全 文 ：第 30卷 第 5期 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Vol.30 No.5
2010年 5月 JournalofCentralSouthUniversityofForestry＆Technology May2010
收稿日期:2010-01-06
基金项目:国家自然科学基金项目 “多环芳烃在城市森林植物根 -土界面的归趋机制研究 ”(30870455);新世纪优秀人才计划项目
(NCET-10-0151);湖南省杰出青年基金项目(07JJ1004)
作者简介:张引文(1985-),女 ,湖南汨罗人 ,硕士研究生 ,主要从事城市生态研究
通讯作者:闫文德(1969-),男 ,甘肃武威人 ,教授 ,博士 ,主要从事森林生态学研究;E-mail:csfuywd@hotmail.com
PAHs在樟树根际和非根际土壤中的分布特征
张引文 1 , 闫文德 1 , 田大伦 1 , 王会勤2 , 梁小翠 1 , 王光军 1
(1.中南林业科技大学 , 湖南 长沙　410004;　2.鄢陵县林业工作站 , 河南 鄢陵　461200)
摘　要:对樟树根际土与非根际土壤中 PAHs分布特征进行了研究。结果表明:根际土壤中与非根际土壤中共检
测出 16种 PAHs组分 , 非根际土中 PAHs质量分数呈现 21 ～ 40 cm>41 ～ 60 cm>0 ～ 20 cm的分布规律 ,而根际土中
PAHs质量分数呈现 21 ～ 40 cm> 0 ～ 20cm>41 ～ 60cm的分布规律;根际土和非根际土中多环芳烃的总含量的最高
值均在 21～ 40 cm土层 ,平均值分别为 2.622 9和 2.292 6 mg· kg-1;2环和 3环低分子量 PAHs的迁移能力强于 4 ～
6环多环芳烃。
关键词:生态学;PAHs;樟树;根际土;非根际土;分布特征
中图分类号:X53;S792.23 文献标志码:A 文章编号:1673— 923X(2010)05— 0018 — 04
DistributioncharacteristicsofPAHsinrhizospheresoiland
non-rhizospheresoilofCinnamomumcamphora
ZHANGYin-wen1 , YANWen-de1 , TIANDa-lun1 , WANGHui-qin2 , LIANGXiao-cui1 , WANGGuang-jun1
(1.CentralSouthUniversityofForestryandTechnology, Changsha410004, Hunan, China;　
2.ForestryStationofYanlingCounty, Yanling461200, Henan, China)
Abstract:DistributioncharacteristicsofPAHsinrhizospheresoilandnon-rhizospheresoilofCinnamomumcamphorawere
analyzedinthispaper.Theresultsshowthat:therewere16 diferentcompositionsofPAHsinrhizospheresoilandnon-rhizo-
spheresoil.DistributionlawofthemassfractionsoftotalPAHsinnon-rhizospheresoilindiferentlayerwas21 ～ 40 cm>41
～ 60 cm>0 ～ 20 cm, butinrhizospheresoil, distributionlawofthemassfractionsoftotalPAHswas21 ～ 40cm>0 ～
20 cm>41～ 60 cm.ThemaximumofthemassfractionsoftotalPAHsinrhizospheresoilandnon-rhizospheresoilwere21 ～
40 cmsoillayer, theirmeanvaluewere2.622 9 mg· kg-1 and2.292 6 mg· kg-1 separately.Themigrationabilityoflower
ringedPAHswaspredominantoverthehigherringedones.
Keywords:ecology;PAHs;Cinnamomumcamphora;rhizospheresoil;non-rhizospheresoil;distributioncharacteristics
　　多环芳烃 (PolycyclicAromaticHydrocarbons,
PAHs)是指分子中含有两个或两个以上苯环的烃类
化合物 ,其中 16种被美国环保署确定为优先控制的
有机污染物质[ 1] 。而土壤是 PAHs的主要环境归宿
库 , PAHs进入土壤后 ,被土壤吸附 、随水分向四周
迁移或淋溶至土壤深层 、挥发扩散于大气 、被植物吸
收 、被土壤微生物降解等 ,同时通过食物链在生态
系统中迁移 、积累 ,对人类健康和生态环境具有很大
的潜在危害。因此 , PAHs受到土壤环境学和农业
生态学的普遍关注 ,相关报道迅速增加 [ 2-6] 。特别
是随着根际化学行为的发展 , PAHs污染研究已扩
展到根际微域 [ 7-10 ] 。
DOI :10.14067/j.cnki.1673-923x.2010.05.001
第 5期 　张引文 ,等:PAHs在樟树根际和非根际土壤中的分布特征　
目前城市区域内 PAHs的高水平排放已成为日
益突出的环境问题 ,土壤中的 PAHs含量成指数倍
增长 ,政府为遏制 PAHs污染 ,大力开展城市森林的
建设 ,樟树 Cinnamomumcamphora是我国南方城市
森林的优势树种 ,因此 ,研究樟树根际与非根际土壤
PAHs分布特征具有重要的现实意义 ,同时也为植
物修复持久性有机污染物提供科学依据。
1　实验区概况
实验区设在中南林业科技大学长沙校区树木园
内 ,地处东经 112°48′, 北纬 28°03′, 年均气温
16.8℃,极端最高气温 40.6 ℃,最低气温 -12℃,
年均降雨量 1 400mm,年均蒸发量为 1 320.7mm,
无霜期为 270 ～ 300 d,年均日照时数 1 677.1h,属
典型的亚热带湿润季风气候 ,气候湿润 ,四季分明 。
试验地以樟树为主要造林树种的有林地 ,其地层主
要是第四纪更新世的冲积性网纹红土和砂砾 ,属典
型红壤丘陵区 。样地土壤的理化性质见表 1。
2　材料与方法
2.1　野外调查与采样
在研究区域设 3个样点 ,位于中南林业科技大
学长沙校区树木园内 ,每个样点分 0 ～ 20、21 ～ 40和
41 ～ 60cm3层取样 ,样品带回实验室进行分析。将
采集的带有根系的土块 ,用力抖动 ,尽可能不扰乱根
系 ,使较大土粒脱落 ,为非根际土壤 ,剩余的黏附在
根系上的土壤则为根际土壤[ 9] 。土样自然风干 ,将
风干土磨碎 ,并过 100目筛待测 。
表 1　供试土壤的基本理化性质
Table1　Physicalandchemicalpropertiesofstudiedsoil
土壤化学性质 根际土 非根际土
0～ 20 cm 21 ～ 40cm 41～ 60cm 0～ 20cm 21～ 40cm 41～ 60 cm
全 N/(g· kg-1) 0.47 0.54 0.44 0.34 0.55 0.46
全 P/(g· kg-1) 2.33 2.33 2.02 2.10 2.60 2.13
全 K/(g· kg-1) 35.10 60.50 44.60 43.40 47.30 46.10
pH值 4.67 4.36 4.36 4.49 4.32 4.28
2.2　测定与分析
PAHs的测定:首先将土壤样品前处理(索氏提
取 、旋转蒸发 、柱层析 、氮吹),浓缩至 1mL,然后用
agilent6890GC/5973MS气质联用仪测定 PAHs含
量 。仪器的条件:60℃ 15℃/min 100℃(5min)
8℃/min
210 ℃(3 min)2℃/min 290 ℃(5 min),色
谱柱为 HP— 5毛细管色谱柱(30m×0.25mm)。不
分流进样 ,气化温度 280.0℃,载气为高纯 He。
土壤基本理化性质用常规方法测定:土壤全氮
采用凯氏定氮法测定;土壤全磷用氢氧化钠熔融 —
钼锑抗比色法测定;全钾采用氢氧化钠熔融后 ,用原
子吸收分光光度计测定;土壤 pH值用 PXS2270型
离子计测定 。
3　结果与分析
3.1　土壤中多环芳烃含量的分布
在根际土和非根际土壤垂直剖面中检出 16种
PAHs化合物(见表 2)。根际土剖面中 PAHs总含
量呈现 21 ～ 40cm>0 ～ 20cm>41 ～ 60 cm的分布
规律 ,非根际土剖面中 PAHs总含量呈现 21 ～ 40 cm
>41 ～ 60 cm>0 ～ 20 cm的分布规律;根际土和非
根际土中多环芳烃的总含量的最高值 均在
21 ～ 40cm土层 , 分别为 (2.622 9 ±0.748 1)和
(2.292 6±0.511 7)mg· kg-1;在 0 ～ 40cm土层
中 ,根际土中多环芳烃总含量高于非根际土 ,为非根
际土中多环芳烃含量的 1.2倍 。
研究表明土壤中的 PAHs总量主要来自 3环和
4环组分 ,为菲 、荧蒽 、芘 ,其含量占 16种 PAHs含量
的 79%,单个 PAH组分中质量分数含量最高的是
菲(最高可达到总质量分数的 32.54%)。研究地中
PAHs的分布主要由菲 、荧蒽和芘构成 ,可见其主要
来源于工业燃料的燃烧和汽车尾气的排放 [ 11-12] ,是
典型的城市土壤特征。在 Wilcke总结的 7种致癌
性 PAHs[ 13]中 ,屈和苯并(b)荧蒽在研究地土壤中
的含量较高 ,占总量的 5.3%,说明研究地土壤具有
一定生态风险 。
19
　 　中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 第 30卷
表 2　样地土壤 PAHs含量
Table2　PAHsconcentrationsinstudysite mg· kg-1
多环芳烃组分 非根际土 根际土
0～ 20 cm 21 ～ 40cm 41～ 60cm 0～ 20cm 21～ 40cm 41～ 60 cm
萘 0.097 1±0.004 8 0.226 5±0.002 1 0.118 6±0.046 0 0.202 5±0.058 6 0.174 5±0.036 1 0.165 9±0.059 5
苊烯 0.019 7±0.005 7 0.030 6±0.006 2 0.021 3±0.004 0 0.015 2±0.009 2 0.027 3±0.009 3 0.024 3±0.001 1
苊 0.013 5±0.006 6 0.028 6±0.006 5 0.039 7±0.008 3 0.034 1±0.002 1 0.024 4±0.006 7 0.033 0±0.003 8
芴 0.137 8±0.040 7 0.153 6±0.050 1 0.191 3±0.013 4 0.155 1±0.032 9 0.178 3±0.082 8 0.170 9±0.036 7
菲 0.482 4±0.078 3 0.592 0±0.003 7 0.757 2±0.051 0 0.475 7±0.024 1 0.785 4±0.006 4 0.593 5±0.051 2
蔥 0.031 0±0.006 6 0.034 9±0.007 1 0.044 3±0.009 4 0.031 2±0.008 6 0.045 7±0.001 2 0.034 4±0.006 6
荧蔥 0.194 7±0.036 0 0.407 0±0.056 9 0.306 1±0.029 7 0.280 9±0.068 9 0.481 8±0.013 7 0.265 0±0.087 8
芘 0.175 1±0.043 6 0.306 8±0.077 1 0.272 7±0.094 9 0.215 9±0.054 6 0.356 5±0.078 6 0.210 1±0.055 7
苯并(a)蔥 0.008 5±0.000 3 0.040 1±0.002 2 0.022 1±0.001 2 0.016 3±0.001 2 0.040 7±0.008 2 0.010 0±0.000 6
屈 0.060 1±0.003 7 0.181 6±0.072 2 0.100 1±0.059 2 0.115 4±0.056 5 0.222 8±0.050 2 0.075 4±0.000 7
苯并芘 0.003 6±0.000 2 0.076 9±0.000 5 0.011 7±0.001 7 0.018 9±0.002 6 0.072 1±0.001 7 0.003 9±0.000 5
苯并(k)荧蔥 0.006 0±0.000 4 0.151 8±0.003 7 0.057 0±0.002 8 0.042 9±0.005 1 0.163 5±0.040 0 0.011 6±0.001 0
苯并(b)荧蔥 0.000 0 0.062 0±0.006 8 0.021 9±0.003 8 0.004 3±0.000 7 0.048 5±0.003 1 0.004 8±0.000 3
苯并(ghi)苝 0.000 0 0.009 6±0.000 4 0.000 0 0.000 0 0.000 0 0.000 0
二苯并(a, h)蔥 0.004 5±0.000 8 0.006 1±0.000 6 0.000 0 0.000 0 0.000 0 0.004 0±0.000 9
茚并(1, 2, 3-cd)芘 0.000 0 0.005 6±0.000 5 0.001 0±0.000 7 0.000 5±0.000 1 0.003 5±0.000 5 0.000 0
合计 1.233 3±0.034 7 2.292 6±0.511 7 1.964 8±0.308 7 1.609 0±0.501 2 2.622 9±0.748 1 1.606 7±0.251 2
3.2　根际土中 PAHs组分的垂直分布
多环芳烃在根际土垂直剖面组成上以菲 、荧蔥
和芘等中低环化合物为主 ,并以菲(占 33.36%)、荧
蔥(占 16.53%)、芘(占 13.74%)、芴(占 8.79%)、
萘(占 8.05%)、屈(占 6.23%)、苯并(k)荧蔥 (占
3.91%)、蔥(占 2.01%)、苯并芘(占 1.68%)、苯并
(b)荧蔥 (占 1.53%)、苊 (占 1.49%)、苊烯 (占
1.31%)、苯并(a)蔥(占 1.29%)、二苯并(a, h)蔥
(占 0.19%)、苯并(ghi)苝(占 0.17%)、茚并(1, 2 ,
3-cd)芘(占 0.12%)的含量顺序依次递减 , 2 ～ 4
环 PAHs平均质量分数高达 92.8%。
在根际土土壤垂直深度上 ,不同环数多环芳烃
化合物随着采样深度的增加也表现出各相异性(见
图 1)。其中 2环 、4环 、5环和 6环 PAHs呈现 0 ～
40 cm土层中质量分数增加 , 41 ～ 60 cm土层中质量
分数降低的变化趋势;3环 PAHs呈现 0 ～ 40 cm土
壤中质量分数下降 , 41 ～ 60 cm土壤中质量分数升
高的变化趋势 。总体来看 ,在 0 ～ 20 cm土层中 , 2
环和 3环低分子量 PAHs构成多环芳烃的主要组成
成分 ,其质量分数占 63.37%;在 21 ～ 40 cm土层
中 , 4 ～ 6环高分子量 PAHs是构成多环芳烃的主导
组分 ,其质量分数占 54.42%;在 41 ～ 60 cm土层
中 , 2环和 3环低分子量 PAHs是多环芳烃的主要构
成组分 ,其质量分数占 59.67%。由此推断 ,在根际
土土壤剖面中 , 2环和 3环低分子量 PAHs的迁移能
力强于 4 ～ 6环多环芳烃。上述结果与多环芳烃在
水中不易降解(其水溶解性随苯环数量的增多而减
少)、苯环数量与其在环境中的衰减量呈负相关[ 14]
的化学性质相一致 。
图 1　不同环数 PAHs在根际土中的垂直分布
Fig.1　Verticaldistributionofdifferentringsof
PAHsinrhizospheresoil
3.3　非根际土中 PAHs组分的垂直分布
在非根际土垂直剖面中 ,主要的多环芳烃组分
为菲 、荧蔥和芘等中低环化合物 ,与根际土中情况相
似 , 其质量分数 分别占 31.77%、 17.60%和
13.40%;在非根际土土壤垂直深度上 ,不同环数多
环芳烃化合物表现出与根际土中不同的分布规律
(见图 2)。其中 2环和 3环 PAHs的质量分数在 0
～ 40 cm土层中随土壤深度增加而下降 , 41 ～ 60 cm
土层中随深度增加而升高;4 ～ 6环高环 PAHs化合
20
第 5期 　张引文 ,等:PAHs在樟树根际和非根际土壤中的分布特征　
物的质量分数呈现的变化趋势与根际土中的一致 。
在 0 ～ 20 cm土层中 , 2环和 3环低分子量 PAHs化
合物为主要的多环芳烃组分 , 其质量分数占
56.79%;在 21 ～ 40 cm土层中 , 4 ～ 6环高分子量
PAHs化合物占主导地位 ,其质量分数占 52.97%;
在 41 ～ 60 cm土层中 , 2环和 3环低分子量的质量
分数占 63.62%。这种分布特征与根际土土壤剖面
一致 ,证明了在土壤垂直剖面中 2环和 3环低分子
量 PAHs的迁移能力强于 4 ～ 6环多环芳烃 。
图 2　不同环数 PAHs在非根际土中的垂直分布
Fig.2　Verticaldistributionofdifferentringsof
PAHsinnon-rhizospheresoil
4　结　论
(1)根际土和非根际土中多环芳烃的总含量的
最高值均在 21 ～ 40cm土层 , 分别为 (2.622 9 ±
0.748 1)和(2.292 6±0.511 7)mg· kg-1;其中主
要的多环芳烃组分为菲 、荧蔥和芘等中低环化合物;
工业燃料的燃烧和汽车尾气的排放这两个因素成为
该样地土壤 PAHs污染的主要来源 。为防止土壤的
进一步污染 ,当前最主要的是要尽量控制汽车尾气
的排放 。
(2)多环芳烃化合物的基本化学性质导致了其
在土壤垂直迁移过程中的能力差异。其中 4 ～ 6环
化合物迁移能力较弱 ,主要集中在研究地 0 ～ 40 cm
土层内;2环和 3环化合物迁移能力强 ,在土壤垂直
剖面 41 ～ 60cm土层中也有分布 。
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[本文编校:谢荣秀 ]
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