幾種多環(huán)芳烴在不同類型稻田土壤中的降解行為

李會(huì)琳, 何 燕, 張 靜, 王 嵐, 楊 宏, 彭正松，3, 路 璐①

(1.西華師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 四川 南充 637009； 2.西南野生動(dòng)植物保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 西華師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 四川 南充 637002； 3.西昌學(xué)院農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院， 四川 西昌 615000)

多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是廣泛存在于環(huán)境中的含有2個(gè)及以上苯環(huán)的一類持久性有機(jī)污染物[1]，通過(guò)干濕沉降、污泥農(nóng)用和污水灌溉等方式在土壤表面不斷累積[2]，使土壤成為PAHs重要的載體之一。PAHs進(jìn)入土壤后發(fā)生的一系列物理化學(xué)過(guò)程，如吸附、遷移、轉(zhuǎn)化和降解等，是PAHs在土壤中消減的主要途徑[3]。對(duì)PAHs土壤污染的研究主要集中在工業(yè)用地、城市區(qū)域[4]。近些年農(nóng)業(yè)用地的PAHs污染也逐漸受到關(guān)注[4]。其中，水稻種植是我國(guó)主要的耕種方式之一，然而對(duì)我國(guó)不同區(qū)域水稻土壤中PAHs污染的降解響應(yīng)過(guò)程研究仍十分有限。

土壤理化性質(zhì)，如pH值、有機(jī)質(zhì)含量、通氣性、鹽度、含水量等都會(huì)影響土壤中PAHs的降解過(guò)程[5-6]。對(duì)芘在土壤中吸附行為的研究結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)含量越高，芘的不可逆吸附越強(qiáng)[7]，直接影響PAHs的生物可利用性。有機(jī)質(zhì)組分不同的土壤吸附PAHs的能力有很大差異[8]，KE等[9]研究發(fā)現(xiàn)吸附在極性有機(jī)質(zhì)上的PAHs更容易被降解。土壤環(huán)境差異造成土壤微生物地理分布不同[10]，使得不同類型土壤中PAHs的生物降解率可能有顯著差異。此外，PAHs污染造成土壤中碳源急劇增加，使氮和磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)元素常常成為限制PAHs生物降解的主要因素[11]。由于不同類型土壤中含水量、土壤質(zhì)地存在差異，由此形成的不同微環(huán)境氧氣濃度也是PAHs降解率的影響因素之一。此外，PAHs濃度和化學(xué)結(jié)構(gòu)也是影響其在土壤中降解的重要因素之一[12]。NAM等[13]發(fā)現(xiàn)，高分子量PAHs比低分子量PAHs更容易被土壤有機(jī)質(zhì)吸附。此外，土壤微生物的改變是污染土壤生態(tài)環(huán)境中微生物活性的敏感指示。丁克強(qiáng)等[14]研究發(fā)現(xiàn)菲能刺激土壤中細(xì)菌生物量增加10倍以上。

由于發(fā)育母質(zhì)和氣候條件等不同，我國(guó)從北到南形成了不同的土壤地帶譜。筆者在我國(guó)采集了8種稻田土壤，通過(guò)向土壤中添加菲、熒蒽和苯并[a]蒽等不同環(huán)數(shù)PAHs在室內(nèi)模擬土壤PAHs污染，探究不同類型稻田土壤中PAHs降解率的差異，并初步分析土壤理化性質(zhì)和PAHs降解率的關(guān)系，為探究我國(guó)不同類型稻田土壤PAHs積累消減機(jī)制以及區(qū)域稻田土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

于2016年11月分別采集重慶長(zhǎng)壽區(qū)中性紫色土(CQ)、湖南吉首市黃壤(HuN)、黑龍江佳木斯市黑土(HLJ)、安徽淮南市黃褐土(AH)、河南周口市潮土(HeN)、北京市潮土(BJ)、四川南充市石灰性紫色土(SC)和山西長(zhǎng)治市褐土(SX)8個(gè)水稻種植區(qū)土壤樣品(表1)。采用網(wǎng)格布點(diǎn)法分別采集50 m×50 m范圍內(nèi)表層土壤(0～10 cm)，混合均勻，去除植物根系、石礫等，過(guò)2 mm孔徑不銹鋼篩，置于4 ℃ 冰箱內(nèi)保存以備后續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。取部分土壤樣品自然風(fēng)干后過(guò)0.90 mm孔徑篩，用于土壤理化性質(zhì)測(cè)定。

表1采樣點(diǎn)信息

Table1Samplingsitesinformation

采樣點(diǎn)位置海拔/m經(jīng)緯度土壤類型重慶長(zhǎng)壽區(qū)32029°51'37.15″ N,107°04'35.65″ E中性紫色土湖南吉首市19528°16'11.85″ N,109°40'42.41″ E黃壤黑龍江佳木斯市8246°48'29.96″ N,130°20'59.39″ E黑土安徽淮南市2132°40'51.68″ N,117°01'19.62″ E黃褐土河南周口市6034°04'53.19″ N,114°38'57.14″ E潮土北京市5739°54'11.78″ N,116°24'03.31″ E潮土四川南充市32530°53'24.97″ N,106°03'54.03″ E石灰性紫色土山西長(zhǎng)治市93136°11'44.27″ N,113°06'35.33″ E褐土

1.2 土壤基本理化性質(zhì)的測(cè)定

采用酸度計(jì)測(cè)定土壤pH值〔m(土)∶V(水)=1∶2.5〕，采用稱重法測(cè)定土壤含水量，采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)，采用全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀(Skalar，Breda，荷蘭)測(cè)定土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和總氮含量。

8種稻田土壤基本理化性質(zhì)見表2。有機(jī)質(zhì)含量有顯著差異(P<0.05)，其中HLJ有機(jī)質(zhì)含量最高，是含量最低的CQ的2.3倍，這可能是由于土壤母質(zhì)和耕種施肥不同所致[15]。不同類型稻田土壤中總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量也有顯著差異。由表2可知，HLJ為強(qiáng)酸性，HuN為弱酸性，其余土壤均為堿性。土壤含水量相差很大，SC含水量最高，是含水量最低的BJ的7倍。

表2土壤基本理化性質(zhì)

Table2Soilphysicochemicalproperties

土壤類型w(有機(jī)質(zhì))/(g·kg-1)w(TN)/(g·kg-1)w(NO3--N)/(μg·g-1)w(NH4+-N)/(μg·g-1)含水量w/%pH值HLJ49.11±0.13a1.23±0.01a30.56±4.92c19.29±0.52b18.60±1.71d5.37±0.41cBJ32.78±0.16c0.87±0.01b39.01±2.49b14.81±1.13d10.82±0.18e7.98±0.05aSX28.56±0.15d0.79±0.01c140.27±7.17a26.33±1.16a18.71±0.32d7.83±0.08aHeN23.61±0.36g0.71±0.01e40.56±2.90b16.96±0.18c14.30±0.28e7.87±0.03aAH27.12±0.02e0.80±0.01c36.78±3.28b18.49±0.35b13.10±0.11e7.99±0.08aCQ21.34±0.04h0.68±0.01f3.85±0.46f15.38±1.01d27.76±0.72b7.72±0.02aSC35.73±0.02b0.75±0.01d11.87±0.40e10.17±0.19e82.67±3.52a7.89±0.01aHuN24.56±0.19f0.76±0.01d23.64±2.09d16.99±0.58c23.00±1.00c6.10±0.15b

HLJ為黑龍江佳木斯市黑土，BJ為北京市潮土，SX為山西長(zhǎng)治市褐土，HeN為河南周口市潮土，AH為安徽淮南市黃褐土，CQ為重慶長(zhǎng)壽區(qū)中性紫色土，SC為四川南充市石灰性紫色土，HuN為湖南吉首市黃壤。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示不同類型土壤之間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

1.3 土壤中PAHs的降解試驗(yàn)

分別取50.0 g(干土重)新鮮土壤(HLJ、BJ、SX、HeN、AH、CQ、SC和HuN分別為59.5、55.5、59.5、57、56.5、64.0、91.0和61.5 g)放入滅菌玻璃培養(yǎng)皿中，加入菲、熒蒽和苯并[a]蒽混合丙酮溶液，使土壤中菲、熒蒽和苯并[a]蒽含量分別為2 μg·g-1。將玻璃培養(yǎng)皿置于通風(fēng)廚中，使丙酮溶劑充分揮發(fā)后，再于25 ℃條件下自然光中培養(yǎng)，好氧條件含水量為飽和持水量的50%～65%。分別在第0、7、17和28 d采集土壤樣品，用于測(cè)定PAHs含量和土壤理化性質(zhì)。

1.4 分析測(cè)試

土壤中PAHs含量采用氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定：稱取冷凍干燥土樣2.0 g與等體積無(wú)水硫酸鈉(400 ℃ 條件下烘干8 h)混勻，用濾紙包好放入索氏提取儀中，加入80 mL二氯甲烷在45 ℃條件下連續(xù)提取24 h后放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(BUSHI，瑞士)中濃縮，添加2 mL正己烷溶解。選內(nèi)徑1 cm、高20 cm玻璃層析柱，采用10 mL正己烷濕法裝入1 g硅膠，取2 ml溶液通過(guò)層析柱，并用V(正己烷)∶V(二氯甲烷)=1∶1 洗脫，洗脫液于氮吹儀(北京帥恩科技有限責(zé)任公司)上濃縮為1 mL，用正己烷定容至2 mL后采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(7890 GC system-240 Ion Trap，Agilent，美國(guó))測(cè)定。

標(biāo)準(zhǔn)品菲、熒蒽、苯并[a]蒽購(gòu)自Sigma-Aldrich公司，標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液采用正己烷配置。色譜柱和質(zhì)譜條件參照文獻(xiàn)[16]。

1.5 土壤中PAHs降解率和降解速率的計(jì)算

土壤中PAHs降解率計(jì)算公式為

Rn=(m0-mn)/m0×100% 。

(1)

式(1)中，Rn為培養(yǎng)n天時(shí)土壤中PAHs降解率，%；m0為培養(yǎng)零時(shí)刻時(shí)土壤中PAHs總量，ng；mn為第n天時(shí)土壤中PAHs總量，ng。

每個(gè)時(shí)段土壤中PAHs降解速率計(jì)算公式為

Vr，n=(cn-cr)/tr，n。

(2)

式(2)中，Vr，n為培養(yǎng)第n到r天PAHs在土壤中的平均降解速率，ng·g-1·d-1；cn和cr分別為土壤培養(yǎng)n和r天時(shí)土壤中PAHs質(zhì)量含量，ng·g-1；tr，n為第n到r天的時(shí)間，d。

1.6 土壤總DNA提取與熒光定量PCR分析

分別于培養(yǎng)0、7和28 d時(shí)取0.6 g(干土重)土壤用于提取土壤中微生物總DNA。土壤DNA提取采用FastDNATMSPIN Kit for Soil試劑盒(MP Biomedicals，美國(guó))提取。DNA濃度采用紫外可見分光光度計(jì)(NanoDrop 2000，美國(guó))測(cè)定。

實(shí)時(shí)熒光定量PCR擴(kuò)增分析采用SYBR?Premix EX TaqTM試劑盒(Tli RNaseH Plus)在熒光定量PCR儀(CFX96 Optical Real-Time PCR System，Bio-Rad Laboratories，美國(guó))上進(jìn)行。實(shí)時(shí)熒光定量PCR的標(biāo)準(zhǔn)曲線采用向載體質(zhì)粒中分別導(dǎo)入含有細(xì)菌16S rRNA基因和菲降解雙加氧酶基因phnAc的克隆子制備，將含有目標(biāo)基因的克隆子在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)過(guò)夜，使用MiniBEST Plasmid Purification Kit試劑盒(Takara)進(jìn)行質(zhì)粒提取和純化后，采用分光光度計(jì)測(cè)定DNA濃度，并結(jié)合質(zhì)粒的分子質(zhì)量計(jì)算其拷貝數(shù)。對(duì)質(zhì)粒標(biāo)線按10倍梯度稀釋，得到7個(gè)數(shù)量級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，其標(biāo)準(zhǔn)曲線質(zhì)粒濃度變化范圍為102～108拷貝·L-1。定量PCR的反應(yīng)體系為20 μL，包括10 μL SYBR?Premix EX TaqTM(Tli RNaseH Plus)、1 μL DNA模板和正向、反向引物各0.1 μL(引物濃度10 μmol·L-1)和8.8 μL滅菌雙蒸水。陰性對(duì)照用滅菌雙蒸水代替樣品模板。實(shí)驗(yàn)中所使用的引物見表3[17-18]。

表3實(shí)時(shí)熒光定量PCR擴(kuò)增引物及反應(yīng)條件

Table3Primersandconditionsusedinthestudy

名稱引物序列靶基因?qū)崟r(shí)熒光定量PCR反應(yīng)程序來(lái)源文獻(xiàn)515F5-GTG CCA GCM GCC GCG G-3Universal 16S rRNA95 ℃ 3 min;40×(95 ℃,30 s;55 ℃,30 s;[17]907R5-CCG TCA ATT CMT TTR AGT TT-372 ℃,30 s讀數(shù));溶解曲線從65 ℃降至95 ℃,溫度每秒增加0.5 ℃,5 s讀數(shù)P80735-TTC GAG CTG GAA TGT GAG C-3phnAc95 ℃ 3 min;40×(95 ℃,30 s;55 ℃,30 s;[18]P90475-AAT AAC CGG CGA TTC CAA AC-372 ℃,30 s讀數(shù));溶解曲線從65 ℃降至95 ℃,溫度每秒增加0.5 ℃,5 s讀數(shù)。

1.7 統(tǒng)計(jì)分析

所有處理均設(shè)3個(gè)重復(fù)，Duncan多重比較分析采用SPSS 20.0軟件，PAHs和各環(huán)境因子變化相關(guān)性冗余分析(redundancy analysis，RDA)采用Canoco 4.5軟件，制圖采用Origin 8.1軟件。

2 結(jié)果與討論

2.1 PAHs對(duì)土壤中總細(xì)菌數(shù)量和phnAc基因數(shù)量的影響

8種類型稻田土壤總細(xì)菌數(shù)量在不同培養(yǎng)時(shí)段為3.89×109～1.07×1012拷貝·L-1(圖1)。而特異參與菲降解的雙加氧酶對(duì)應(yīng)的功能基因phnAc在不同培養(yǎng)時(shí)段為4.27×105～6.48×107拷貝·L-1(圖1)。結(jié)果顯示，不同類型稻田土壤微生物數(shù)量差異顯著，添加PAHs后，除CQ和SC外微生物數(shù)量顯著變化(P<0.05)，說(shuō)明PAHs對(duì)微生物從數(shù)量上沒有毒性作用。添加菲后，除CQ、SC和AH外，其他5種土壤培養(yǎng)7 d內(nèi)phnAc基因數(shù)量顯著增加(P<0.05)，表明菲降解微生物數(shù)量在菲的刺激下有所增加。這說(shuō)明PAHs對(duì)土壤中降解微生物的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，這與BLAKELY等[19]研究結(jié)果一致。低環(huán)PAHs(2～3環(huán))比高環(huán)PAHs更容易引起微生物群落結(jié)構(gòu)改變，以適應(yīng)PAHs污染脅迫[20]。所以，在土壤中添加菲、熒蒽和苯并[a]蒽后，能特異參與菲降解的雙加氧酶所對(duì)應(yīng)的功能基因phnAc數(shù)增加，說(shuō)明微生物在PAHs的降解中有重要貢獻(xiàn)。然而，復(fù)雜的土壤生態(tài)環(huán)境中PAHs的消除是一個(gè)生物和非生物因素共同作用的結(jié)果，尤其低環(huán)PAHs的消除受揮發(fā)、水解等物理化學(xué)因素影響較大，仍需進(jìn)一步探究。

2.2 不同類型稻田土壤中PAHs降解的差異分析

PAHs進(jìn)入土壤后可通過(guò)揮發(fā)、光氧化、化學(xué)氧

化、生物積累、土壤吸附和微生物降解等去除方式降低含量[21]。PAHs在不同土壤中降解受到如PAHs和土壤理化性質(zhì)等多種因素影響。8種稻田土壤中菲、熒蒽和苯并[a]蒽3種PAHs降解率和降解速率隨時(shí)間變化情況見圖2和表4。

HLJ為黑龍江佳木斯市黑土，BJ為北京市潮土，SX為山西長(zhǎng)治市褐土，HeN為河南周口市潮土，AH為安徽淮南市黃褐土，CQ為重慶長(zhǎng)壽區(qū)中性紫色土，SC為四川南充市石灰性紫色土，HuN為湖南吉首市黃壤。直方柱上方英文小寫字母不同表示不同類型土壤之間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。圖1 8種稻田土壤基于16S rRNA基因所測(cè)定的總細(xì)菌數(shù)量和phnAc基因數(shù)量隨時(shí)間的變化Fig.1 Changes of the copy number of bacterial 16S rRNA gene and phnAc gene in 8 paddy soils incubated with PAHs

HLJ為黑龍江佳木斯市黑土，BJ為北京市潮土，SX為山西長(zhǎng)治市褐土，HeN為河南周口市潮土，AH為安徽淮南市黃褐土，CQ為重慶長(zhǎng)壽區(qū)中性紫色土，SC為四川南充市石灰性紫色土，HuN為湖南吉首市黃壤。 直方柱上方英文小寫字母不同表示不同類型土壤之間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。圖2 8種稻田土壤中菲、熒蒽和苯并[a]蒽降解率隨時(shí)間變化Fig.2 Changes of the degradation ratio in the incubation experiments with phenanthrene, fluoranthene and benzo[a] anthracene of different paddy soils

7 d時(shí)，HuN和AH中菲降解率分別為33.9%和45.6%，顯著低于其他5種土壤(P<0.05)。21 d時(shí)，土壤中菲降解率均高于75%。SC、CQ和HLJ中菲降解速率最高，7 d時(shí)降解率分別達(dá)82.76%、78.25%和76.08%，菲平均降解速率在前7 d分別為87.72、110.84和182.94 ng·g-1·d-1。28 d后，菲降解率都達(dá)92%以上。7 d時(shí)，HLJ和CQ中熒蒽降解率最高，分別為70.19%和76.23%；SC、BJ和AH中熒蒽降解率最低，分別為40.5%、43.3%和44.4%。28 d后熒蒽降解率均達(dá)97%以上。7 d時(shí)，AH中苯并[a]蒽降解率僅為24.78%，HLJ和CQ中降解率最高，分別為51.29%和48.35%。21 d時(shí)，CQ和HLJ中苯并[a]蒽降解率分別為90.64%和90.44%，SC中為75.62%，其余均低于60%。28 d時(shí)，除HuN中苯并[a]蒽降解率為56.87%外，其他均達(dá)70%以上。

表4土壤中PAHs降解速率隨時(shí)間變化

Table4Degradationrateofpolycyclicaromatichydrocarbonsindifferentperiodsofincubation

土壤類型菲降解速率/(ng·g-1·d-1)熒蒽降解速率/(ng·g-1·d-1)苯并[a]蒽降解速率/(ng·g-1·d-1)0～7 d>7～21 d>21～28 d0～7 d>7～21 d>21～28 d0～7 d>7～21 d>21～28 dHLJ182.94±5.84a 10.73±1.46c35.23±7.03b185.86±32.09a33.19±0.78b14.91±4.09de198.34±9.55a 76.33±13.71ab18.83±4.12aBJ111.51±18.78b23.04±4.35b49.95±4.84a134.33±14.18b53.03±14.98a79.90±1.99a151.85±4.96bc61.52±12.31bc22.60±1.17aSX116.40±11.50b19.07±7.13b48.97±4.75a180.85±32.97a23.21±2.36bc42.25±2.86b86.53±13.39de20.26±0.37d16.15±0aHeN102.93±29.70b8.67±4.54c14.83±5.24cd79.49±18.92c13.00±0.43cd32.34±3.54c181.34±31.64ab25.82±0d71.39±13.13aAH61.38±15.61cd19.52±1.17b35.24±3.98c47.39±7.34cd9.46±2.76cd31.26±5.40c51.25±7.93e28.22±0.26d39.70±9.09aCQ110.84±0.39b5.49±3.11c17.82±6.72c115.49±7.53b3.04±0.97d27.78±6.66c194.99±34.23a85.23±11.99a8.60±0.88aSC87.72±3.98bc7.42±3.26c7.44±1.56d26.11±2.23d14.10±1.51cd9.43±2.50e124.27±0.85cd43.31±2.25cd21.73±0aHuN52.04±8.83d35.15±2.50a21.84±5.97c77.51±15.02c28.50±7.45b19.40±0.34d102.01±12.55d21.55±6.27d4.77±0a

HLJ為黑龍江佳木斯市黑土，BJ為北京市潮土，SX為山西長(zhǎng)治市褐土，HeN為河南周口市潮土，AH為安徽淮南市黃褐土，CQ為重慶長(zhǎng)壽區(qū)中性紫色土，SC為四川南充市石灰性紫色土，HuN為湖南吉首市黃壤。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示不同類型稻田土壤間在某一時(shí)間段的降解速率差異顯著(P<0.05)。

土壤中菲、熒蒽和苯并[a]蒽降解主要發(fā)生在前7 d。PAHs降解速率隨含量降低也顯著降低。如前7 d時(shí)SC中菲、熒蒽和苯并[a]蒽降解速率分別是后21 d降解速率的16.1、2.2和2.4倍。該結(jié)果與KUPPUSAMY等[24]發(fā)現(xiàn)的4環(huán)及以下PAHs在土壤中降解行為曲線一致，表明土壤中生物和非生物途徑能快速對(duì)污染物做出響應(yīng)。

2.3 影響土壤PAHs降解的環(huán)境因素

8種稻田土壤中菲、熒蒽和苯并[a]蒽降解率與7個(gè)環(huán)境因子的RDA分析結(jié)果見圖3。

HLJ為黑龍江佳木斯市黑土，BJ為北京市潮土，SX為山西長(zhǎng)治市褐土，HeN為河南周口市潮土，AH為安徽淮南市黃褐土，CQ為重慶長(zhǎng)壽區(qū)中性紫色土，SC為四川南充市石灰性紫色土，HuN為湖南吉首市黃壤。箭頭表示變量方向和大小。圖3 不同稻田土壤對(duì)PAHs的降解行為與環(huán)境因子的冗余分析Fig.3 Redundancy discrimination analysis(RDA) of the relationship between the soil physicochemical parameters, sampling site and the degradation behavior of different paddy soils.

圖3顯示，AH和HuN分布在第1象限，HLJ和CQ在第2象限，BJ、SX和HeN在第3象限，SC在第4象限，PAHs在同一象限稻田土壤中降解特征較相似，同時(shí)也表明PAHs在不同類型土壤中降解行為有差異。

RDA分析對(duì)7個(gè)環(huán)境因子進(jìn)行評(píng)估，從中提取2組主成分因子，以分析環(huán)境因子對(duì)PAHs降解行為的影響。影響土壤PAHs降解速率的第1排序軸和第2排序軸特征值分別為71.6%和14.6%，可以解釋降解速率差異總方差值的86.2%，說(shuō)明這2個(gè)排序軸能夠真實(shí)反映環(huán)境因子對(duì)PAHs降解速率的影響。第1排序軸表明，影響土壤中PAHs降解的主要環(huán)境因子為w(有機(jī)質(zhì))(得分為0.49)、含水量(得分為0.44)、w(TN)(得分為0.37)、w(NO3--N)(得分為-0.28)、pH值(得分為-0.25)、w(NH4+-N)(得分為-0.22)和海拔(得分為0.13)。第2排序軸中主要環(huán)境因子為pH值(得分為-0.73)、w(NO3--N)(得分為-0.25)、海拔(得分為-0.32)、含水量(得分為-0.26)、w(TN)(得分為0.24)、w(有機(jī)質(zhì))(得分為-0.01)和w(NH4+-N)(得分為-0.01)。結(jié)果表明，土壤基本理化性質(zhì)等環(huán)境因子不同可能是造成土壤中PAHs降解行為差異的原因[23]。

相關(guān)性分析顯示土壤中菲和熒蒽降解行為顯著相關(guān)(P<0.05，表5)，這可能是由于菲和熒蒽都含有3個(gè)苯環(huán)，在土壤中留存時(shí)間和吸附-降解行為相似[25]。菲和熒蒽的降解速率與pH值和含水量呈負(fù)相關(guān)，與海拔以及NO3--N、NH4+-N、有機(jī)質(zhì)和全氮含量呈正相關(guān)，其中土壤中菲降解速率與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，熒蒽降解速率與NH4+-N含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。PAHs在土壤中長(zhǎng)期滯留通常是由于被土壤有機(jī)質(zhì)吸附，進(jìn)入土壤微空隙中，從而影響PAHs生物有效性[26]。

pH值是影響PAHs降解的主要原因之一，PAHs降解一般發(fā)生在pH值為5.0～9.0時(shí)，中性條件下生物降解率最高[30]。ZAIDI等[31]研究發(fā)現(xiàn)pH值大于8時(shí)，菲生物降解過(guò)程被顯著抑制。同時(shí)pH值也可通過(guò)影響PAHs在土壤溶液中的溶解性來(lái)影響PAHs的生物可降解性[32]。

苯并[a]蒽在土壤中降解與7個(gè)環(huán)境因子均無(wú)顯著相關(guān)性(P>0.05)。苯并[a]蒽與菲和熒蒽在水溶性和生物可利用性上的差異，也是導(dǎo)致其與環(huán)境因子間相關(guān)性差異的主要原因。此外，3種PAHs降解率均與土壤含水量呈負(fù)相關(guān)。VIDALI[33]提出有利于有機(jī)污染物降解的土壤最佳含水量應(yīng)為土壤飽和持水量的30%～90%。含水量過(guò)高會(huì)造成土壤微環(huán)境中氧濃度降低，形成厭氧環(huán)境，抑制PAHs的好氧氧化過(guò)程。由以上分析可知，土壤環(huán)境因子會(huì)影響土壤中PAHs降解過(guò)程和留存時(shí)間，土壤中PAHs降解和吸附行為由多種土壤理化性質(zhì)和其他環(huán)境條件綜合決定。

表5土壤中PAHs降解速率與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

Table5PearsoncorrelationbetweensoilPAHsdegradationrate,soilchemicalpropertiesandsamplingsitealtitude

*表示相關(guān)顯著(P<0.05)。

3 結(jié)論

(1)不同類型稻田土壤中PAHs降解率有差異，7 d時(shí)菲、熒蒽和苯并[a]蒽降解率分別為62.70%、54.29%和37.44%，28 d后降解率均達(dá)80%以上。不同類型稻田土壤中PAHs降解率由大到小依次為SC、HLJ、CQ、SX、BJ、AH、HeN和HuN。PAHs在不同類型土壤中環(huán)境行為有差異。

(2)不同類型稻田土壤微生物量有顯著差異，除CQ和SC外，PAHs污染能促進(jìn)微生物數(shù)量顯著變化(P<0.05)。除CQ、SC和AH外，參與菲降解的雙加氧酶功能基因phnAc在其他5種土壤中均顯著增加(P<0.05)。

(3)稻田土壤與菲和熒蒽的降解行為顯著相關(guān)，含4個(gè)苯環(huán)的苯并[a]蒽的降解速率顯著低于含4環(huán)以下PAHs的降解速率。這3種典型PAHs易降解程度由大到小依次為菲、熒蒽和苯并[a]蒽。

(4)稻田土壤中PAHs降解速率受土壤和PAHs理化性質(zhì)的綜合影響。菲和熒蒽降解速率與土壤總有機(jī)質(zhì)和NH4+-N含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與土壤pH值和含水量呈負(fù)相關(guān)。苯并[a]蒽降解速率與研究中土壤環(huán)境因子無(wú)顯著相關(guān)性(P>0.05)。