高羊茅對殺螺劑中五氯酚富集能力研究

彭 熙，趙高峰，鐵柏清

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.中國水利水電科學(xué)研究院水環(huán)境研究所，北京 100038）

洞庭湖是我國第二大淡水湖，位于長江中游，湘、資、沅、澧四水由南面、西面匯入其中，湖水經(jīng)由其東北面的岳陽城陵磯注入長江，面積約為4 040 km2。湖內(nèi)物種資源豐富，如經(jīng)濟魚種(青、草、鰱、鳙等)、貝類(約有40種)，還有許多珍稀魚類，如：有著活化石之稱的中華鱘，還有鰣魚、鰻魚等。此外，還是商品糧、棉花、油菜、茶葉、苧麻和湘蓮生產(chǎn)基地。然而在改革開放不斷深入的背景下，洞庭湖區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展模式在為其創(chuàng)造經(jīng) 濟成果時，也對環(huán)境產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響，其中，五氯酚及其鈉鹽(PCP)由于其能滅殺血吸蟲中間宿主—釘螺，20世紀(jì)50年代開始作為殺螺劑被廣泛在長江中下游10多個省市(湖南，湖北，江西等)使用，尤其是在洞庭湖區(qū)，約1.5萬平方公里的稻田、池塘和灘涂持續(xù)使用了幾十年[1]，PCP已成為了洞庭湖區(qū)的主要有機污染物之一。由于PCP的長殘留特性和毒性，PCP被包括我國在內(nèi)的許多國家列為環(huán)境優(yōu)先監(jiān)測污染物之一[2]。

張兵等[3]人通過對洞庭湖湖水、底泥以及生長在不同深度的幾種典型的淡水經(jīng)濟魚類進(jìn)行采樣分析，對比其五氯酚的含量，發(fā)現(xiàn)了魚體和底泥中的五氯酚含量遠(yuǎn)大于其在湖水中的含量，得出了魚體和底泥對五氯酚具有富集作用的結(jié)論。20世紀(jì)90年代鄭星泉等人的調(diào)查顯示[4]，全國血吸蟲病流行區(qū)五氯酚在底泥中的含量的中位數(shù)是4.62 ng/g，而洞庭湖底泥中的五氯酚含量比其高出其幾十至上千倍，這說明洞庭湖區(qū)底泥中五氯酚的污染水平遠(yuǎn)高于國內(nèi)其他地區(qū)。由此可以看出，對PCP環(huán)境行為和修復(fù)治理的研究已經(jīng)迫在眉睫。

高羊茅(Testuca arundinacea) 為禾本科地被植物，其優(yōu)點是耐踐踏，抗逆性強，在長江中下游地區(qū)，尤其是洞庭湖區(qū)分布較廣，在土壤改良等方面也有相關(guān)應(yīng)用[5-7]，本研究選取高羊茅作為對象，研究其對殺螺劑中PCP的富集能力，為其是否可用于修復(fù)被PCP污染的土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試藥劑：殺螺劑（某企業(yè)提供，主要成分為五氯酚鈉，化學(xué)式C6C15ONa，分子量288.30，其純品為白色針狀結(jié)晶，但其工業(yè)品為淡紅色鱗狀結(jié)晶，有特殊氣味，易溶于水，溶于醇和丙酮，不溶于石油和苯）；

供試種子為高羊茅（中國農(nóng)科院），供試土壤由中國水利水電科學(xué)研究院水環(huán)境研究所在境內(nèi)采集，pH 7.6-7.8。

試劑與材料：乙酸乙酯、甲醇、（HPLC級，J.T.Baker，美國）、超純水；2,4,6-三溴苯酚（替代內(nèi)標(biāo)，AccuStandard，美國）；硅烷化試劑BFSTATMCS(BFSTA:TMCS=99:1，J&K，USA)。

儀器設(shè)備：ASE(ase300 accelerated so lvent extractor，dionex公司 )；安捷倫6890-5975氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（Agilent，美國）；MILLIQ超純水系統(tǒng)，電阻率為18.1MΩ·cm；10孔固相萃取裝置（Supelco，美國）；氮吹儀（Organomation，美國），冷凍干燥機（CHRIST，德國）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(Heidolph laborota 4000-efficient,艾拓思公司)；HLB柱（500 mg/6 m L，Waters，美國）；圓柱狀塑料盆(d=30 cm，h高=30 cm)；植物粉碎機，鏟子，20kg電子稱；以及其他實驗室通用儀器設(shè)備等。

1.2 試驗方法

1.2.1 盆栽試驗設(shè)計 本實驗參照嚴(yán)明理等[8]人的方法，設(shè)置雙因素：高羊茅、殺螺劑實驗，兩種處理方式：種植、不種植。殺螺劑設(shè)5個處理水平：0、5、10、15、20 g/m2，每個處理水平重復(fù)3次，采用隨機區(qū)組法布置試驗。

采用土培盆栽實驗，將土壤樣品去雜物、風(fēng)干、碾碎、過篩(20目)，然后各稱取12 kg于圓柱狀塑料盆(d=30 cm，h高=30 cm)中，選取飽滿的高羊茅100粒，分別種植于不同的塑料盆內(nèi)，每2天澆一次水，待出苗15天后，保留約70株生長健壯、長勢一致的植物，對土壤表層進(jìn)行施藥。準(zhǔn)確稱取一定量的殺螺劑，溶解于水中，均勻噴灑(避開植株)在各實驗盆土壤中，使其在土壤單位面積的施藥量分別為0、5、10、15、20 g/m2，施藥濃度根據(jù)張鴻滿等[9]人操作的現(xiàn)場噴灑濃度而設(shè)定。

分別在施藥前(0 d)，施藥后1、15、30、45 d采集植株和土壤樣品（根系周圍，離土壤表面4～5 cm處土壤），采用梅花形布點法[10]，將整株植物連帶其根部周圍的土團一起取出，土團不宜太大，根的位置約在土壤表面4～5 cm處，采用抖根法[11]采集根際土壤，采集完土壤后，用自來水洗凈2次，再用超純水清洗2次，分別置于冷凍干燥機中干燥，用植物粉碎機粉碎，備用。土壤樣品置于冷凍干燥機中干燥，然后碾碎，過篩（200目），備用。

1.2.2 樣品提取與衍生化 稱取制備好的植株樣品0.6 g（或土樣0.1g）于ASE萃取池內(nèi)，加入4 g硅藻土，混勻后置于ASE上進(jìn)行萃取，將萃取液放于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上濃縮至2～4 m L，待層析柱凈化（用正己烷濕法裝柱，層析柱從下至上依次填有二氧化硅墊片，2 g無水硫酸鈉，6 g 44%酸化硅膠，2 g無水硫酸鈉，用氮氣吹壓，使柱子緊實），將濃縮后的溶液轉(zhuǎn)入層析柱中，用100 m L(正己烷/二氯甲烷:v/v=9/1)進(jìn)行淋洗2次，收集淋洗液于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上濃縮至2～4 m L后，進(jìn)行氮吹至近干，再用乙酸乙酯定容至500 μL，從中取50 μL與50 μL的硅烷化試劑進(jìn)行衍生化反應(yīng)，立即測定。

1.2.3 GC-MS檢測條件 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀6890/5975c，配備30 m HP-5-MS (5% pheny l /95% methyl silicone，30 m，0.25 mm i.d．，0.25 μm film，Agilent，USA)；不分流，載氣：He，載氣流量：1 m L/min，進(jìn)樣量：1 μL，進(jìn)樣口溫度：260 ℃，程序升溫：70℃保持1 min，以5 ℃/min升至160℃保持2 min，然后以15℃/min升至280℃保持3 min。離子源和傳輸桿的溫度分別為230℃和280℃，采用電子轟擊(EI)選擇離子掃描(SIM)模式。

2 結(jié)果與分析

2.1 高羊茅對殺螺劑中五氯酚的富集情況分析

實驗結(jié)果如圖1所示，在施藥前，五氯酚在植物體內(nèi)的含量未檢出，施藥后，五氯酚在植物體內(nèi)的含量隨時間增加而增大，到30 d時，各濃度處理組均達(dá)最大，30 d后，其含量開始下降，在30 d時，施藥量為20 g/m2處理組的植物體內(nèi)，五氯酚的含量達(dá)到188.12 mg/g，約為10 g/m2和15 g/m2處理組的2.5倍，5 g/m2的6倍，其差異性均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，在相同天數(shù)下，在施藥量為20 g/m2的處理組中植物體內(nèi)五氯酚的含量均明顯高于其它濃度處理組。

圖1 五氯酚在高羊茅中的含量隨時間變化圖Fig.1 The change in the PCP concent of Festuca arundinacea with the time over time

2.2 種植高羊茅的土壤中五氯酚殘留量分析

實驗結(jié)果如圖2所示，在施藥前，五氯酚在土壤內(nèi)的含量未檢出，在施藥后1 d時，各濃度處理組五氯酚在土壤中的含量達(dá)到最大值，之后均呈下降趨勢。在1 d時，施藥量為20 g/m2處理組的土壤中，五氯酚的含量達(dá)到77.44 mg/g，其差異性在1，15，30 d均達(dá)極顯著水平(P<0.01)，45 d達(dá)到顯著水平(P<0.05)，且在相同天數(shù)下，在施藥量為20 g/m2的處理組中土壤中五氯酚的含量也明顯高于其它各處理組。

圖2 五氯酚在種植高羊茅的土壤中的變化趨勢圖Fig.2 The change in the PCP concent in the soil of Festuca arundinacea growth

2.3 未種植高羊茅的土壤中五氯酚殘留量分析

實驗結(jié)果如圖3所示，在施藥前，五氯酚在土壤內(nèi)的含量未檢出，在施藥后15 d時，各濃度處理組五氯酚在土壤中的含量達(dá)到最大值，之后均呈下降趨勢。在15 d時，施藥量為20 g/m2處理組的土壤中，五氯酚的含量達(dá)到93.79 mg/g，約為其它3個處理組的3～4倍，其差異性在1 d達(dá)顯著水平(P<0.05)，15，30，45 d均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，且在相同天數(shù)下，在施藥量為20 g/m2的處理組中土壤中五氯酚的含量高于其它各處理組。

圖3 五氯酚在未種植高羊茅的土壤中的變化趨勢柱形圖Fig.3 The change in the PCP concent in the CK soil

2.4 高羊茅對PCP的生物富集因子變化動態(tài)

高羊茅對PCP的BCF(生物富集因子)如圖4所示，在施藥1 d后，各濃度處理組的BCF接近0，而后BCF隨時間的增加而增加，在施藥30 d后，各處理組的BCF達(dá)到最大值，其中，以10 g/m2的處理組最大，達(dá)到26.89，明顯高于其他處理組(P<0.01)，在30 d后各濃度處理組的BCF開始呈下降趨勢，從總趨勢來看，各濃度處理組趨勢一致。

3 討 論

圖4 五氯酚在高羊茅中的富集系數(shù)隨時間變化圖Fig.4 The change in the BCF of the PCP Festuca arundinacea over time

本實驗中高羊茅植物在施藥前，五氯酚含量未檢出，當(dāng)施藥完成后，殺螺劑中的五氯酚開始向植物根部遷移，五氯酚富集速率大于五氯酚降解速率，植物體內(nèi)五氯酚開始呈上升趨勢，當(dāng)施藥30 d后，五氯酚在植物體內(nèi)的含量達(dá)到最大，隨著土壤中五氯酚的含量減少，富集速率小于降解速率，五氯酚的含量開始呈現(xiàn)下降趨勢；種植高羊茅的土壤在施藥完成后，殺螺劑中的五氯酚開始向表層土以下4～5 cm處遷移，在表層土以下4～5 cm處的富集量迅速增大，在1 d達(dá)到最大，而未種植高羊茅的土壤則在15 d達(dá)到最大，可能是由于植物吸收水分速率較快，將土壤表層的五氯酚帶入根系周圍，或植物的根有助于疏松土壤，增加了土壤水分下滲通道，使五氯酚向下遷移速率加快，五氯酚在1d時就能遷移至植物根部周圍，而未種植植物的土壤，沒有植物的上述作用，可能導(dǎo)致五氯酚向下遷移至表層土以下4～5 cm處較慢，五氯酚才在15 d達(dá)到最大，具體原因有待進(jìn)一步研究。

本實驗研究了高羊茅對殺螺劑中五氯酚富集能力，從總體來看，五氯酚在高羊茅植物體和土壤中的含量都是隨著時間變化而變化的，五氯酚在高羊茅植物體內(nèi)30 d達(dá)到最大，而在種植高羊茅的土壤1 d達(dá)到最大；從富集系數(shù)來看，高羊茅在30 d富集系數(shù)達(dá)到最大，也就是說此時，五氯酚在高羊茅植物體內(nèi)和在其土壤內(nèi)含量相差最大。

[1]Hong H C, Zhou H Y, Luan T G, et al.Residue of pentachlorophenol in fresh water sediments and human breast milk collected from the Pearl River Delta China.Environment International, 2005, 31( 5 ): 643-649.

[2]Chen Y X, Chen H L, Xu Y T, et al.Irreversib le sorp tion o f pentach loropheno l to sedim ents：experim ental observation[J].Environment International, 2004, 30: 31-37.

[3]張 兵, 鄭明輝.五氯酚在洞庭湖環(huán)境介質(zhì)中的分布[J].中國環(huán)境科學(xué).2001, 21(2): 165-167．

[4]鄭星泉, 馮亞萍.血吸蟲病流行地區(qū)五氯酚的環(huán)境污染, 人體接觸量及健康影響的研究[J].衛(wèi)生研究.1997, 26(001): 24-29．

[5]孫吉雄, 草坪學(xué)[M].北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 1996: 1–17.

[6]徐 勝, 李建龍, 趙德華.高羊茅的生理生態(tài)及其生化特性研究進(jìn)展[J].草業(yè)學(xué)報, 2004, 13(1): 58–64.

[7]黃錦文, 駱 娟, 陳冬梅，等.低溫脅迫下高羊茅抑制消減文庫的構(gòu)建與分析[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2009, 17(6): 1162–1167.

[8]嚴(yán)明理, 劉麗莉, 王海華，等.3種植物對紅壤中鎘的富集特性研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報.2009, 28(1): 72-77.

[9]張鴻滿, 譚裕光, 黎學(xué)銘，等.改良型五氯酚鈉殺滅廣西山區(qū)釘螺效果的實驗觀察[J].中國熱帶醫(yī)學(xué), 2006, 6(6): 966-967.

[10]周 弛, 張秦銘, 李和義，等.重金屬企業(yè)周邊土壤污染狀況調(diào)查樣品采集方法探討[J].安徽農(nóng)學(xué)通報.2013, 19(22): 79.

[11]徐衛(wèi)紅, 王宏信, 劉 懷，等.Zn、Cd單一及復(fù)合污染對黑麥草根分泌物及根際Zn、Cd形態(tài)的影響[J].2007, 28(9): 2089-2095.