腐植酸對香根草吸收和去除撲草凈的影響

賈繼維 張 坤 李鑫圓 孫仕仙

( 1. 西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)與水土保持學(xué)院，云南 昆明650224；2. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院，云南 昆明 650201；3. 西南林業(yè)大學(xué)濕地學(xué)院，云南 昆明650224；4. 西南林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)博士后流動站，云南 昆明 650224)

撲草凈為均三氮苯類選擇性除草劑，化學(xué)名稱為 4， 6-雙異丙胺基-2-甲硫基-1， 3， 5-三嗪，分子式為C10H19N5S[1]，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)田中雜草和水產(chǎn)養(yǎng)殖中藻類的去除[2]。撲草凈化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在水體、土壤和植物體中殘留期長[2]，也可通過滲透進(jìn)入地下水，在水生動物及植物體內(nèi)富集[3]，通過食物鏈進(jìn)入人體，使人體內(nèi)分泌紊亂，對人體健康危害極大[4]。目前撲草凈污染的修復(fù)方法多為微生物修復(fù)[5-6]，植物修復(fù)因其低成本，環(huán)境友好，適應(yīng)范圍廣而逐漸受到關(guān)注[7]，但是關(guān)于影響撲草凈修復(fù)效果的研究較少。

香根草(Vetiveria zizanioides)是一種兩棲植物[8]，被認(rèn)為是“世界上具有最長根系的草本植物”[9]。香根草已被發(fā)現(xiàn)是一種抗逆性很強(qiáng)的植物，它對酸、堿、鹽、貧瘠、重金屬等都表現(xiàn)出了較強(qiáng)的抗性[10-11]，尤其是香根草被發(fā)現(xiàn)對有機(jī)和無機(jī)污染物都具有極高的親和力[12-14]。目前，香根草被廣泛應(yīng)用在病蟲害綠色防控、園林綠化、水土保持、工程保護(hù)和污染治理等方面[15-18]，是具有修復(fù)潛力的優(yōu)勢植物。

腐植酸是動植物遺骸經(jīng)過微生物的分解和轉(zhuǎn)化，以及地球化學(xué)的一系列過程造成和積累起來的一類大分子有機(jī)物質(zhì)，其中含有大量的極性基團(tuán)，對金屬離子有較強(qiáng)的吸附性能和絡(luò)合能力[19-20]，廣泛存在于各類型水域中，是影響環(huán)境生態(tài)平衡的重要因素，也是潛在的、可大力開發(fā)和綜合利用的有機(jī)資源[21]。近年來，腐植酸的開發(fā)利用工作取得了長足進(jìn)步，研究發(fā)現(xiàn)使用腐殖酸可以促進(jìn)植株對氮素的累積和提高氮肥的利用率[22]，降低土壤對鉀素的固定量進(jìn)而提高植物對鉀的利用率[23]，可以加速植被生長，增強(qiáng)植物抗性[24-25]?，F(xiàn)在腐殖酸也被廣泛應(yīng)用于重金屬污染的去除效果研究[19，26]。而腐殖酸對植物吸收積累農(nóng)藥的效果的影響研究鮮有報道。

根據(jù)課題組前期研究結(jié)果，香根草能夠顯著提高營養(yǎng)液中撲草凈的去除率[27]。本研究試圖探索腐殖酸對香根草吸收和去除水體中撲草凈的影響，以期能夠增加腐殖酸開發(fā)利用，同時為植物修復(fù)水體中農(nóng)藥污染提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 藥品與試劑

撲草凈(色譜純，中國農(nóng)藥部)，乙酸乙酯(色譜純，賽默飛世爾科技有限公司)，乙腈(色譜純，賽默飛世爾科技有限公司)，正己烷(色譜純，賽默飛世爾科技有限公司)，無水硫酸鈉(分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司)。

1.1.2 實驗植物

實驗用香根草由云南光寶生物技術(shù)有限公司提供。實驗開始前以（200±0.5）g為一組預(yù)培養(yǎng)1周。

1.2 實驗設(shè)計

設(shè)置4組實驗，第1組不種植香根草，不添加腐植酸；第2組不種植香根草，添加腐植酸；第3組種植香根草，不添加腐植酸；第4組種植香根草，添加腐植酸。每個處理設(shè)置3個重復(fù)。所有處理的撲草凈初始濃度為0.5 mg/L，腐殖酸初始濃度為200 mg/L，統(tǒng)一使用銨態(tài)氮營養(yǎng)液為培養(yǎng)液，每個桶以稱量法稱取2 L營養(yǎng)液。所有處理栽培管理條件一致。

1.3 樣品采集與處理

1.3.1 采樣方法

于植入撲草凈的當(dāng)天(第0天)，第6天，第12天，第18天，第24天，第30天分別取水樣和植物。每次采樣前先對培養(yǎng)桶及桶中剩余營養(yǎng)液稱量，用質(zhì)量差法測定蒸騰耗水量，然后用銨態(tài)氮營養(yǎng)液補(bǔ)充到初始溶液量。用玻璃注射器準(zhǔn)確取70 mL水樣。將采得的水樣帶回實驗室，用脫脂棉過濾后，待提取。

每桶香根草葉莖和根系各采集（5.0±0.5）g。取回樣品后，與實驗室內(nèi)用去離子水洗凈，濾紙干燥，再將其剪成2～3 mm的碎片，待用。

1.3.2 提取方法

水樣提?。簻?zhǔn)確量取50 mL已過濾的水樣，加入50 mL乙酸乙酯，用分液漏斗將水樣和乙酸乙酯混勻后靜置2～3 min，待液體分層后，將乙酸乙酯層轉(zhuǎn)移，再加入50 mL乙酸乙酯重復(fù)提取1次，最后將萃取液(乙酸乙酯層)合并，過無水硫酸鈉，轉(zhuǎn)移至旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)瓶中，于40 ℃水浴旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，用3 mL正己烷溶解，過0.45 μm有機(jī)相濾膜，待測。

植物樣提?。悍Q取2 g植物樣品(精確到0.01 g)，轉(zhuǎn)移至100 mL具塞錐形瓶中，加入40 mL乙腈和適量無水硫酸鈉，蓋上瓶蓋，于超聲清洗機(jī)中超聲40 min，濾入250 mL平底燒瓶中，再用20 mL乙腈重復(fù)提取1次，合并提取液，于40 ℃水浴中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，用3.0 mL正己烷溶解，過0.45 μm有機(jī)相濾膜，待測。

1.4 測定儀器及條件

用GC-MS(Agilent 7890B-5977MSD)進(jìn)行定性和定量分析。儀器工作條件：氣相色譜參數(shù)：色譜柱HP-5MS毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.32 mm i.d.×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度260 ℃；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量為1 μL；載氣為氦氣(純度大于99.999%)，流量為1.0 mL/min；柱程序升溫：初始溫度70 ℃，保持1 min；以25 ℃/min速率升至180 ℃；再以5 ℃/min速率升至220 ℃；最后以20 ℃/min速率升至280 ℃，保持3 min。

質(zhì)譜條件電子轟擊離子源(EI)，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃；接口溫度280 ℃，四極桿溫度150℃；溶劑延遲時間為3.75 min；掃描方式為全掃描模式(SCAN)與選擇離子監(jiān)測模式(SIM)同時進(jìn)行，SCAN掃描范圍(m/z) 50～350，SIM監(jiān)測離子為m/z 241，184，226，199 ；定量離子m/z 184。

2 結(jié)果與分析

2.1 撲草凈標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及標(biāo)準(zhǔn)曲線

用電子天平準(zhǔn)確稱取200 mg撲草凈標(biāo)準(zhǔn)品，用乙酸乙酯溶于200 mL容量瓶，得1000 mg/L撲草凈標(biāo)準(zhǔn)儲備液。然后用正己烷逐級稀釋為1.0，2.0，4.0， 6.0，8.0，10.0 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

按1.4.1儀器工作條件對撲草凈標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，以撲草凈的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，對應(yīng)的色譜峰面積為縱坐標(biāo)繪標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖1。結(jié)果表明：撲草凈在0～10 mg/L范圍內(nèi)線性良好，線性回歸方程為y=273058x-11109，相關(guān)系數(shù)為0.9998。方法的檢出限為0.002 mg/L。

圖1 撲草凈的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig. 1 The standard curve of prometryn

2.2 加標(biāo)回收率

取 70 mL空白水樣 3份，分別加入0.070、0.056、0.084 mL的1000 mg/L撲草凈標(biāo)準(zhǔn)溶液；稱取3份2 g植物樣品，分別加入0.070、0.056、0.084 mL的1000 mg/L撲草凈標(biāo)液；每個添加水平重復(fù)3次，按未加標(biāo)樣品處理步驟和測定方法對加標(biāo)樣品進(jìn)行處理和測定，測定結(jié)果見表1。

表1 加標(biāo)回收率Table 1 The adding standard recovery

撲草凈在樣品中的回收率在91.34%～116.69%之間，平均回收率為107.70%，說明整個樣品采集和撲草凈的提取過程精密、準(zhǔn)確，相對誤差較小，該方法能夠準(zhǔn)確測定水溶液及植物樣品中撲草凈的濃度。

2.3 營養(yǎng)液中撲草凈濃度動態(tài)

如圖2所示，在所有處理中，撲草凈在營養(yǎng)液中的濃度從第0天到第30天顯著下降（P＜0.01）。前6 d種植香根草和未種植香根草之間，營養(yǎng)液中撲草凈濃度沒有顯著差異(P＞0.05)。第6天之后，種植香根草與未種植香根草相比，種植香根草處理的營養(yǎng)液中撲草凈濃度比未種植香根草處理顯著降低(P＜0.01)，表明香根草對溶液中撲草凈的吸收去除有顯著影響。在無香根草組，添加腐植酸和未添加腐植酸處理，撲草凈在營養(yǎng)液中的濃度差異不顯著(P＞0.05)，說明腐植酸對水溶液中撲草凈的去除作用不顯著。種植香根草組，添加腐植酸和不添加腐植酸對撲草凈在營養(yǎng)液中的濃度影響不顯著(P＞0.05)，說明腐植酸對香根草吸收去除撲草凈的作用影響不顯著。

圖2 營養(yǎng)液中撲草凈隨時間變化的殘留濃度動態(tài)Fig. 2 The concentration of prometryn in nutrient solution changed with time

如圖3所示，溶液中撲草凈的濃度和采樣時間的關(guān)系符合一級動力學(xué)方程(x為采樣時間，y為該時間對應(yīng)的撲草凈濃度)。從撲草凈濃度變化的一級動力學(xué)方程可以看出，在未種植香根草的兩組處理中，添加腐植酸處理的撲草凈降解半衰期比未添加腐植酸處理增加了1.21 d，無顯著差異（P＞0.05）。在種植香根草的兩組處理中，添加腐植酸處理的撲草凈降解半衰期比未添加腐植酸處理增加了0.24 d，無顯著差異（P＞0.05），說明腐殖酸不能顯著影響香根草對溶液中撲草凈的去除效率。綜上所述，認(rèn)為初始濃度為200 mg/L的腐殖酸，不能顯著影響撲草凈在溶液的自然降解，也不能顯著影響香根草對溶液中撲草凈的去除。

圖3 營養(yǎng)液中撲草凈隨時間變化的去除動態(tài)和動力學(xué)方程Fig. 3 The dynamic removed equations of prometryn in nutrient solution changed with time

營養(yǎng)溶液中撲草凈的去除率隨時間變化規(guī)律如表2。

表2 營養(yǎng)液中撲草凈的去除率Table 2 The rate of prometryn removal from nutrient solution%

從表2可知：在第30天，未種植香根草的兩組處理中，未添加腐植酸的營養(yǎng)液中撲草凈去除率為59.50%，添加腐植酸的營養(yǎng)液中撲草凈的去除率為54.6%，差異不顯著（P＞0.05）。種植香根草的兩組處理中，添加腐植酸的營養(yǎng)液中撲草凈的去除效率為84.5%，比未添加腐植酸的營養(yǎng)液中撲草凈的去除效率（83.7%）高0.72%，差異不顯著（P＞0.05），說明添加腐殖酸對香根草去除營養(yǎng)液中撲草凈的效率影響不顯著。

2.4 香根草根和莖葉中撲草凈的濃度動態(tài)

如圖4所示，有無腐殖酸的2組處理中，香根草根系中撲草凈的濃度變化趨勢一致。在實驗6～12 d，撲草凈在香根草根系中的濃度出現(xiàn)第1個峰值，并且在第6天，無腐殖酸處理組撲草凈的濃度顯著高于有腐植酸處理組(P＜0.01)。第24天時，撲草凈在香根草根系中的濃度出現(xiàn)第2個峰值，添加腐植酸的處理中根系中撲草凈濃度（1.347 mg/kg）高于未添加腐植酸的香根草根系中撲草凈濃度（1.232 mg/kg），但差異不顯著(P＞0.05)。其余采樣時間撲草凈濃度在兩組不同處理中差異不顯著(P＞0.05)，但添加腐殖酸組撲草凈的濃度平均高于未添加腐殖酸組。說明腐植酸能促進(jìn)香根草根系對營養(yǎng)液中撲草凈的吸收。

圖4 香根草根系中撲草凈濃度動態(tài)Fig. 4 The kinetic uptake of prometryn by the root of vetiver grass

如圖5所示，香根草莖葉撲草凈濃度在兩組不同處理中變化趨勢相一致。在第6天，未添加腐植酸處理的香根草莖葉中撲草凈濃度顯著高于添加腐植酸的處理(P＜0.05)，其余幾天濃度差異不顯著(P＞0.05)。但未添加腐植酸處理的香根草莖葉中撲草凈濃度全部高于添加腐植酸的處理（第12天濃度相等除外），表明添加腐植酸反而抑制了香根草對撲草凈從根系到莖葉的轉(zhuǎn)移。

圖5 香根草莖葉中撲草凈濃度動態(tài)Fig. 5 The kinetic uptake of prometryn by the shoot of vetiver grass

撲草凈在香根草體內(nèi)的轉(zhuǎn)移系數(shù)（轉(zhuǎn)移系數(shù)=莖葉中撲草凈的濃度/根中撲草凈的濃度）隨時間的變化如表3所示。第12天，添加腐植酸組香根草的轉(zhuǎn)移系數(shù)高于未添加腐植酸組，其余各天添加腐植酸組香根草的轉(zhuǎn)移系數(shù)均低于未添加腐植酸組，說明添加腐植酸抑制了香根草對撲草凈從根系到莖葉的轉(zhuǎn)移。

表3 撲草凈在香根草根系到莖葉的轉(zhuǎn)移系數(shù)Table 3 Transfer coefficient of prometryn from roots to shoots in vetiver grass

3 結(jié)論與討論

添加腐殖酸（200 mg/L）能顯著提高香根草根系對水溶液中撲草凈的吸收，特別是在第6天，根系中的撲草凈提高了50%，但從根系轉(zhuǎn)移到莖葉中被顯著抑制。未種植香根草的對照處理組，添加腐植酸對溶液中撲草凈的去除作用影響不顯著（P＞0.05）。添加腐殖酸對溶液中撲草凈的去除效果無顯著影響（P＞0.05）。

研究表明：腐殖酸與農(nóng)藥分子之間所發(fā)生的廣泛的作用力，可能會對農(nóng)藥的降解出現(xiàn)促進(jìn)或抑制作用[28]。張珽[29]的研究表明溶解態(tài)的腐殖酸對涕滅威及其砜和亞砜的水解起抑制作用。李紹峰等[30-32]的研究表明腐殖酸對撲草凈降解的影響表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)、高濃度抑制。趙倩等[33]研究發(fā)現(xiàn)腐殖酸能夠增加斑馬魚染毒初期(第1天和第5天)體內(nèi)撲草凈的富集量，而在染毒的中后期(10～40 d)會降低撲草凈在魚體內(nèi)的富集量。劉琳等[34]研究發(fā)現(xiàn)不同特性的腐殖酸對作物對砷的吸收和向地上部分轉(zhuǎn)移會出現(xiàn)抑制或促進(jìn)的作用。朱昱豪等[35]的研究發(fā)現(xiàn)高濃度腐殖酸會抑制李氏禾（Leersi ahexandra）對銅和鎳的吸收，低濃度腐殖酸可促進(jìn)李氏禾對銅和鎳的吸收并能夠更好地促進(jìn)李氏禾對銅和鎳的轉(zhuǎn)運。腐殖酸對香根草吸收和轉(zhuǎn)移溶液中的撲草凈的效率還可能與添加腐殖酸的濃度有關(guān)，溶液中撲草凈的去除效果還受植物的生物量和種植密度等影響。因此，還需要進(jìn)行更進(jìn)一步的研究，找出關(guān)鍵的影響因素，得出腐殖酸對溶液中撲草凈去除的影響規(guī)律。