全 文 ：Vol. 31 No.12
Dec. 2011
第 31卷 第 12期
2011年 12月
中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
Journal of Central South University of Forestry & Technology
栾树幼苗对土壤中多环芳烃的富集及再分配
郑 威 1，闫文德 1，2 *，梁小翠 1，2，朱 凡 1，2
(1. 中南林业科技大学，湖南 长沙 410004；2. 南方林业生态应用技术国家工程实验室，湖南 长沙 410004)
摘 要： 在温室盆栽条件下，设置对照 (CK)、低 (L1)、中 (L2)、高 (L3) 不同污染浓度土壤，研究栾树幼苗
PAHs 的吸收累积情况及在其体内的再分配。结果如下：栾树幼苗可以吸收积累土壤中的 PAHs。随土壤中 PAHs
浓度的增大，其体内的 PAHs 总含量及根、干、叶中的 PAHs 均呈递增趋势，L1、L2、L3 处理组根、干、叶中
PAHs 含量均显著高于对照组。随着处理浓度的增大，栾树叶中 PAHs 占体内 PAHs 总量的比例呈逐渐降低趋势，
而根中 PAHs 占总量的比例呈上升趋势，干中 PAHs 含量所占比例相对稳定。
关键词： 栾树幼苗；土壤；多环芳烃；积累；再分配
中图分类号： S718.55 文献标志码： A 文章编号： 1673-923X(2011)12-0070-05
The accumulation and redistribution of PAHs from soil
in Koelreuteria paniculata seedlings
ZHENG Wei1, YAN Wen-de1,2*, LIANG Xiao-cui1,2, ZHU Fan1,2
(1.Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 2. National Engineering Lab. for Applied
Technology of Forestry & Ecology in South China, Changsha 410004, Hunan, China)
Abstract: Koelreuteria paniculata seedlings have been planted in polluted soil in greenhouse, and the polluted soil have different
concentrations: control (CK), low (L1), medium (L2), high (L3). The accumulation of PAHs from soil and of redistribution in the body
of Koelreuteria Paniculata seedlings have been studied. The results are as follows: Koelreuteria paniculata seedlings can absorb PAHs
in soils. With the increasing of concentration of PAHs in soil, the content of PAHs in seedlings body, root, stem and leaves showed an
increasing trend, PAHs content in root, stem, leaf in L1, L2 and L3 treatments were significantly higher than in CK. The proportion of
PAHs in leaves to total PAHs in body was higher in lower polluted soil than in higher polluted soil, and which in root has the opposite
trend. The proportion of PAHs in stem to total PAHs in body was similar in different polluted soil.
Key words: Koelreuteria paniculata seedlings; soil; PAHs; accumulation; redistribution
多环芳烃 (Polycyclic aromatic hydrocarbons，
简记为 PAHs) 是具有“三致”作用 [1] 的持久性有
机污染物 (POPs)，由于其可经食物链传递至人体，
故在世界范围受到普遍关注，多国政府和地区将
其列为优先控制污染物 [2-4]。PAHs 主要来源于有
机物的不完全燃烧，其环境归宿主要为土壤。因
中国经济快速发展及不恰当能源消耗，导致中国
收稿日期： 2011-09-04
基金项目： 国家林业公益性行业科研专项 (200804030)；国家自然科学基金项目 (31070410、30571487、30771700、30870455)；
教育部新世纪优秀人才支持计划 (NCET-10-0151)；湖南省教育厅项目 ( 湘财教字 [2010]70 号 )；
长沙市科技局项目 (K1003009-61)；中南林业科技大学青年科学研究基金重点项目 (QJ2010008A)
作者简介：郑 威 (1982—)，男，河南安阳人，博士研究生，主要从事城市生态学研究
通讯作者：闫文德 (1969—)，男，甘肃武威人，教授，博士，主要从事生态学研究 ; E-mail: csfuywd@hotmail.com
PAHs(EPA 所列 16 种 PAHs 名单 ) 的排放量约占全
球的 22%，居世界第一 [5]，存在严重的潜在环境
危害和安全隐患。
植物可以通过土壤 - 植物体和空气 - 植物体两
种途径吸收 PAHs，在生物修复研究上受到广泛的
关注 [6-8]。植物根系能否吸收 PAHs 取决于 PAHs
的水溶解度、亨利定律常数、辛醇 - 水分配系数、
DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2011.12.002
71第 31卷 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
土壤有机质含量和植物的种类 [9]，而吸收速率则
由植物种类、土壤中 PAHs 浓度和 PAHs 的形态所
决定 [10]。PAHs 在植物体内的分布情况为地上部分
PAHs 含量显著高于根系 [11]，植物提取油中的浓度
比植物组织中要高 [12]。PAHs在植物体内可以运移，
可从根部运移到地上部分或从叶部运至根部 [13-16]。
当植物对 PAHs 的吸收超过代谢和降解时，就导致
组织中 PAHs 的富集 [17]，形成潜在安全威胁，但
同时这也是植物修复 PAHs 的基础。
在以往的研究中，植物吸收 PAHs 的研究多把
草本和农作物作为目标，但两者很短的生长周期
会导致体内 PAHs 随残体归还土壤。木本植物寿命
长、根系深，在植物修复上有着更广阔前景。本
文选取栾树Koelreuteria paniculata作为试验树种，
研究其对 PAHs 的富集作用及在体内的分布特征，
为将来 PAHs 植物修复的树种筛选、城市森林构建
及 PAHs 的生物修复提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料与实验设计
采用柴油混合风干过筛后的土壤作为实验土
壤，设置 4种浓度梯度：0 g/kg(CK)、2 g/kg(L1)、10 g/
kg(L2)、50 g/kg(L3)，充分拌匀后放置48 h以充分平衡，
然后分装到圆形塑料盆中(Φ×H ＝ 40 cm × 25 cm)。土
壤初始理化性质见表 1。移栽生长发育良好、均匀一致
的一年生栾树幼苗于盆中，移栽时剪除全部枝叶。幼
苗移自中南林业科技大学夕阳红苗圃园。平均树高为
99.58 cm，平均地径1.20 cm，每一浓度处理24个重复。
同时每一浓度设置无植物对照，分 3个重复。
实验设在中南林业科技大学城市生态站温室进行，
以排除自然干扰，调节室内温度与环境温度基本一致。
自来水浇灌，每周浇水两次。
在1、4、7、10月份分别破坏性取样6株，风干后，
分根、干、叶取样，粉碎过60目筛，测定其中PAHs含量。
表 1 土壤理化性质
Table 1 Physical and chemical properties of studied soil
土壤类型 全氮 /% 有机碳 /% pH 含水量 /%
L1 0.14±0.0033 1.91±0.0079 5.01±0.035 18.3±0.22
L2 0.13±0.0053 2.34±0.0262 4.98±0.025 16.7±0.12
L3 0.12±0.0057 4.63±0.063 4.86±0.005 17.0±0.10
CK 0.13±0.0072 1.72±0.0063 4.84±0 22.0±0.24
1.2 测定方法
准确称取 1 g 植物样品于 10 mL 离心管，分别
加入 4 mL 丙酮和二氯甲烷，加盖密封，40℃超声
提取 60 min，然后在转速 4 000 r/ min、10℃下，
离心 10 min。将离心后的萃取液在 40℃下旋转蒸
发至近干，用 4 mL 正己烷将其转移至硅胶层析柱
中，25 mL 正己烷洗脱后，加入 25 mL 正己烷和
二氯甲烷的混合液 (3:2) 淋洗，收集淋洗液，40℃
下旋转蒸发浓缩至近干，用 5 mL 二氯甲烷将其转
移至氮吹管中，在高纯 N2 下吹至 1 mL，密封冷藏
保存，待 GC-MS 分析。
用 Agilent 6890GC/5973MS 气质联用仪测定
PAHs 含量。分析条件：色谱柱为 HP-5 毛细管色
谱柱 (30 m×0.25 mm)。不分流进样，检测器温度
300℃，载气为高纯 He，升温顺序为：
60℃→ 20℃ /min → 100℃ (5min) → 8℃ /min
→ 250℃ (5min) → 10℃ / min → 290℃ (10 min)，
进样量为 2 μL [18] 。
土壤中 PAHs 含量测定方法与植物一致。
PAH16 标样的加标回收率为 71.2%~94.5%，
实验数据具有准确性。
1.3 分析方法
栾树体内总 PAHs 含量及各器官的 PAHs 含量
均指 4 批测定平均值。
实验数据采用 Sigmaplot 10.0、R 统计软件进
行作图和分析。方差分析采用 One-way AVOVA 方
法分析，P<0.05 为显著相关，P<0.01 极显著相关。
2 结果与分析
2.1 栾树对土壤中 PAHs 的富集作用
栾树体内 PAHs 总含量按年均值计算。如图 1
所示， 栾树体内 PAHs 总量随污染浓度的增加而
增大，L1、L2、L3、CK 处理组植株体内 PAHs
郑 威，等：栾树幼苗对土壤中多环芳烃的富集及再分配72 第 12期
含 量 分 别 为 8.25±0.71 mg/g、10.13±0.66 mg/g、
18.26±0.44 mg/g、4.95±0.31 mg/g，L1、L2、L3、
分别高出对照组 66.65%、104.64%、269.08%，
与 CK 对照组差异均达到显著 (n=6，P<0.05)，且
L1、L2、L3 处理组之间也存在显著性差异。这表
明栾树体内的 PAHs 含量受生长土壤中 PAHs 浓度
影响，会随土壤中 PAHs 浓度的增大而升高。
2.2 栾树幼苗体内 PAHs 的分配
图 2 所示为不同处理下栾树幼苗各器官中 PAHs
含量，CK、L1、L2、L3 处理组植株根中 PAHs 含量
分别为：0.71、1.67、3.13 和 10.06 mg/g；干中分别
为：1.34、1.98、2.32 和 2.93 mg/g；叶中分别为：
2.89、4.61、4.68 和 5.05 mg/g。根、干、叶中的
PAHs 含量随浓度增加均呈递增趋势，L1、L2、L3
处理组根、干、叶中 PAHs 含量均显著高于对照组。
各处理组间根中 PAHs 含量差异显著 (P<0.05)；
L3 处理组干中 PAHs 含量显著高于 L1 处理组；各
组植株叶中 PAHs 含量则差异不大。
从各器官占总 PAHs 含量比例来看：随着处
理浓度的增大，栾树叶中 PAHs 占体内 PAHs 总
量的比例呈逐渐降低趋势，而根中 PAHs 占总
量的比例呈上升趋势，干中 PAHs 含量所占比
例相对稳定。对照处理组树叶中的 PAHs 占体
内 PAHs 总量的比例可达 58.52%，L3 处理中
仅为 27.64%，根的情况则相反，根中 PAHs 含
量比例从 CK 至 L3 依次为 14.44%、20.10%、
30.88%、55.10%。
图 1 不同PAHs浓度处理土壤下栾树幼苗体内PAHs总含量
Fig. 1 Contents of PAHs in Koelreuteria paniculata seedlings
under different treatments 图 2 栾树幼苗体内PAHs分布
Fig. 2 The distribution of PAHs in Koelreuteria paniculata seedlings
2.3 栾树幼苗对土壤中 PAHs 的去除率
图 4 为有栾树幼苗生长和无植物土壤中 1 年
后 PAHs 的去处率，可见各处理土壤中 PAHs 去
除率存在显著差异，有栾树幼苗栽培土壤 PAHs
的去除率要高于无植物处理。栽培栾树幼苗土
壤中，L1、L2、L3 处理组的 PAHs 去除率分别
为 50.46%、87.56%、69.32%；无植物土壤中，
L1、L2、L3 组的 PAHs 去除率依次为 40.78%、
50.65%、33.95%。栽培栾树幼苗的土壤中 PAHs
去除率都超过了 50%，而无植物的土壤中 PAHs 去
除率在 L1 组和 L3 组低于 50%，只有 L2 组略高于
50%，表现出植物修复效应。栽培幼苗和无植物条
件下，3 个污染处理土壤中 PAHs 的去除趋势是一
致的，为 L2 ﹥ L1 ﹥ L3，表明植物、微生物修复
图3 栾树幼苗体内各器官中PAHs所占比例
Fig. 3 The percentage of PAHs in each organism
植
株
体
内
PA
H
s含
量
/(m
g·
g-
1 )
浓度处理
PA
H
s含
量
/(m
g·
g-
1 )
处理浓度
比
例
/%
处理浓度
73第 31卷 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
在适宜 PAHs 浓度下有更高的效率。
3 结 论
(1) 栾树幼苗体内的 PAHs 含量随土壤中 PAHs
浓度的增大而升高。
(2) 随着处理浓度的增大，根、干、叶中的
PAHs 含量呈递增趋势，叶中 PAHs 占体内 PAHs 总
量的比例呈逐渐降低趋势，而根中 PAHs 占总量的比
例呈上升趋势，干中 PAHs 含量所占比例相对稳定。
(3) 有、无栾树幼苗栽培土壤中 PAHs 去除
率存在显著性差异，二者降解趋势是一致的，为
L2>L1>L3。
图 4 不同处理组土壤PAHs去除率†
Fig.4 The removal ratio of soil PAHs in different treatments
† PAHs去除率=(PAHs初始浓度-某时期PAHs的含量)/ PAHs初始浓度
4 讨 论
一直以来关于植物对 PAHs 吸收的研究有着不
同推论。PAHs 能被植物根系吸收并在体内运移受
到众多研究结果的支持 [14-17, 19-20]。但也有研究认为，
植物根系只能吸附聚集土壤中的 PAHs 而不能对其
吸收并运移 [1]，植物体内的 PAHs 来自大气，与土
壤中含量几乎没有关系 [21]。近年来，通过同位素示
踪研究确认植物能够吸收并在体内迁移转化 [13-14]。
根部吸收是 PAHs 在土壤固相 - 土壤水相、土
壤水相 - 植物水相、植物水相 - 植物有机相间的一
系列连续分配过程 [6]。土壤 PAHs 浓度越高。能吸
收 PAHs 植物对 PAHs 的吸收量就越多 [10]，这与本
研究中栾树幼苗体内 PAHs 含量随土壤污染浓度增
大而升高的结论一致，但植物仅能吸收积累少部
分土壤中 PAHs[22-25]。
一般认为，植物体内的分布情况为地上部分
多环芳烃含量显著高于根部 [11]，且地上部分 PAHs
主要来自大气吸收 [7，22]。本研究中，CK、L1、
L2 组植株地上部分高于地下根系，其中 CK 对照
组表现明显，但在 L3 高浓度处理中，地下部分反
而高于地上部分，这是对植物根系可吸收 PAHs 的
证实。本实验设置在温室中，很大程度排除了大
气中 PAHs 干、湿沉降的影响，温室空气中污染土
壤中挥发的低环 PAHs 浓度一致，但却出现叶中
PAHs 含量随浓度升高的现象的原因值得进一步研
究分析。
植物主要通过直接吸收；释放分泌物和酶刺
激根区微生物的活性和生物转化作用；植物增强
根区的矿化作用 [23]3 种途径修复有机物污染。虽
然通常认为根系 - 微生物系统是土壤中降解 PAHs
主要贡献，但植物修复更适用于现场修复，且已
达野外应用的水平 [24]。从本研究来看，有、无栾
树幼苗生长，对土壤中 PAHs的去除有着重要影响，
表明了栾树幼苗具有 PAHs 污染修复的能力。
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[本文编校：吴 彬 ]