園林植物根系對苯并芘土壤的修復作用研究

摘 要：土壤是一切植物生長的根源，一旦被苯并芘污染將會產生嚴重影響，以此為改善土壤質量，本次通過實驗研究園林植物根系對苯并芘土壤的修復作用，研究過程包括實驗材料準備、實驗方法分析、B]P濃度檢測、修復結果分析等4部分，結果表明：園林植物根系能夠吸附土壤中的B]P，降低土壤中B]P含量，改善土壤質量。

關鍵詞：園林植物根系;苯并芘;土壤的修復

中圖分類號：S688

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190715069

引言

在自然界中存在很多有毒物質，若不加以處理會對人體產生危害。多環芳烴（PAHs）是眾多有毒物質中一類普遍存在于環境中的有毒有機污染物，具有致癌作用。多環芳烴由16種有害物質組成，其中苯并芘就是其中的典型代表。苯并芘易溶于水，因此會隨著自然界中水循環深入到土壤中，污染土壤質量，且該污染物質一旦進入土壤中，就很難通過土壤自身的修復能力進行降解，影響了周圍園林植物的正常生長。在此背景下，為解決苯并芘土壤帶來的危害，相關專家研究了很多降解方法，經過對比發現，植物起到的作用最為明顯，因為植物根系不但可以增加微生物降解菌的數量，還可以為微生物代謝提供基質底物[1]。此外，利用園林植物根系進行苯并芘土壤修復，成本低，還能美化環境。基于上述描述，本次通過實驗研究園林植物根系對苯并芘土壤的修復作用，以期為解決苯并芘土壤污染問題提供科學參考，改善土壤質量，促進園林建設。

1 實驗材料準備

1.1 實驗土壤

實驗土壤選自中國科學院南京土壤研究所。土壤經過風干步驟后，正常室溫下保存于封閉的實驗器皿當中。實驗土壤的理化性質參數如下表1所示。

1.2 實驗園林植物

實驗園林植物選用園林建設中常見的5種植物：黑麥草、蘇丹草、白三葉、地毯草以及細羊茅。以上5種植物均由某園林提供[2]。

1.3 實驗試劑與儀器

1.3.1 實驗試劑

美國Sigma 公司生產的苯并芘B]P （Benzopyrene），其純度在96%以上;選用南京邦諾生物科技有限公司生產的Na2SO4和CH2Cl2;西安卓鑫化工原料有限公司生產的二氯甲烷;天津市瑞明威化工有限公司提供的環己烷溶液[3]。

1.3.2 實驗儀器

張家港市保德興超聲設備有限公司生產的KQ-300DE數控超聲波清洗器;杭州博研儀器設備有限公司生產的RM-3旋轉濃縮蒸發器;湖南星科科學儀器有限公司生產的臺式高速冷凍離心機;美國Agilent科技有限公司生產的Waters600高效液相色譜儀（HPLC）[4]。

2 實驗方法分析

所有實驗均在恒溫實驗室內進行，實驗周期為3個月。

實驗土壤處理：將實驗土壤利用干燥機進行干燥處理，去除其中的水分，然后利用3mm密篩將實驗土壤中較大顆粒篩選出去，接著將得到的土壤均勻分成5份，并放入實驗玻璃杯中，留待備用。

實驗材料制備：根據土壤中 B]P含量標準，土壤苯并芘污染一共分為4等，無污染、輕度污染、中度污染和重度污染，其中達到第3等級或3等級以上，也就是土壤中B]P含量超過 3mg/kg是需要修復的，所以本次實驗試劑首先需要通過純凈水對B]P進行溶解和稀釋，然后將稀釋后的B]P溶液分為5份，每份5ml，接著將B]P溶液分別倒入5份實驗土壤中，充分攪拌均勻，然后利用高效液相色譜儀測試每份土壤中B]P含量，確定每份實驗土壤中B]P含量誤差不會超過0.2mg/kg。檢測結束后，土壤需要放置一周，然后將其裝入5個適用園林植物生長的花盆中，再然后在盆中加去離子水，使實驗土壤含水量為田間持水量的 60%[5]。

以上一切準備好后，將5種實驗園林植物移栽到花盆當中，同時設置相同B]P濃度但不種園林植物的對照實驗。5種植物生長過程中，每隔15d對盆中B]P濃度進行檢測，觀察園林植物根系對苯并芘土壤的修復作用。

3 B]P濃度檢測

從5盆土壤中取出1.0g土壤進行風干，然后放入玻璃離心管當中，并加入2g的純Na2SO4，攪拌均勻，再然后加入10mL的CH2Cl2萃取液。結束后，將樣品放入KQ-300DE數控超聲波清洗器當中，35℃溫度下超聲萃取1h，再然后將萃取過的樣品移入臺式高速冷凍離心機中，以4000r/min-1的速度離心 5min。離心結束后，用滴管吸取5mL上清液放入茄形瓶中，在40℃ 溫度下利用RM-3旋轉濃縮蒸發器旋轉濃縮至干。上述步驟結束后，樣品中仍存在一些雜質，影響檢測質量，所以需要利用1：1二氯甲烷和環己烷溶液進行洗脫處理，處理時間為1h，結束后用高純氮氣吹干，并用甲醇定容到1.5mL，且經0.22μm微孔濾膜過濾，最后通過Waters600高效液相色譜儀（HPLC）進行B]P濃度檢測，其檢測過程如下：將上述處理好的5個樣本放入高效液相色譜儀的儲液器當中，然后利用高壓輸液泵將流動相打入儀器內部，樣本經過進樣器后，以流動相為載體進入色譜柱中，在色譜柱內對樣品中蘊含的B]P與其它物質進行分離，然后將分離的樣本送入檢測器內，進行B]P含量檢測，之后將檢測結果轉換為電信號傳送到記錄儀，最后數據以圖譜形式打印出來[6]。圖譜打印出來后，其結果并不能直觀的看出土壤中具體含有多少B]P，所以需要將圖譜轉化為具體濃度含量，轉換公式如下：

Y=（ρ·B）/（An·N·1000）（1）

公式中，Y為樣品中B]P的含量（mg·kg- 1）;ρ為標準溶液的濃度（mg/mL）;B為定容體積（mL）;An為標準溶液的峰面積相應值;N為樣品質量（g）。

4 修復結果分析

下表2為5個土壤樣品中B]P含量檢測結果。

從表2中可以看出，3個月后，白三葉對苯并芘土壤的修復作用最為突出，實驗土壤中B]P含量由3.5mg/kg降到了0.65mg/kg，其次為黑麥草，B]P含量降到了0.85mg/kg，接下來為細羊茅、蘇丹草和地毯草。由此說明園林植物根系能夠吸附土壤中的B]P，降低B]P濃度，改善土壤質量[7]。

5 結束語

綜上所述，B]P會污染土壤，降低土壤質量，從而經過生物循環對人體產生致癌作用，所以為降低苯并芘的影響，本次針對園林植物根系對苯并芘土壤的修復作用進行研究，研究表明，園林植物根系會極大吸附土壤中的B]P，對苯并芘土壤進行修復，改善土壤質量。

參考文獻

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[7] 毛健，楊代鳳， 劉騰飛，等. 多環芳烴污染土壤的菌群-植物聯合修復效應研究[J]. 環境與可持續發展， 2017， 42（4）：108-110.

作者簡介：

李軍（1976-），男，碩士，助教，研究方向：園林植物栽培。