全 文 ：第３０卷第２期
２０１６年４月
水土保持学报
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．２
Ａｐｒ．，２０１６
　
　　收稿日期：２０１５－１０－１６
　　基金项目：国家“８６３”专项（２０１２ＡＡ１０１４０３－３）；河北省教育厅项目（Ｚ２０１３０５８）
　　第一作者：石维（１９８９—），男，在读硕士，主要从事环境质量评价与监控研究。Ｅ－ｍａｉｌ：６４９９８５３２４＠ｑｑ．ｃｏｍ
　　通信作者：杨志新（１９６９—），女，博士，教授，主要从事生态、环境质量评价与监控研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｚｈｉｘｉｎ＠１２６．ｃｏｍ
冯圣东（１９６９—），男，硕士，副研究员，主要从事土壤环境质量研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｅｎｇｓｈｅｎｇｄｏｎｇ＠１２６．ｃｏｍ
淀粉对无芒雀麦修复煤矿区多环芳烃长期污染土壤的影响
石 维１，张雪娜１，贾海滨１，赵欧亚１，王 伟１，冯圣东１，杨志新１，２
（１．河北农业大学资源与环境科学学院，河北 保定０７１０００；２河北省农田生态环境重点实验室，河北 保定０７１０００）
摘要：采用温室盆栽试验，以无芒雀麦（Ｗ）为修复植物，研究淀粉（Ｄ）不同剂量与无芒雀麦组合对煤矿区
多环芳烃（ＰＡＨｓ）长期污染农田土壤修复的影响。结果表明，在土壤中添加淀粉剂量Ｄ１、Ｄ２培养３个月
后，显著促进了土著微生物对煤矿区长期污染农田土壤ＰＡＨｓ的降解。Ｄ１、Ｄ２处理土壤中１６种ＰＡＨｓ总
量降解率（１６．８２％，１９．０６％）分别比对照ＣＫ（１１．１２％）提高了５１．２６％和７１．４０％，尤其对６环ＰＡＨｓ的降
解增效最为突出。Ｄ２处理对６环ＰＡＨｓ的降解达最高，为３７．０５％，比ＣＫ处理提高了２４１．０１％，且为Ｄ１
处理的１．７７倍。在污染土壤中添加淀粉并种植无芒雀麦（Ｄ１＋Ｗ，Ｄ２＋Ｗ）后，与对照ＣＫ、淀粉（Ｄ）和种
植无芒雀麦单一处理（Ｗ）相比，土壤中１６种ＰＡＨｓ总量降解率有了明显增加，Ｄ１＋Ｗ 与Ｄ２＋Ｗ 处理下
１６种ＰＡＨｓ降解率分别为２６．２６％和２８．３９％；在ＰＡＨｓ不同环数中对５，６环ＰＡＨｓ的修复效果提升最为
明显，对其它环数ＰＡＨｓ降解效果提升不显著，其中５环和６环ＰＡＨｓ降解率在Ｄ２＋Ｗ 组合处理下达到
最高，为４８．６３％和５８．３２％，比 ＣＫ 处理提高了１１０．３６％和４３６．８２％，比无芒雀麦单一处理提高了
２７．５０％和４７．７７％。从土壤酶活性角度，淀粉、无芒雀麦单一处理及其组合下的土壤过氧化氢酶活性差异
不明显，但均显著高于对照ＣＫ处理；无芒雀麦对多酚氧化酶活性有明显的激活作用，且与淀粉组合进一
步显著提升了该酶的活性，与Ｄ１＋Ｗ与Ｄ２＋Ｗ组合下的５，６环ＰＡＨｓ降解率达最高相一致。综上，利用
淀粉与无芒雀麦的优化组合形式能明显提升煤矿区５，６环ＰＡＨｓ长期污染农田土壤的修复效果，可以作
为该区污染土壤修复治理的一种选择。
关键词：多环芳烃；煤矿区土壤；无芒雀麦；淀粉；酶活性
中图分类号：Ｘ１７３；Ｘ５３　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００９－２２４２（２０１６）０２－０２８９－０５
ＤＯＩ：１０．１３８７０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｔｂｃｘｂ．２０１６．０２．０５０
Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｓｔａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ａｗｎｌｅｓｓ　Ｂｒｏｍｅ　Ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ　Ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ
Ａｒｏｍａｔｉｃ　Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ（ＰＡＨｓ）Ｐｏｌｕｔｅｄ　Ｓｏｉｌｓ　ｉｎ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ａｒｅａｓ
ＳＨＩ　Ｗｅｉ　１，ＺＨＡＮＧ　Ｘｕｅｎａ１，ＪＩＡ　Ｈａｉｂｉｎ１，ＺＨＡＯ　Ｏｕｙａ１，
ＷＡＮＧ　Ｗｅｉ　１，ＦＥＮＧ　Ｓｈｅｎｇｄｏｎｇ１，ＹＡＮＧ　Ｚｈｉｘｉｎ１，２
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｏｆ　Ｈｅｂｅｉ，Ｂａｏｄｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ　０７１０００；
２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｆｏｒ　Ｆａｒｍｌａｎｄ　Ｅｃｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｈｅｂｅｉ，Ｂａｏｄｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ　０７１０００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｐｏｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｏｓｅ　ｏｆ　ｓｔａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｗｎｌｅｓｓ
ｂｒｏｍｅ　ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ　ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ　ａｒｏｍａｔｉｃ　ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ（ＰＡＨｓ）ｐｏｌｕｔｅｄ　ｓｏｉｌｓ　ｉｎ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａｓ．
Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｔａｒｃｈ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ（Ｄ１ａｎｄ　Ｄ２）ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ
ｔｈｅ　ｉｎｄｉｇｅｎｏｕｓ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ　ｆｏｒ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＡＨｓ　ｉｎ　ｆａｒｍｌａｎｄ　ｓｏｉｌ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ
ｏｆ　３ｍｏｎｔｈｓ．Ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　１６ＰＡＨｓ　ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｄ１ａｎｄ　Ｄ２（１６．８２％ａｎｄ　１９．０６％）ｉｎｃｒｅａｓｅｄ
ｂｙ　５１．２６％ａｎｄ　７１．４０％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ＣＫ （１１．１２％），ｅｓｐｅｃｉａｌｙ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　６－ｒｉｎｇ
ＰＡＨｓ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　６－ｒｉｎｇ　ＰＡＨｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｄ２ｒｅａｃｈｅｄ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｒａｔｅ　ｏｆ　３７．０５％，ａｎｄ
ｗａｓ　２４１．０１％ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ＣＫ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｎｄ　１．７７ｔｉｍｅｓ　ａｓ　ｍａｎｙ　ａｓ　ｔｈａｔ　ｏｆ　Ｄ１ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ
ｗｉｔｈ　ＣＫ，Ｄ　ａｎｄ　Ｗ，ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｓｔａｒｃｈ　ａｎｄ　ａｗｎｌｅｓｓ　ｂｒｏｍｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ（Ｄ１＋Ｗ　ａｎｄ　Ｄ２＋Ｗ）ｉｎｃｒｅａｓｅｄ
ｔｈｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｒａｔｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ＰＡＨｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ｗｈｉｃｈ　ｗｅｒｅ　２６．２６％ａｎｄ　２８．３９％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｒｉｎｇｓ　ｏｆ　ＰＡＨｓ，ｔｈｅ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　５－ｒｉｎｇ　ａｎｄ　６－ｒｉｎｇ　ＰＡＨｓ　ｗｅｒｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ｂｕｔ　ｔｈｅ
ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｏｔｈｅｒ　ｒｉｎｇ　ＰＡＨｓ　ｗａｓ　ｎｏｔ　ｒａｉｓｅｄ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ．Ｔｈｅ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｒａｔｅｓ　ｏｆ　５－ｒｉｎｇ　ａｎｄ　６－ｒｉｎｇ
ＰＡＨｓ　ｗｅｒｅ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｄ２＋Ｗ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｒｅａｃｈｉｎｇ　４８．６３％ａｎｄ　５８．３２％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，
ｗｈｉｃｈ　ｗｅｒｅ　１１０．３６％ａｎｄ　４３６．８２％ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｏｓｅ　ｉｎ　ＣＫ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｎｄ　２７．５０％ａｎｄ　４７．７７％ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ
ｔｈｏｓｅ　ｉｎ　Ｗ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅ　ｗｅｒｅ　ｎｏ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｃａｔａｌａｓｅ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ａｍｏｎｇ　Ｄ，Ｗ　ａｎｄ　Ｄ＋
Ｗ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ，ｂｕｔ　ｗｈｉｃｈ　ｗｅｒｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｏｓｅ　ｉｎ　ＣＫ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ａｗｎｌｅｓｓ　ｂｒｏｍｅ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｔｈｅ　ａｃｔｉｖｉｔｙ
ｏｆ　ｐｏｌｙｐｈｅｎｏｌ　ｏｘｉｄａｓｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｗｎｌｅｓｓ　ｂｒｏｍｅ　ａｎｄ　ｓｔａｒｃｈ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｔｈｅ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ
ｔｈｅ　ｅｎｚｙｍｅ，ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　５－ｒｉｎｇ　ａｎｄ　６－ｒｉｎｇ　ＰＡＨｓ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｒａｔｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｄ１
＋Ｗ　ａｎｄ　Ｄ２＋Ｗ．Ｉｎ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔａｒｃｈ　ａｎｄ　ａｗｎｌｅｓｓ　ｂｒｏｍｅ　ｃａｎ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ
ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ　５－ｒｉｎｇ　ａｎｄ　６－ｒｉｎｇ　ＰＡＨｓ　ｐｏｌｕｔｅｄ　ｓｏｉｌｓ　ｉｎ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａｓ，ａｎｄ
ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｏｎｅ　ｃｈｏｉｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｌｕｔｅｄ　ｓｏｉｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａｓ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ　ａｒｏｍａｔｉｃ　ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ（ＰＡＨｓ）；ｓｏｉｌ　ｉｎ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ；ａｗｎｌｅｓｓ　ｂｒｏｍｅ；ｓｔａｒｃｈ；
ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ
　　多环芳烃（Ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ　Ａｒｏｍａｔｉｃ　Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ，
ＰＡＨｓ）作 为 土 壤 中 一 类 持 久 性 有 机 污 染 物
（ＰＯＰｓ）［１］，其主要产生于人类活动中，特别是在能源
的使用过程中，如煤、石油等化石燃料等有机物的不
完全燃烧［２］。由于多环芳烃具有致癌、致畸和致突变
效应，而且还可以通过生物富集进入食物链，对环境
和人体危害较大［３］，而受到广泛关注。众所周知，煤
炭经开采、加工、储运等给ＰＡＨｓ的产生和存在提供了
便利条件，同样，焦化厂在装煤、出焦和运输等工艺过
程中也会产生大量的ＰＡＨｓ烟尘，其污染范围达２～
３ｋｍ甚至更大，从而使得煤矿区及焦化厂区成为典
型的多环芳烃污染场地［４－５］。
目前，生物修复因其成本低，无二次污染以及适于
大面积修复等优点，受到越来越多的关注，植物修复是
其中的一个主要形式［６］。修复植物主要包括如杨树、
柳树、松树、冰草、苜蓿、黑麦草和鹦鹉毛等４０多种植
物，其中草本植物修复效果优于木本植物而受到广泛
研究［７］。大量盆栽试验证实苜蓿、黑麦草、高羊茅作为
修复植物对长期污染自然土壤中ＰＡＨｓ修复效果较
好，有研究对比了几种不同草本植物的修复效果，结果
显示多环芳烃总量消减率范围达３６．００％～４８．４０％
（但ＣＫ处理下降解率达２５．６４％），其中种植苜蓿、黑
麦草处理降解效果较好。然而，对于４环及４环以上
的高环ＰＡＨｓ去除效果表现较差［８］。无芒雀麦作为
须根系的单子叶植物，根系精细，覆盖面积大，且根际
微生物丰富［９］。在本课题组前期试验中，无芒雀麦对
污泥与土壤组合处理中ＰＡＨｓ有较高的修复效果，
尤其是对高环芳烃去除效果明显，是潜在的ＰＡＨｓ
修复植物［１０］。
淀粉作为外加碳源除强化微生物活性外，也可作
为表面活性剂［１１］。有研究报道外加碳源对ＰＡＨｓ具
有激发和调控的功能［１２］，其主要通过刺激微生物降
解ＰＡＨｓ，且降解率随着碳源的施用量增加而增
加［１３］。同时，已有研究证实向自然的污染土壤中单
独添加淀粉提高了土著微生物对污染土壤ＢａＰ的降
解［１１，１３］。
目前，国内外对植物修复多环芳烃污染土壤的强
化方法，主要集中在投加具有降解功能的微生物菌
剂、使用鼠李糖脂等生物表面活性剂以及化学表面活
性剂等措施［１４］，利用淀粉为外加碳源联合植物修复
多环芳烃长期污染煤矿区农田土壤鲜有报道。本研
究以土壤中１６种多环芳烃为研究对象，重点分析了
单独添加淀粉修复作用及淀粉联合无芒雀麦对修复
煤矿区ＰＡＨｓ长期污染农田土壤效果的影响，并试
图阐明影响其降解效果的原因，以期为治理煤矿区农
田土壤多环芳烃提供理论依据和技术支撑。
１　材料与方法
１．１　供试材料
供试土壤采自河北省某煤矿区域内ＰＡＨｓ长期
污染的农田土壤。采集该区农田表层污染土壤（０—
１０ｃｍ），布袋封装，带回实验室，进行自然避光风干，
研磨，过１ｍｍ筛，混合均匀后，在４℃冰箱内保藏备
用。土壤类型为褐土，其基本理化性质为：ｐＨ　７．４６，
速效钾含量２７．１３ｍｇ／ｋｇ，速效磷含量６０．４７ｍｇ／
ｋｇ，有机质含量３９．４９ｇ／ｋｇ，全氮含量０．２１ｇ／ｋｇ，全
磷含量０．４６３ｇ／ｋｇ。供试土壤的１６种ＰＡＨｓ起始
含量为４．００ｍｇ／ｋｇ（用符号ＣＫ０表达）。
供试植物为无芒雀麦种子，购于北京正道生态科
技有限公司。
供试淀粉为可溶性淀粉，采购于保定万科试剂有
限公司。分子式为Ｃ１２Ｈ２２Ｏ１１，溶于热水，纯度≥９８％。
有机试剂：丙酮、二氯甲烷、氘代三联苯（替代
物）、４溴－２氟联苯（替代物）、氘代苝（内标物质）等
均购于北京百灵威试剂公司。
１．２　试验设计
无芒雀麦培苗：无芒雀麦种子经３％过氧化氢溶
液消毒２０ｍｉｎ，用蒸馏水洗净后浸泡于烧杯中１６ｈ，
在培养皿上放入吸足水的滤纸，将浸泡后的种子平摊
０９２ 水土保持学报　　　 　　 第３０卷
在滤纸上，并覆盖一张滤纸，放入恒温培养箱中培苗。
盆栽试验设计：将在煤矿区采集的农田污染土壤
（不需要灭菌处理）进行盆栽试验，每盆钵尺寸（盆口直
径×盆高）１５ｃｍ×１０ｃｍ，装污染土壤１．２５ｋｇ／盆，总计
１８盆。按照表１处理将无芒雀麦幼苗定量移栽至盆钵
中，生长１５ｄ后，定苗３株／盆。盆栽试验于河北农业
大学光照温室进行，室温度控制在白天２５℃，夜晚
１７℃，保持土壤田间持水量６０％，待无芒雀麦生长至
２个月，按照表１处理添加不同剂量淀粉，试验共设６
个处理，每个处理３个重复。无芒雀麦生长５个月后
收获土壤样品和植物样品。
表１　盆栽试验方案设计
编号 处理
淀粉浓度／
（ｇ·ｋｇ－１）
植物
１ ＣＫ　 ０．００ 无植物
２ Ｄ１　 ０．２５ 无植物
３ Ｄ２　 １．００ 无植物
４ Ｗ ０．００ 无芒雀麦
５ Ｄ１＋Ｗ　 ０．２５ 无芒雀麦
６ Ｄ２＋Ｗ　 １．００ 无芒雀麦
１．３　测定项目与方法
１．３．１　土壤ＰＡＨｓ的提取与测定　测定项目：１６种
ＰＡＨｓ，包括 Ｎａｐｈ、Ａｃｙ、Ａｃｅ、Ｆｌｕ、Ｐｈｅ、Ａｎｔｈ、Ｆｌｔ、
Ｐｙｒ、ＢａＡ、Ｃｈｒｙ、ＢｂＦ、ＢｋＦ、ＢａＰ、ＤｂＡ、ＢｇｈｉＰ和ＩｎＰ。
土壤ＰＡＨｓ的测定方法：采用索式提取法提取，
经过干燥、浓缩、净化、再次浓缩定容，通过气相色
谱—质谱法［ＧＣ－ＭＳ（Ａｇｌｉｅｎｔ　７８９０／５９７５ｃ）］测定
样品。
ＧＣ—ＭＳ程序升温方法：起始温度为８０℃，保持２
ｍｉｎ；以１０℃／ｍｉｎ上升到１４０℃，保持３ｍｉｎ；再以１０
℃／ｍｉｎ上升到２１０℃保持３ｍｉｎ；最后以５℃／ｍｉｎ上
升到２９０℃保持３ｍｉｎ。进样口温度为２８０℃，进样
量为１μｌ，不分流进样，流速为１．１ｍｌ／ｍｉｎ，离子源温
度２３０℃，四极杆温度１５０℃［１５－１７］。
每批次提取装置中均设置至少２０％的随机重复
样品；替代物回收率，氘代三联苯与４－溴－２氟联苯
２种替代物质最后回收率控制在７０％～１３０％［１５］。
１．３．２　土壤酶活性测定　土壤多酚氧化酶活性采用
碘量滴定法测定，并以用于滴定相当于１ｇ土壤滤液所
消耗的０．００５ｍｏｌ／Ｌ　Ｉ２ 的毫升数表示（ｍｌ）；过氧化氢
酶活性测定采用高猛酸钾滴定法，以２０ｍｉｎ后１ｇ土壤
的０．０５ｍｏｌ／Ｌ高锰酸钾的毫升数（ｍｌ）表示；抗坏血酸氧
化酶活性测定采用２，６—二氯酚靛酚滴定法，以１ｈ后
１００ｇ土壤中脱氢抗坏血酸的毫克数表示（ｍｇ）［１８］。
１．４　数据处理
土壤ＰＡＨｓ去除率（Ｒ）＝（ＣＫ０－Ｃｔ）／ＣＫ０×
１００％。式中：ＣＫ０为土壤中ＰＡＨｓ起始值；Ｃｔ为不
同处理土壤中ＰＡＨｓ残留含量。
试验数据采用Ｅｘｃｅｌ和ＳＰＳＳ　１７．０软件进行统
计分析。不同处理间的差异性分析通过单因素方差
ＡＮＯＶＡ检验（ＬＳＤ检验）。
２　结果与分析
２．１　添加淀粉对长期污染土壤ＰＡＨｓ含量的影响
在ＰＡＨｓ长期污染土壤中添加淀粉培养３个月
后，土壤中１６种ＰＡＨｓ总量及不同环数含量变化见图
１。与土壤ＰＡＨｓ起始值ＣＫ０进行对比发现，对照
ＣＫ、淀粉添加量Ｄ１和Ｄ２处理土壤中１６种ＰＡＨｓ总
量及不同环数含量均有不同程度的下降。对照组ＣＫ
处理土壤中１６种ＰＡＨｓ总量的降解率为１１．１２％。
说明土著微生物对土壤多环芳烃具有一定的自净作
用。添加淀粉 Ｄ１处理中１６种ＰＡＨｓ总量由起始
含量减少到了３　３３０．６０μｇ／ｋｇ，降解率达１６．８２％，
比对照ＣＫ提高了５１．２６％；添加淀粉Ｄ２处理中土
壤１６ＰＡＨｓ总量减少为３　２４０．８３μｇ／ｋｇ，降解率为
１９．０６％，比ＣＫ处理提高了７１．４０％。
分析ＰＡＨｓ不同环数降解率发现（图４），２～３
环ＰＡＨｓ的降解率在不同处理下无显著差异（Ｐ＞
０．０５）；４环ＰＡＨｓ降解率大小顺次为Ｄ１≈Ｄ２＞ＣＫ，
Ｄ１处理达最大值，降解率为１４．４４％，比ＣＫ处理提
高了５７．１９％；５环ＰＡＨｓ降解率大小顺次为Ｄ２≈
Ｄ１＞ＣＫ，Ｄ２处理达最大值，降解率为３０．１２％，比
ＣＫ处理提高了３０．２６％；６环ＰＡＨｓ降解率大小顺
次为Ｄ２＞Ｄ１＞ＣＫ（Ｐ＜０．５），Ｄ２处理的降解率为
３７．０５％，比ＣＫ处理提高了２４１．０１％，且为Ｄ１处理
的１．７７倍，充分说明了添加淀粉可显著地促进土著
微生物对煤矿区长期污染农田土壤ＰＡＨｓ的降解，
其中，对６环ＰＡＨｓ的降解增效尤为突出。
图１　添加不同剂量淀粉对污染老化土壤多环芳烃含量的影响
２．２　添加淀粉与种植无芒雀麦组合对长期污染土壤
ＰＡＨｓ含量的影响
在ＰＡＨｓ长期污染土壤中添加淀粉并种植无芒雀
麦５个月后，土壤中１６种ＰＡＨｓ总量及不同环数含量
变化规律见图２。从图２可以看出，Ｄ１＋Ｗ组合处理土
壤中ＰＡＨｓ总量由起始值减少为２　９５２．８４μｇ／ｋｇ，呈现
出了显著下降的趋势，其降解率为２６．２６％，比对照ＣＫ
１９２第２期 　　　 　　石维等：淀粉对无芒雀麦修复煤矿区多环芳烃长期污染土壤的影响
处理、Ｄ１单一处理以及种植无芒雀麦单一处理（Ｗ）具有
不同程度的提高，分别提高了１３６．１７％，５６．０８％和
１４．７０％。从ＰＡＨｓ不同环数来看，Ｄ１＋Ｗ组合处理下
５环和６环ＰＡＨｓ含量由起始值减少为２１８．４２μｇ／ｋｇ
和３０７．９３μｇ／ｋｇ，降低显著，其降解率分别为４５．４１％和
５４．７４％。与对照ＣＫ、Ｄ１单一处理和种植无芒雀麦单一
处理（Ｗ）相比，５环ＰＡＨｓ分别提高了９６．４２％，６６．５３％
和１９．０６％，６环ＰＡＨｓ分别提高了４０３．１８％，１６１．８６％
和３８．６８％。２～３，４环ＰＡＨｓ含量在Ｄ１＋Ｗ 组合
处理下与Ｄ１单一处理以及种植无芒雀麦单一处理
（Ｗ）无显著差异性。
由图３可知，Ｄ２＋Ｗ组合处理土壤中ＰＡＨｓ总量
由起始值减少为２　８６７．５８μｇ／ｋｇ，降解率达２８．３９％，比
对照ＣＫ处理、Ｄ２单一处理以及种植无芒雀麦单一
处理（Ｗ）同样具有不同程度的提高，分别提高了
１５５．３２％，４８．８９％和２４．０１％。从ＰＡＨｓ不同环数
来看，Ｄ２＋Ｗ 组合处理下５环和６环ＰＡＨｓ含量由
起始值减少为２０５．５３μｇ／ｋｇ和２８３．５２μｇ／ｋｇ，降低
显著，其降解率分别为４８．６３％和５８．３２％。与对照
ＣＫ、Ｄ２单一处理和种植无芒雀麦单一处理（Ｗ）
相比，５环ＰＡＨｓ分别提高了１１０．３６％，６１．４９％和
２７．５０％，６环ＰＡＨｓ分别提高了４３６．８２％，５７．４２％
和４７．７７％。２～３，４环ＰＡＨｓ含量在Ｄ２＋Ｗ 组合
处理下与Ｄ１单一处理以及种植无芒雀麦单一处理
（Ｗ）无显著差异性。
比较不同处理对ＰＡＨｓ各环数的降解差异可知
（图４），不同处理对２～３环ＰＡＨｓ的降解大小顺次为
Ｄ２＋Ｗ≈Ｗ＞Ｄ１＋Ｗ≈Ｄ２≈Ｄ１≈ＣＫ，Ｄ２＋Ｗ的降解
率最高，为２２．３２％，比ＣＫ处理增加了９７．５２％；４环
ＰＡＨｓ降解率在淀粉、植物不同组合间无显著差异，且
均显著高于ＣＫ处理（Ｐ＜０．０５），Ｄ２＋Ｗ的降解率最
高，为１７．９３％，比ＣＫ处理增加了９５．１３％；５环ＰＡＨｓ
降解率规律表现为Ｄ２＋Ｗ≈Ｄ１＋Ｗ＞Ｗ＞Ｄ２＞Ｄ１≈
ＣＫ，５环降解率在 Ｄ２＋Ｗ 处理下达最大值，为
４８．６３％，比ＣＫ处理增加了１１０．３６％；６环ＰＡＨｓ降解
率规律表现为：Ｄ２＋Ｗ≈Ｄ１＋Ｗ＞Ｗ≈Ｄ２≈Ｄ１＞ＣＫ，
６环降解率在Ｄ２＋Ｗ处理下达最大值，为５８．３２％，比
ＣＫ处理增加了４３６．８２％。由此可见，淀粉与无芒雀
麦不同处理对去除ＰＡＨｓ不同环数的效果影响差异较
大，尤其是种植无芒雀麦与添加淀粉组合处理下对５
环和６环ＰＡＨｓ的修复效果提升最为明显。
２．３　与ＰＡＨｓ降解相关的土壤酶活性变化规律
不同处理下的土壤酶活性测定结果见表２。从
表２可知，淀粉、无芒雀麦单一处理及其组合下的土
壤过氧化氢酶活性差异并不明显，但均显著高于对照
ＣＫ处理；多酚氧化酶活性在Ｄ１＋Ｗ、Ｄ２＋Ｗ组合处
理之间差异不明显，却显著高于淀粉单一处理和种植
无芒雀麦单一处理以及对照处理，且种植无芒雀麦处
理显著高于淀粉单一处理以及对照处理。这一结果
充分反映出了无芒雀麦对多酚氧化酶活性有激活作
用，以及与淀粉组合进一步提升了该酶活性，这与上
述的在Ｄ１＋Ｗ 与Ｄ２＋Ｗ 组合下的５，６环ＰＡＨｓ降
解率达最高相一致。
图２　添加定粉Ｄ１与无芒雀麦组合对长期污染
土壤ＰＡＨｓ含量的影响　　　　　
图３　添加淀分Ｄ２与无芒雀麦组合对长期污染
土壤ＰＡＨｓ含量的影响　　　　　
图４　不同处理对土壤ＰＡＨｓ各环数降解率的影响
　表２　不同处理下土壤酶活性的测定 ｍｌ／ｇ
处理 过氧化氢酶 多酚氧化酶 抗坏血酸氧化酶
ＣＫ　 ２．３３±０．２３ａ １．２５±０．０１ａ ０．２７±０．０３ａ
Ｄ１　 ２．８７±０．２５ｂ １．１５±０．０２ａ ０．２９±０．０４ａ
Ｄ２　 ２．８１±０．１５ｂ １．２９±０．０８ａｂ　 ０．３０±０．０２ａｂ
Ｗ　 ３．４２±０．２９ｂ １．３５±０．０１ｂ ０．３０±０．０３ａｂ
Ｄ１＋Ｗ　 ３．０７±０．０５ａｂ　 １．４９±０．０６ｃ ０．３４±０．０２ｂ
Ｄ２＋Ｗ　 ３．４２±０．４１ｂ １．５３±０．０３ｃ ０．３１±０．０２ａｂ
　　注：表中数值为平均值±标准差，ｎ＝３；同列数据字母不同，表示
差异显著（Ｐ＜０．０５）。
２９２ 水土保持学报　　　 　　 第３０卷
３　讨 论
本研究结果证实，添加淀粉单一处理显著促进了
土著微生物对煤矿区长期污染农田土壤ＰＡＨｓ的降
解，尤其对６环ＰＡＨｓ的降解增效最为突出，比ＣＫ
处理提高了２４１．０１％。以往的研究已证实，添加Ｃ
源可改善土壤微生物的营养条件，促进其生长繁
殖［１３］。污染老化农田土壤添加Ｃ　１．０ｇ／ｋｇ淀粉后，
土壤中细菌数量增加近１倍，真菌数量增加了约３
倍，放线菌增加约１～２倍［１１］。微生物数量及其结构
的改变可能是淀粉促进老化污染土壤ＰＡＨｓ降解的
重要因素之一。另外，过氧化氢酶可以加速土壤中过
氧化氢分解为水和氧气，从而阻止过氧化氢对土壤微
生物的毒害作用［１９］。而本研究恰好证明了添加淀粉
能明显提高土壤过氧化氢酶活性，这一效果可能减轻
了毒害影响，进而提升了微生物的降解功能。有趣的
是本研究添加淀粉使土壤６环ＰＡＨｓ的去除效果显
著增加，其它研究尚未揭示过该种现象。这可能与添
加淀粉改变的土壤微生物功能菌群有关，也说明农田
土壤中确实存在着降解高环芳烃的土著微生物种类，
其相关机理有待于进一步深入研究。
与对照ＣＫ、淀粉和种植无芒雀麦单一处理（Ｗ）
相比，种植无芒雀麦与添加淀粉组合在Ｄ２＋Ｗ 处理
下对５，６环ＰＡＨｓ的修复效果提升最为明显，５环
ＰＡＨｓ分别提高了１１０．３６％，６１．４９％和２７．５０％，６
环ＰＡＨｓ分别提高了４３６．８２％，５７．４２％和４７．７７％，
而对其它环的提高并不明显。这一结果可能说明了
在淀粉与植物根际分泌物的共同作用下显著促进了
土壤中功能菌群的活性和数量。有学者研究证
明［２０－２１］，鼠李糖脂通过本身含有丰富的养分因子和有
机质直接有效刺激了土壤微生物数量的增加以及促
进了植物的生长。尽管有效提高了苜蓿对ＰＡＨｓ污
染土壤的修复，但对高环芳烃去除效果较差，与本研
究结果存在明显差异。这可能与不同污染场地的土
壤异质性、高环芳烃含量以及污染土壤土著微生物种
类差异性有关。另外，本试验发现，种植无芒雀麦和
添加淀粉组合与单一处理及对照相比显著提高了土
壤多酚氧化酶的活性。这与Ｄ１＋Ｗ 与Ｄ２＋Ｗ 组合
下的５，６环ＰＡＨｓ降解率达最高相一致。可以推测
多酚氧化酶在淀粉与无芒雀麦组合修复煤矿区长期
污染土壤ＰＡＨｓ中起着重要的作用。也有学者已经
表明，植物根系增强了土壤中多酚氧化酶活性，其植
物对苯并［ａ］芘的降解率随之增加［２２－２３］。然而，种植
无芒雀麦和添加淀粉组合提高５，６环ＰＡＨｓ降解能
力的作用机理有待于进一步探索。
４　结 论
（１）添加淀粉单一处理显著促进了土著微生物对煤
矿区老化污染农田土壤ＰＡＨｓ的降解，对６环ＰＡＨｓ的
降解增效尤为突出，比ＣＫ处理提高了２４１．０１％。
（２）与对照ＣＫ、淀粉和种植无芒雀麦单一处理
（Ｗ）相比，种植无芒雀麦与添加淀粉组合处理对５，６
环ＰＡＨｓ的修复效果提升最为明显，５，６环降解率
在Ｄ２＋Ｗ 组合处理下达到最高，分别为４８．６３％和
５８．３２％，相比于ＣＫ、Ｄ、Ｗ 单一处理，５环ＰＡＨｓ分
别提高了１１０．３６％，６１．４９％和２７．５０％，６环ＰＡＨｓ
分别提高了４３６．８２％，５７．４２％和４７．７７％。
（３）无芒雀麦对多酚氧化酶活性有明显的激活作
用，且与淀粉组合进一步显著提升了该酶的活性。这
与在Ｄ１＋Ｗ与Ｄ２＋Ｗ 组合下的５，６环ＰＡＨｓ降解
率达最高相一致。
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３９２第２期 　　　 　　石维等：淀粉对无芒雀麦修复煤矿区多环芳烃长期污染土壤的影响
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