植物修復多氯聯苯污染土壤的效果

蔡三山 李晶 王義勛 陳京元

摘要：多氯聯苯（Polychlorinated biphenyls，PCBs）是一類持久性有機污染物（POPs）。描述了利用植物刺槐（Robinia pseudoacacia）和西葫蘆（Cucurbita pepo ssp. pepo）修復受多氯聯苯Aroclor 1248污染的土壤，并用GC/MS測定修復效果。結果表明，植物種植18 d后，刺槐根際對多氯聯苯的總降解率為39.7%，西葫蘆根際對多氯聯苯的總吸收率為33.6%；植物種植35 d后刺槐根際對多氯聯苯的總降解率為58.1%，西葫蘆根際對多氯聯苯的總吸收率為40.9%。在利用植物修復土壤污染方面，刺槐的效果更好。

關鍵詞：多氯聯苯；土壤；植物修復；GC/MS

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）08-1783-03

多氯聯苯（Polychlorinated biphenyls，PCBs）是一類典型的持久性有機致癌物，能長期地存留于土壤環境中[1]。目前，主要的多氯聯苯污染土壤修復技術包括植物修復、微生物修復和物理化學修復等，其中，植物修復是一個比較活躍的研究領域。植物修復PCBs污染土壤主要有3種機制，一是植物直接吸收并在植物組織中積累、轉化和降解；二是植物根系釋放酶到土壤中，促進土壤中生物化學反應以催化加速其降解；三是植物和根際微生物的聯合作用，即植物根際效應[2]。這里對前人已經報道的修復多氯聯苯污染土壤的兩種植物（刺槐和西葫蘆）修復效果進行同樣條件下的比較研究[3，4]，以期對應用這兩種植物修復多氯聯苯污染土壤提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試土壤：清潔土壤采自湖北省九峰國家森林公園內有濃密植物生長的土壤次表層（5～10 cm），自然晾干，研成粉末狀，0.25 mm篩子過篩，混勻，待用[1]。供試植物：刺槐（Robinia pseudoacacia）種子購自湖北省林木種苗管理站；西葫蘆（Cucurbita pepo ssp. pepo）種子為山西太谷縣藝農種子有限公司生產。試劑：Aroclor 1248為美國AccuStandard公司產品。

1.2 方法

1.2.1 土壤的人工污染 將50 mg Aroclor 1248溶于300 mL丙酮中，用噴壺均勻噴霧于5 kg供試土壤中，混勻，放置1 h，即為人工污染土壤，以上操作均在通風櫥中完成[5]。

1.2.2 植物種植 取6個直徑15 cm的花缽，每個花缽中裝入0.625 kg人工污染的土壤，2盆用作對照，2盆種植已發芽的刺槐種子（每盆10粒種子），2盆種植已發芽的西葫蘆種子（每盆5粒種子）。

1.2.3 樣品的采集與處理 采集供試植物的根際土，自然晾干，用研缽研成粉末狀，0.25 mm篩子過篩，混勻，待測。準確稱取2.00 g樣品于50 mL離心管中，加入40 mL提取液（正己烷∶丙酮=1∶1），振蕩30 min，用布氏漏斗抽濾，以正己烷洗滌殘渣兩次（每次20 mL），濾液合并于分液漏斗中，以50 mL 20 g/L硫酸鈉水溶液洗滌，上層正己烷層經無水硫酸鈉收集至雞心瓶，旋轉蒸發至1 mL，加入0.5 mL 濃硫酸凈化，取上清液進氣相色譜質譜儀分析。

1.2.4 樣品的測定 Agilent公司5975氣相色譜質譜儀，配7683自動進樣器，色譜柱為DB-5 MS，30 m×0.25 mm×0.25 μm。①氣相色譜條件。載氣：氦氣；柱流速：1 mL/min；進樣口溫度：250 ℃，脈沖無分流進樣1 μL；柱溫程序：初始溫度120 ℃保持1 min，以3 ℃/min的速率升溫至220 ℃，再以6 ℃/min的速率升溫至280 ℃，保持5 min。②質譜條件。色譜-質譜接口溫度：280 ℃；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度150 ℃；離子化方式：EI；電子能量：70 eV；質譜檢測方式：選擇離子監測（三氯聯苯：離子256；四氯聯苯：離子292；五氯聯苯：離子326；六氯聯苯：離子360）。

1.3 圖譜與數據處理

采用Agilent公司5975氣相色譜質譜儀自帶軟件GC MSD Data Analysis進行GC/MS圖譜處理，采用外標法進行定量，并利用Excel 2003進行數據的統計與分析。

2 結果與分析

對土壤進行GC/MS測定的結果（表1）表明，種植18 d后刺槐根際對多氯聯苯的降解率為36.5%～40.3%，平均降解率為39.7%；西葫蘆根際對多氯聯苯的吸收率為32.1%～36.4%，平均吸收率為33.6%。種植35d后刺槐根際對多氯聯苯的降解率為53.3%～59.3%，平均降解率為58.1%；西葫蘆根際對多氯聯苯的吸收率為38.2%～45.5%，平均吸收率為40.9%。說明在同等種植條件下，刺槐對土壤中多氯聯苯的降解率比西葫蘆的吸收率要高。圖1顯示了種植植物35 d后土壤中四氯聯苯的含量。從圖1可以看出，在同樣條件下，種植不同植物土壤的四氯聯苯響應值大小為對照>西葫蘆>刺槐，表明土壤中四氯聯苯的降解或吸收率大小是刺槐>西葫蘆>對照，這與表1中所顯示的結果是一致的。

3 結論與討論

按Aroclor 1248的添加量計算，所得人工污染土壤的Aroclor 1248的含量應該是10 μg/g，但利用GC/MS測得的值為3～4 μg/g，出現差距的原因有：用的溶劑是丙酮，可能部分Aroclor 1248在噴霧過程中隨丙酮揮發了；從土壤中提取Aroclor 1248后，土壤仍然存在部分Aroclor 1248未提取出來。

Demnerova等[3]發現刺槐能夠刺激其根際的PCBs降解菌大幅度增加，這也是目前普遍認為的刺槐促進根際降解PCBs的機制。Berger等[6]首次證明西葫蘆是通過根部的水通道蛋白來吸收土壤中的多氯聯苯；Greenwood等[4]證明多氯聯苯在西葫蘆植株體內的轉運是通過維管束液。從前人的研究可以看出，刺槐對多氯聯苯污染土壤的修復是根際修復（Rhizoremdiation），而西葫蘆對多氯聯苯污染土壤的修復則是植物抽提（Phytoextraction）。

試驗再次證明了刺槐和西葫蘆具有修復多氯聯苯污染土壤的功能，而且通過對這兩種植物修復Arolor 1248污染土壤的時間動態研究，表明刺槐的修復效果比西葫蘆要好。

參考文獻：

[1] 劉有勢，馬滿英，施 周.生物表面活性劑鼠李糖脂對PCBs污染土壤的修復作用研究[J]. 生態環境學報，2012，21（3）：559-563.

[2] 梁 芳.多氯聯苯污染土壤生物修復研究[D]. 杭州：浙江大學，2011.

[3] DEMNEROVA K， STIBOROVA H， LEIGH M B， et al. Bacteria degrading PCBs and CBs isolated from long-term PCB contaminated soil[J]. Water， Air， and Soil Pollution： Focus， 2003，3：47-55.

[4] GREENWOOD S J， RUTTER A， ZEEB B A. The absorption and translocation of polychlorinated biphenyl congeners by Cucurbita pepo ssp. pepo[J]. Environ Sci Technol，2011，45：6511-6516.

[5] FAVA F， DI GIOIA D. Soya lecithin effects on the aerobic biodegradation of polychlorinated biphenyls in an artificially contaminated soil[J]. Biotechnology and Bioengineering，2001，72（2）：177-184.

[6] BERGER W A，MATTINA M I，WHITE J C. Effect of hydrogen peroxide on the uptake of chlordane by Cucurbita pepo[J]. Plant and Soil，2012，360（1-2）：135-144.