植物修复多氯联苯污染土壤的效果

摘要：多氯联苯（Polychlorinated biphenyls，PCBs）是一类持久性有机污染物（POPs）。描述了利用植物刺槐（Robinia pseudoacacia）和西葫芦（Cucurbita pepo ssp. pepo）修复受多氯联苯Aroclor 1248污染的土壤，并用GC/MS测定修复效果。结果表明，植物种植18 d后，刺槐根际对多氯联苯的总降解率为39.7%，西葫芦根际对多氯联苯的总吸收率为33.6%；植物种植35 d后刺槐根际对多氯联苯的总降解率为58.1%，西葫芦根际对多氯联苯的总吸收率为40.9%。在利用植物修复土壤污染方面，刺槐的效果更好。

关键词：多氯联苯；土壤；植物修复；GC/MS

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）08-1783-03

多氯联苯（Polychlorinated biphenyls，PCBs）是一类典型的持久性有机致癌物，能长期地存留于土壤环境中[1]。目前，主要的多氯联苯污染土壤修复技术包括植物修复、微生物修复和物理化学修复等，其中，植物修复是一个比较活跃的研究领域。植物修复PCBs污染土壤主要有3种机制，一是植物直接吸收并在植物组织中积累、转化和降解；二是植物根系释放酶到土壤中，促进土壤中生物化学反应以催化加速其降解；三是植物和根际微生物的联合作用，即植物根际效应[2]。这里对前人已经报道的修复多氯联苯污染土壤的两种植物（刺槐和西葫芦）修复效果进行同样条件下的比较研究[3，4]，以期对应用这两种植物修复多氯联苯污染土壤提供一些参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试土壤：清洁土壤采自湖北省九峰国家森林公园内有浓密植物生长的土壤次表层（5～10 cm），自然晾干，研成粉末状，0.25 mm筛子过筛，混匀，待用[1]。供试植物：刺槐（Robinia pseudoacacia）种子购自湖北省林木种苗管理站；西葫芦（Cucurbita pepo ssp. pepo）种子为山西太谷县艺农种子有限公司生产。试剂：Aroclor 1248为美国AccuStandard公司产品。

1.2 方法

1.2.1 土壤的人工污染 将50 mg Aroclor 1248溶于300 mL丙酮中，用喷壶均匀喷雾于5 kg供试土壤中，混匀，放置1 h，即为人工污染土壤，以上操作均在通风橱中完成[5]。

1.2.2 植物种植 取6个直径15 cm的花钵，每个花钵中装入0.625 kg人工污染的土壤，2盆用作对照，2盆种植已发芽的刺槐种子（每盆10粒种子），2盆种植已发芽的西葫芦种子（每盆5粒种子）。

1.2.3 样品的采集与处理 采集供试植物的根际土，自然晾干，用研钵研成粉末状，0.25 mm筛子过筛，混匀，待测。准确称取2.00 g样品于50 mL离心管中，加入40 mL提取液（正己烷∶丙酮=1∶1），振荡30 min，用布氏漏斗抽滤，以正己烷洗涤残渣两次（每次20 mL），滤液合并于分液漏斗中，以50 mL 20 g/L硫酸钠水溶液洗涤，上层正己烷层经无水硫酸钠收集至鸡心瓶，旋转蒸发至1 mL，加入0.5 mL 浓硫酸净化，取上清液进气相色谱质谱仪分析。

1.2.4 样品的测定 Agilent公司5975气相色谱质谱仪，配7683自动进样器，色谱柱为DB-5 MS，30 m×0.25 mm×0.25 μm。①气相色谱条件。载气：氦气；柱流速：1 mL/min；进样口温度：250 ℃，脉冲无分流进样1 μL；柱温程序：初始温度120 ℃保持1 min，以3 ℃/min的速率升温至220 ℃，再以6 ℃/min的速率升温至280 ℃，保持5 min。②质谱条件。色谱-质谱接口温度：280 ℃；离子源温度：230 ℃；四极杆温度150 ℃；离子化方式：EI；电子能量：70 eV；质谱检测方式：选择离子监测（三氯联苯：离子256；四氯联苯：离子292；五氯联苯：离子326；六氯联苯：离子360）。

1.3 图谱与数据处理

采用Agilent公司5975气相色谱质谱仪自带软件GC MSD Data Analysis进行GC/MS图谱处理，采用外标法进行定量，并利用Excel 2003进行数据的统计与分析。

2 结果与分析

对土壤进行GC/MS测定的结果（表1）表明，种植18 d后刺槐根际对多氯联苯的降解率为36.5%～40.3%，平均降解率为39.7%；西葫芦根际对多氯联苯的吸收率为32.1%～36.4%，平均吸收率为33.6%。种植35d后刺槐根际对多氯联苯的降解率为53.3%～59.3%，平均降解率为58.1%；西葫芦根际对多氯联苯的吸收率为38.2%～45.5%，平均吸收率为40.9%。说明在同等种植条件下，刺槐对土壤中多氯联苯的降解率比西葫芦的吸收率要高。图1显示了种植植物35 d后土壤中四氯联苯的含量。从图1可以看出，在同样条件下，种植不同植物土壤的四氯联苯响应值大小为对照>西葫芦>刺槐，表明土壤中四氯联苯的降解或吸收率大小是刺槐>西葫芦>对照，这与表1中所显示的结果是一致的。

3 结论与讨论

按Aroclor 1248的添加量计算，所得人工污染土壤的Aroclor 1248的含量应该是10 μg/g，但利用GC/MS测得的值为3～4 μg/g，出现差距的原因有：用的溶剂是丙酮，可能部分Aroclor 1248在喷雾过程中随丙酮挥发了；从土壤中提取Aroclor 1248后，土壤仍然存在部分Aroclor 1248未提取出来。

Demnerova等[3]发现刺槐能够刺激其根际的PCBs降解菌大幅度增加，这也是目前普遍认为的刺槐促进根际降解PCBs的机制。Berger等[6]首次证明西葫芦是通过根部的水通道蛋白来吸收土壤中的多氯联苯；Greenwood等[4]证明多氯联苯在西葫芦植株体内的转运是通过维管束液。从前人的研究可以看出，刺槐对多氯联苯污染土壤的修复是根际修复（Rhizoremdiation），而西葫芦对多氯联苯污染土壤的修复则是植物抽提（Phytoextraction）。

试验再次证明了刺槐和西葫芦具有修复多氯联苯污染土壤的功能，而且通过对这两种植物修复Arolor 1248污染土壤的时间动态研究，表明刺槐的修复效果比西葫芦要好。

参考文献：

[1] 刘有势，马满英，施 周.生物表面活性剂鼠李糖脂对PCBs污染土壤的修复作用研究[J]. 生态环境学报，2012，21（3）：559-563.

[2] 梁 芳.多氯联苯污染土壤生物修复研究[D]. 杭州：浙江大学，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.