集能力[4]；Lal等(1987)[5]发现一种鱼腥藻(Anabaena
sp.)和凡育管链藻(Aulesirafertilissima)具有明显的富
集DDT、杀螟松和毒死蜱的能力；另外还有淡水藻
(ScenedesmusSubspicatus)富集Gardoprim和特丁净[6],
栅藻(Scenedesmus)富集绿麦隆、Maloran和 Patoran[7],
四尾栅藻(Scenedesmusquadricauda)富集氯丹[8]以及羊
角月芽藻（Selenastrumcapricornutum)富集莠去津和六
氯苯的报道；Nakamura研究了细香葱对五氯酚具有
生物富集和生物降解的能力[9]。我国最近的研究报道
了蚯蚓对土壤中有机氯农药具有生物富集的功能[10]，
蔬菜如葫芦、蒜苗和菠菜对有机氯农药具有较强的富
集能力[11]。
本试验拟对我国常见的水生植物水葱对持久性
污染物的抗性和富集能力进行研究，为利用本土水生
植物进行水体沉积物污染修复提供理论依据。
1 材料与方法
1.1仪器与试剂
Agilent-6890型气相色谱仪/微池电子捕获检测
器（GC/μ-ECD）；HP-5石英毛细管柱（30m×0.25
mm×0.32μm）；FZ102微型植物试样粉碎机、80-2电
动离心机、HQ45恒温摇床；浓硫酸、碳酸钠、硼酸钠、
磷酸氢二钠、乙酸酐、石油醚（60~90℃）、正已烷、苯、
丙酮均为分析纯（有机试剂重蒸至色谱分析测定无干
扰峰后使用）。
五氯酚标准品：五氯酚纯度≥98.5%（购于上海
青浦新产品研究所）。
1.2色谱条件
程序升温初温100℃，保持1min，以15℃·min-1
升至240℃，保持1min；进样口温度250℃；检测器
温度300℃；载气为高纯氮，柱流量1.0mL·min-1；尾
吹流量60mL·min-1；10∶1分流进样，进样量1μL。
1.3样品的采集和种植
试验所用土壤采自华中师范大学南湖校区的生
物园。土样采集后，去除其中石块和大的杂物，风干、
碾碎，过筛，取上述处理后土样65kg，定量加入五氯
酚母液（200mg·L-1，以乙醇溶解），使土壤中的原始浓
度为2000.00μg·kg-1 (以风干土壤计)，待溶剂挥发
后，加水用搅拌机多次搅拌、混匀，倒入水池中（水池
内铺上双层塑料薄膜以防止五氯酚和水分的扩散）。
试验所用水葱采自武汉汤逊湖附近地区的池塘，
采样时间为2005年8月13日。在同一基地的5个采
样点各采15株，带回实验室进行驯化，将驯化后的水
葱移入试验水池中。
本试验共设计3种处理：（1）种植水葱但土壤中
未添加五氯酚（对照实验1）；（2）不种植水葱，土壤中
五氯酚的添加起始浓度为2000.00μg·kg-1（对照实验
2）；（3）种植水葱，土壤中五氯酚的添加起始浓度为
2000.00μg·kg-1（实验组）。每种处理重复4次。在水
池栽培试验期间模拟野外生态，维持水池中水分（水
层高于土壤层4cm）。在试验处理后的0、30、60、90、
120d分别取水样、底泥土样和植物根部进行分析五
氯酚的残留量。
1.4样品检测
1.4.1样品的预处理
水样：取现场采集的水样30mL置于具塞锥形瓶
中，加入提取剂石油醚25mL和6mol·L-1稀硫酸0.5
mL，振荡提取90min，静止30min后，取上层提取液
15mL于分液漏斗中，用5mL浓硫酸净化，加10mL
水洗1次，取上层有机相，然后按1.4.2方法进行衍生
化处理。
底泥土样：在室温下风干、碾碎、过60目筛，取处
理后土样5g于具塞锥形瓶中，加入提取剂石油醚25
mL和6mol·L-1稀硫酸1.0mL，振荡提取90min，静
止30min后，取上层提取液15mL，过超滤膜净化
（0.45μm），然后置于分液漏斗中，用5mL浓硫酸净
化2次，加10mL水洗1次，取上层有机相，然后按
1.4.2方法进行衍生化处理。
植物：取洗净、凉干、剪碎的植物样品，用植物粉
碎机粉碎后，过60目筛，称取样品5g于具塞锥形瓶
中，加入提取剂石油醚25mL和6mol·L-1稀硫酸1.0
mL，振荡提取90min，静止30min后，取上层提取液
15mL，过超滤膜净化（0.45μm），然后置于分液漏斗
中，用5mL浓硫酸净化2次，加10mL水洗1次，取
上层有机相，然后按1.4.2方法进行衍生化处理。
1.4.2样品的衍生化处理
熊 珺等：水葱对五氯酚污染土壤植物修复的初步研究1494
第25卷第6期 农 业 环 境 科 学 学 报
向上述有机相中加入8mL0.10mol·L-1碳酸钠，
振摇3min，静止分层后将水相放入另一分液漏斗中，
再向有机相中加入8mL0.10mol·L-1碳酸钠，振摇3
min，静止分层后将水层放入同一分液漏斗中，合并两
次提取的水层，将5mL水层溶液放入10mL的离心
管中，加入乙酸酐、4mL石油醚，振荡水浴(35℃)加热
混匀20min后，离心分离(3000r·min-1)2min，静止放
置120min后，吸取上层溶液供检测。
1.5回收率实验
分别做水、土壤和水葱（Scirpustabernaemontani
Gmel）的加标回收率实验，加标浓度分别为80、128、
260μg·kg-1，用上述方法提取、净化和测定。
2 结果与讨论
2.1方法的可靠性
在添加回收率实验中，分别采用了石油醚、苯、正
己烷、石油醚:丙酮（4∶1）、石油醚∶丙酮（3∶2）作为提取
剂。检测结果表明：以苯作提取剂的平均回收率最低
仅为65%；石油醚和丙酮混合溶剂作为提取剂的平
均回收率为 75%；正己烷作为提取剂的回收率在
85%~92%，但价格较贵；石油醚作提取剂回收率为
81%~99%，萃取效果最好且廉价，故选用石油醚作为
提取剂。
由表1可见，水、土壤和水葱样品中五氯酚的添
加浓度分别为80、128、260μg·kg-1时，其回收率分别
为 98.5%~99.4%、88.9%~92.5%和 91.1%~93.7%，相
对标准偏差分别为 1.19%~2.53%、2.02%~2.88%和
2.51%~4.26%，说明该方法的准确度和精密度均较
好，符合农药残留分析的要求。
2.2土壤中五氯酚添加起始浓度的确定
在试验水池底泥中，五氯酚的起始添加浓度分别
按以下处理进行预备试验：0.00、4000.00、8000.00、
10000.00μg·kg-1（上述含量分别以风干土壤计）。11d
后，分别采集各个培养池中水葱按上述方法提取、净
化和检测。实验结果见图1。培养池土壤中五氯酚的
添加浓度越大，水葱根部富集五氯酚的浓度就越高；
当培养池土壤中五氯酚的添加浓度为 4000.00μg·
kg-1时，2d后即观察到叶片有发黄现象，当添加浓度
为8000.00μg·kg-1时，5d后植物出现死亡。据此本
实验初步设定实验培养池中 PCP浓度为 2000.00
μg·kg-1。
此设计与王彻华等[12]的报道基本一致，他对 22
个主要城市江段的13种多氯酚进行检测，以五氯酚
的检测率为最高，达92.1%，多氯酚总量在底质样中
平均为11360.00μg·kg-1，中位值为1210.00μg·kg-1
部分严重地段达252800.00μg·kg-1，故本实验的设计
与环境中PCP的残留量相符。
2.3水葱在不同时间内对五氯酚的富集
水葱在起始添加浓度为2000.00μg·kg-1的培养
池土壤中不同时间段的富集量、可能转化未知物的峰
面积以及在水、土壤中的残留量分别见图2~图5。由
图2和图3对比可以看出，实验组水葱根部PCP随
时间的增加，残留量由起始的579.55μg·kg-1先增加
至2090.00μg·kg-1（30d），随后降到85.95μg·kg-1
（120d）。通过对比60、90和120d水葱根部与相应时
间段土壤和水样处理样品的色谱峰，发现均有一个未
知峰（其保留时间为16.5min）出现，而此未知峰在0
和 30d的植物样品中均未检测出，故疑是水葱对
PCP的降解产物，因此对其量的变化（以峰面积定）进
行了深入探讨。
由图3可知，随着时间的增加，未知物的峰面积
逐渐增大，由60d的3300.45增加到120d的5380.33，
表1 方法的回收率和相对标准偏差
Table1RecoveryratesandRSDofthemethod(n=4)
注：加标浓度分别为80、128和260μg·kg-1。
2000 4000 6000 8000 10000
土壤浓度/μg·kg-1
7
6
5
4
3
2
1
0
水
葱
根
部
富
集
PC
P
的
量
/μ
g·
kg
-1
图1水葱根部PCP的富集量与土壤添加浓度的相关性
Figure1CorelationbetweenbioaccumulationofPCPinshalot
rootandtheinitialfortificationlevelinsoil
1495
2006年12月
增加了1.63倍，且其增加速率由大变小。由此说明水
葱不仅能够富集土壤中的五氯酚，且具有降解五氯酚
的能力。这一点也可从土壤中PCP含量变化得到进
一步证实，见图5。土壤中PCP浓度随时间的增加，其
残留量逐步降低，且降低速率逐步减小。30、60、90、
120d五氯酚的检测量表明，种植水葱培养池土壤中
五氯酚的含量最低，分别仅为原有的28.34%、1.03%、
0.86%和0.088%。将上述各个时间段PCP在土壤中
的残留量与相应的时间用一级动力学方程进行模拟，
结果发现，其相关系数均大于0.97，说明PCP在土壤
中的变化趋势可很好地用一级动力学进行描述。动力
学的参数如反应速率常数（K）、半衰期（T1/2）、相关系
数（r）和动力学方程见表2（Ct为td时的含量）。
3 结束语
（1）在添加回收率实验中，分别采用了石油醚、苯、
正己烷、石油醚∶丙酮（4∶1）、石油醚∶丙酮（3∶2）作为提
取剂，检测结果表明，以石油醚作提取剂回收率为
81%~99%，萃取效果最好且廉价。故采用石油醚作为
提取剂。
（2）由表2和图6可以看出，在对照组2即土壤+
PCP，土壤中PCP降解动力学方程为：
Ct=2055.1×e-0.004t，
相关系数（r）为0.9912、反应速率常数（K）为0.004和
半衰期（T1/2）为173.29d。相关系数值说明土壤中PCP
降解符合一级降解动力学，半衰期很长，说明PCP在
自然环境中的降解非常缓慢，是一种持久性的有机污
染物，其在环境中的长期存在，对环境的生态安全性
及人体的健康将构成危害。
（3）由本实验结果可以看出，水葱对五氯酚具有
富集和可能的代谢能力，植物修复作为直接利用绿色
植物系统通过转移、降解或保持的方式修复污染的土
壤、沉积物、水和空气的一种新兴技术，不仅具有美学
价值，而且仅需太阳能驱动，价格低廉。因此利用水葱
修复土壤中难降解有机污染物五氯酚是一项切实可
行的技术。
熊 珺等：水葱对五氯酚污染土壤植物修复的初步研究1496
第25卷第6期 农 业 环 境 科 学 学 报
（4）有关代谢产物的定性和定量的研究有待于下
一步实验的进行。
参考文献：
[1]SaltDE,SmithRD,RaskinPhytoremediation.AnnualReview:Plant
PhysiologyPlantMolecular[J].Biology,1998,49:643-668.
[2]桑伟莲,孔繁翔.植物修复研究进展[J].环境科学进展,1999,7(3):40-
44.
[3]杨柳春,郑明辉,刘又彬.有机物污染环境的植物修复研究进展[J].环
境污染治理技术与设备,2002,3（6）:1-7.
[4]HinmanML,KlaineSJ.Uptakeandtranslocationofselectedorganic
pesticidesbytherootedaquaticplantHydrilaverticilataRoyle[J].En-
vironmentalScience&Technology,1992,26:609-613.
[5]LalSLalR,SaxenaDM.BioconcentrationandmetabolismofDDT,
FeritrethionandChlorpyrifesbytheblue-greenalgaeAnabaenasp
andAulesirafertilissima[J].EnvironmentalPolution,1987,46:187-
196.
[6]OyaSOkay,EnisMorkoc,AlecGaines.Efectsoftwoherbicidalwastew-
atersonChlorelaspandPhaecdactylumtriccrnutum[J].Environmental
Polution,1994,84:1-6.
[7]MAEl-Dib,SalwaAshehata,HodaFAbou-Waly.Responseoffreshwa-
teralgae(Scenedeamusspp.)tophenylureaherbicides[J].Water,Air
andSoilPolution,1991,55:295-303.
[8]ShubertLL.Algaeasecologicalindicators[M].London:AcademicPress,
1984.
[9]TakashiNakamura,TakayukiMotoyama,YoshikatsuSuzuki,etal.Bio-
transformationofpentachlorophenolbyChinesechiveandarecombi-
nantderivativeofitsrhizosphere-competentmicroorganism, Pseu-
domonasgladioliM-2196[J].SoilBiology&Biochemistry,2004,36:
787-795.
[10]谢文明,韩大勇,孟凡贵,等.蚯蚓对土壤中有机氯农药的生物富集
作用的研究[J].吉林农业大学学报,2005,27(4):420-423,428.
[11]郜红建,蒋 新.有机氯农药在南京市郊蔬菜中的生物富集与质量
安全[J].环境科学学报,2005,25(1):90-93.
[12]王彻华,彭 彪.长江干流主要城市江段微量有机物污染分析[J].人
民长江,2001,32(7):20-24.
1497