空心菜對(duì)水中3種除草劑的去除作用

黃曉麗，黃麗，高磊，陳中祥，王鵬，覃東立,2,*

1. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所，哈爾濱 150070 2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100141

除草劑(herbicide)是一類(lèi)用于選擇性地消滅或抑制植物生長(zhǎng)的農(nóng)藥。目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的除草劑具有毒性低和半衰期短的特點(diǎn)，但由于其使用量大且使用頻率高，導(dǎo)致了其在環(huán)境中的“持續(xù)性”存在。除草劑類(lèi)污染物已成為全球最普遍的有機(jī)污染物之一，主要來(lái)自于農(nóng)田退水、地表徑流和生產(chǎn)除草劑的工廠(chǎng)廢水排放等。不同區(qū)域的土壤/沉積物、地表水和地下水中均檢測(cè)到了這類(lèi)污染物的存在[1-3]，而此類(lèi)污染物導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題是當(dāng)前國(guó)際上環(huán)境污染防治的焦點(diǎn)。三嗪類(lèi)(阿特拉津、撲草凈等)、酰胺類(lèi)(乙草胺、丙草胺等)和取代雜環(huán)類(lèi)(惡草酮等)農(nóng)藥是我國(guó)用量較大的除草劑。我國(guó)東遼河流域旱田區(qū)地表水體中阿特拉津的濃度為9.71 μg·L-1，非旱田區(qū)地表水體中的濃度為8.85 μg·L-1[4]；東北地區(qū)水源水中乙草胺的最大濃度為1 054.90 ng·L-1[5]；我國(guó)重點(diǎn)流域地表水2013—2014年間檢測(cè)到的乙草胺最大殘留濃度為579.90 ng·L-1，惡草酮最大殘留濃度為32.60 ng·L-1[6]，某地淡水養(yǎng)殖池塘表層水體中阿特拉津、丙草胺、丁草胺和乙草胺的檢出率為100%，最大殘留量為1 671.30 ng·L-1[7]。除草劑類(lèi)污染物對(duì)水生生態(tài)環(huán)境中的魚(yú)類(lèi)、浮游生物及水生植物等具有一定毒性，例如，高濃度酰胺類(lèi)除草劑會(huì)抑制銅綠微囊藻的生長(zhǎng)，且該影響存在明顯的滯后效應(yīng)和劑量-效應(yīng)關(guān)系[8]；10%惡唑酰草胺乳油和13%惡草酮乳油對(duì)斑馬魚(yú)和羊角月牙藻的毒性分別為中毒和高毒[9]；阿特拉津脅迫60 d對(duì)菹草和穗花狐尾藻的生長(zhǎng)均具有顯著抑制作用[10]。總體而言，上述除草劑在我國(guó)地表水環(huán)境中普遍存在并具有潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

水體中的有機(jī)污染物可通過(guò)水生植物轉(zhuǎn)移或吸收固定、根系微生物作用等方式被去除。濕地植物或水生植物的吸附和吸收作用在緩解和消除農(nóng)藥面源污染的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用[11]。濕地植物的存在能夠吸附甲基對(duì)硫磷[12]和毒死蜱[13]，限制其從水相轉(zhuǎn)移至固相中。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水生植物去除農(nóng)藥的能力進(jìn)行了相關(guān)的研究，證實(shí)鳳眼蓮可提高水溶液中甲基對(duì)硫磷、乙硫磷、三氯殺螨醇和三氟氯氰菊酯的降解速度[14-15]；水蔥、香蒲和石菖蒲均能顯著促進(jìn)水溶液中樂(lè)果的降解，去除能力為水蔥>香蒲>石菖蒲[16]；水生鳶尾、水蔥和菖蒲水培系統(tǒng)中毒死蜱的去除率顯著高于無(wú)植物對(duì)照[17]；虉草[18]、香蒲[19]和蘆葦[20]等水生植物均被證明可以吸附和吸收農(nóng)藥；菹草和穗花狐尾藻體內(nèi)的谷胱甘肽對(duì)阿特拉津及其產(chǎn)生的活性氧具有一定去除作用，并通過(guò)合成共軛物來(lái)緩解阿特拉津?qū)Τ了参锏亩竞10]。

蕹菜，俗稱(chēng)空心菜，其耐受性強(qiáng)、生長(zhǎng)迅速、根系發(fā)達(dá)，對(duì)土壤或水體中氮、磷、重金屬和有機(jī)物等污染物去除效果顯著[21-22]，已被廣泛應(yīng)用于污染土壤或水體的修復(fù)。本研究結(jié)合實(shí)際情況，以目前國(guó)內(nèi)普遍使用的丙草胺、丁草胺和惡草酮3種除草劑為研究對(duì)象，采用靜態(tài)水培法，考察了3種除草劑水溶液中空心菜的生長(zhǎng)狀況，監(jiān)測(cè)了空心菜-水體系中3種除草劑濃度的梯度變化。在此基礎(chǔ)上，研究了空心菜促進(jìn)除草劑去除的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，旨在為有機(jī)污染水體修復(fù)提供參考數(shù)據(jù)及科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)植物為大葉白?？招牟?，空心菜種子在無(wú)污染物的溫室條件下土培培養(yǎng)4周以上。選取長(zhǎng)勢(shì)一致、生長(zhǎng)良好的土培植株(徑高15.62 cm±3.43 cm)，用去離子水洗凈根部，然后移入無(wú)污染的霍格蘭氏營(yíng)養(yǎng)液中預(yù)培養(yǎng)7 d，待長(zhǎng)出新根后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)[23]。

7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(安捷倫科技有限公司，美國(guó))；N-EVAPTM 112氮吹儀(Organomation Associate公司，美國(guó))；PB 602-N電子天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司，中國(guó))；KQ 700E超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司，中國(guó))；Syncore多樣品定量濃縮/平行蒸發(fā)儀(瑞士步琦有限公司，瑞士)。XEVO TQ-S超高效液相色譜-串聯(lián)三重四級(jí)桿質(zhì)譜儀(沃特世科技有限公司，美國(guó))，配有ESI離子源；Infinity 5010氮?dú)獍l(fā)生器(畢克氣體儀器貿(mào)易有限公司，英國(guó))；ASE350加速溶劑萃取儀(賽默飛世爾科技有限公司，美國(guó))；Milli-Q超純水機(jī)(密理博有限公司，美國(guó))。丙草胺和丁草胺標(biāo)準(zhǔn)品均購(gòu)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；惡草酮標(biāo)準(zhǔn)品溶液濃度為100 μg·mL-1，購(gòu)自農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所。二氯甲烷、乙腈、正己烷、環(huán)己烷、乙酸乙酯和甲醇均為質(zhì)譜純，購(gòu)自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；無(wú)水硫酸鈉(650 ℃烘烤2 h)和霍格蘭氏營(yíng)養(yǎng)液配制所用的試劑均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)除草劑在田間施用濃度，農(nóng)藥濃度設(shè)置50、100、250、500和1 000 μg·L-1。在燒杯中加入2.0 L含不同濃度農(nóng)藥的霍格蘭氏營(yíng)養(yǎng)液，移入經(jīng)過(guò)預(yù)培養(yǎng)長(zhǎng)勢(shì)一致的水培空心菜植株，在室內(nèi)臨窗自然光條件下培養(yǎng)。為了避免微生物對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，培養(yǎng)液中加入10 mg·L-1氨芐青霉素。每個(gè)濃度設(shè)置不加植物只加農(nóng)藥的空白對(duì)照，考察水溶液中受試農(nóng)藥的自然降解情況，對(duì)比分析植物對(duì)水溶液中受試農(nóng)藥的去除情況；設(shè)置不加農(nóng)藥只加植物的對(duì)照組，以對(duì)比植物在有無(wú)農(nóng)藥條件下的生長(zhǎng)狀況，每個(gè)處理組設(shè)3個(gè)平行。調(diào)節(jié)各實(shí)驗(yàn)組營(yíng)養(yǎng)液初始pH為6.8±0.3。每24 h向各處理組添加配制好的營(yíng)養(yǎng)液并混合均勻，保持培養(yǎng)液體積不變。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，分別在培養(yǎng)0、1、2、3、5、7、10和16 d采集水體樣品，測(cè)定水體中農(nóng)藥殘留濃度，比較空心菜對(duì)不同農(nóng)藥的去除效果并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。在培養(yǎng)第17天取出植物，測(cè)定空心菜不同組織部位中3種農(nóng)藥的殘余量。

1.3 水溶液中除草劑殘留分析

取5 mL采集的水樣，過(guò)膜，稀釋?zhuān)褂肞EP小柱富集。PEP小柱依次用5 mL甲醇和超純水活化。富集好的小柱使用10 mL丙酮和5 mL二氯甲烷洗脫，洗脫液經(jīng)無(wú)水硫酸鈉脫水后氮吹，正己烷定容至1 mL，過(guò)0.22 μm濾膜，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)溶液中的乙草胺和丙草胺定量分析[24]。取1 mL采集的水樣，稀釋后濾紙過(guò)濾，使用HLB固相萃取小柱富集。HLB固相萃取小柱依次用2 mL甲醇和超純水活化。富集好的小柱使用1.0 mL的體積分?jǐn)?shù)為3%的甲醇水溶液和1.0 mL乙腈洗脫，氮吹，定容至1 mL，過(guò)0.22 μm濾膜，利用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析惡草酮的濃度[25]。

1.4 空心菜體內(nèi)除草劑殘留分析

稱(chēng)取剪碎的空心菜樣品5 g(精確至0.001 g)，與5 mL超純水、2 g NaCl和10 mL乙腈混勻，旋渦2 min后超聲萃取2 h，再加入10 mL二氯甲烷，旋渦2 min后離心收集上清液。使用弗羅里硅土固相柱富集，10 mL二氯甲烷和正己烷混合液(V∶V=1∶9)洗脫，洗脫液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至約0.5 mL，加正己烷定容至1 mL，過(guò)0.22 μm濾膜，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀定量分析乙草胺和丙草胺的濃度。準(zhǔn)確稱(chēng)取剪碎的空心菜樣品5 g(精確至0.001 g)，加20 mL環(huán)己烷和乙酸乙酯混合液(V∶V=1∶2)，渦旋2 min后超聲萃取10 min。采用C18固相萃取柱對(duì)樣品進(jìn)行凈化處理，流動(dòng)相定容，利用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析惡草酮的濃度。

1.5 質(zhì)量控制

為保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和真實(shí)性，從玻璃儀器的清洗、采樣介質(zhì)前處理到樣品的采集、保存和萃取等全過(guò)程都嚴(yán)格按照美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(US EPA)的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制(QA/QC)要求進(jìn)行操作和監(jiān)控。檢測(cè)過(guò)程中加入平行樣品和溶劑空白樣品，進(jìn)行加標(biāo)回收率檢測(cè)。經(jīng)檢驗(yàn)，溶劑空白樣品中目標(biāo)化合物濃度絕大多數(shù)低于檢測(cè)限；水體中農(nóng)藥的平均回收率為72%～114%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為4.0%～13.5%；植物中農(nóng)藥的平均回收率為70%～119%，RSD為1.5%～14.6%。方法對(duì)水體中農(nóng)藥的檢出限：丙草胺2 ng·L-1，丁草胺2 ng·L-1，惡草酮0.15 ng·L-1。植物中農(nóng)藥的檢出限：惡草酮、丙草胺和丁草胺均為0.5 μg·kg-1。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用相對(duì)生長(zhǎng)速率(RGR)(d-1)來(lái)衡量空心菜經(jīng)不同濃度農(nóng)藥培養(yǎng)前后的生長(zhǎng)狀況[26]。

RGR=(lnW2-lnW1)/t

式中：W1和W2分別為第1次和第2次測(cè)定時(shí)的植物干重(g)，t為2次測(cè)定間隔的時(shí)間。

數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，運(yùn)用SPSS 20.0中的單因素方差分析(One way ANOVA)對(duì)不同濃度除草劑對(duì)空心菜生物量變化及其吸收累積差異性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果(Results)

2.1 空心菜在3種除草劑溶液中的生長(zhǎng)情況

水培條件下，在不同濃度的丙草胺和丁草胺溶液中空心菜均能正常生長(zhǎng)，在16 d的培養(yǎng)中長(zhǎng)勢(shì)良好，生長(zhǎng)旺盛(表1)，單株植物的平均莖葉生物量和總生物量均在50 μg·L-1水溶液中達(dá)到最高值。其中，平均莖葉生物量分別為1.73 g和2.23 g，平均總生物量分別為2.34 g和2.96 g。不同濃度的丙草胺和丁草胺溶液培養(yǎng)下，空心菜的平均莖葉生物量、根生物量和總生物量均具有顯著性差異(P<0.05)。在50～100 μg·L-1丙草胺溶液中培養(yǎng)下，空心菜3種生物量均高于對(duì)照組，但不具有顯著性差異(P>0.05)；較高濃度(250～1 000 μg·L-1)丙草胺溶液抑制了空心菜的生長(zhǎng)，平均根生物量和總生物量均顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。低濃度(50～100 μg·L-1)丁草胺溶液促進(jìn)了空心菜的生長(zhǎng)，3種生物量均顯著高于對(duì)照組(P<0.05)；高濃度(500～1 000 μg·L-1)丁草胺溶液抑制了空心菜的生長(zhǎng)，3種生物量均低于對(duì)照組，其中根生物量與對(duì)照組具有顯著性差異(P<0.05)。

在50 μg·L-1惡草酮水溶液中，單株植物的平均莖葉生物量和總生物量達(dá)到最大值，分別為1.74 g和1.89 g。較高濃度惡草酮溶液(≥250 μg·L-1)培養(yǎng)下，空心菜在實(shí)驗(yàn)初期就出現(xiàn)枯黃現(xiàn)象，并逐漸枯萎死亡；在較低濃度(≤100 μg·L-1)的惡草酮溶液中，空心菜初期能夠正常生長(zhǎng)，但實(shí)驗(yàn)?zāi)┢诔霈F(xiàn)枯黃現(xiàn)象，部分死亡。在不同濃度(50 μg·L-1和100 μg·L-1)惡草酮溶液培養(yǎng)下，空心菜的平均莖葉生物量、根生物量和總生物量均具有顯著性差異(P<0.05)。低濃度(50～100 μg·L-1)惡草酮溶液即可抑制空心菜的生長(zhǎng)，根生物量和總生物量均顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。相同除草劑濃度下，空心菜的總生物量由大到小的順序?yàn)槎〔莅?丙草胺>惡草酮。

相同濃度條件下，空心菜的RGR由大到小的順序?yàn)槎〔莅?丙草胺>惡草酮?？招牟嗽诘谋莅泛投〔莅啡芤号囵B(yǎng)中長(zhǎng)勢(shì)較快，在50 μg·L-1濃度下達(dá)到最高RGR，分別為0.13 d-1和0.14 d-1?？招牟说腞GR隨著除草劑濃度的增加而逐漸降低。在50 μg·L-1和100 μg·L-1惡草酮溶液中，空心菜的生長(zhǎng)均比在其他2種除草劑溶液中的生長(zhǎng)慢，RGR分別為0.11 d-1和0.092 d-1，顯著低于同濃度下的丙草胺和丁草胺溶液中的RGR(P<0.05)。

表1 不同除草劑對(duì)空心菜生長(zhǎng)的影響Table 1 Effect of different herbicides on the growth of water spinach

在16 d的培養(yǎng)中，不同除草劑及不同濃度培養(yǎng)條件下，空心菜的根系生長(zhǎng)情況不同。在所有濃度的丙草胺和丁草胺溶液中，空心菜根系生長(zhǎng)旺盛，較發(fā)達(dá)，產(chǎn)生了大量不定根。在較低濃度(≤100 μg·L-1)惡草酮溶液中，空心菜的根系也有所生長(zhǎng)，但有部分根出現(xiàn)腐爛死亡，這可能與其惡草酮對(duì)空心菜的毒性有關(guān)?？傮w上，空心菜的根能夠在丙草胺、丁草胺和低濃度惡草酮溶液中生長(zhǎng)，單株根系的平均生物量在50 μg·L-1濃度下達(dá)到最大值，分別為0.51、0.62和0.24 g。在相同除草劑濃度下，根生物量由大到小的順序?yàn)槎〔莅?丙草胺>惡草酮，且差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

2.2 空心菜對(duì)水溶液中3種農(nóng)藥去除效果的比較

經(jīng)過(guò)16 d的培養(yǎng)(圖1(a))，空心菜對(duì)丙草胺、丁草胺和惡草酮的平均去除率分別為87.37%、97.09%和33.47%，顯著高于無(wú)植物對(duì)照組(P<0.05)，丙草胺、丁草胺和惡草酮的光解和水解貢獻(xiàn)率分別為22.19%、26.60%和22.97%(圖1(a))。隨著水溶液中丙草胺和丁草胺濃度的增加，兩者去除率逐漸降低(圖1(a)～圖1(d))。在500 μg·L-1濃度下，空心菜對(duì)丙草胺的去除率顯著降低(P<0.05)，當(dāng)溶液濃度達(dá)到1 000 μg·L-1時(shí)，去除率僅為65.15%。丁草胺的去除率在1 000 μg·L-1濃度下為86.52%，與50～500 μg·L-1培養(yǎng)濃度下的去除率相比顯著降低(P<0.05)?？招牟藢?duì)3種除草劑的去除效果由大到小依次為：丁草胺>丙草胺>惡草酮。結(jié)合植物生長(zhǎng)情況分析，空心菜去除這3種除草劑的能力與植物的生長(zhǎng)狀況密切相關(guān)。在相同除草劑濃度條件下，丁草胺溶液中的空心菜生長(zhǎng)狀況最好，相應(yīng)的除草劑去除效率最高。

圖1 空心菜對(duì)3種除草劑的去除率Fig. 1 Removal efficiency of three herbicide cultivated with water spinach

2.3 水溶液中3種除草劑的去除動(dòng)力學(xué)過(guò)程

水溶液中3種除草劑濃度下降過(guò)程如圖2所示。在不同起始濃度條件下，水溶液中的丙草胺和丁草胺在前72 h去除速率較快。空心菜對(duì)3種除草劑的去除效率由大到小的順序?yàn)槎〔莅?丙草胺>惡草酮。在實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)方程ct=c0e-kt能夠較好地模擬丙草胺和丁草胺在水溶液中的去除過(guò)程，擬合參數(shù)如表2所示。水溶液中惡草酮的去除速率較慢，濃度起伏變化較大，無(wú)明顯趨勢(shì)，其去除過(guò)程擬合結(jié)果不符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)方程。起始濃度對(duì)水溶液中3種除草劑的去除有一定的影響，反應(yīng)速率常數(shù)呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)?shù)陀谀碀舛葧r(shí)(丙草胺≤250 μg·L-1，丁草胺≤100 μg·L-1)，反應(yīng)速率常數(shù)逐漸上升，當(dāng)超過(guò)一定濃度時(shí)(≥500 μg·L-1)則相反。起始濃度為250 μg·L-1時(shí)，丙草胺反應(yīng)速率常數(shù)達(dá)到最大值0.0357；起始濃度為1 000 μg·L-1時(shí)，丙草胺反應(yīng)速率常數(shù)達(dá)到最小值0.0032。丁草胺反應(yīng)速率常數(shù)在100 μg·L-1起始濃度下達(dá)到最大值0.148，1 000 μg·L-1時(shí)達(dá)到最小值0.0302。

圖2 培養(yǎng)空心菜的水溶液中丙草胺和丁草胺濃度變化圖Fig. 2 The concentrations of pretilachlor and butachlor in water cultivate with water spinach

2.4 空心菜對(duì)3種農(nóng)藥的吸收與累積

在不同濃度除草劑溶液培養(yǎng)下，空心菜的根、莖和葉中除草劑殘留情況如圖3所示。3種除草劑在空心菜中殘留濃度由大到小的順序?yàn)楸莅?丁草胺>惡草酮。丙草胺和丁草胺在空心菜不同組織中殘留量均表現(xiàn)出相同的規(guī)律，主要集中在根系，莖和葉中較少，按從大到小的順序?yàn)椋焊?莖>葉。培養(yǎng)16 d后，不同濃度下的丙草胺在空心菜的根、莖和葉中的殘留濃度范圍分別為9.46～284.80、1.092～24.83和0.64～1.24 μg·kg-1。不同濃度下的丁草胺在空心菜的根、莖和葉中的殘留濃度范圍分別為0.90～114.00、0.51～6.46和0.097～0.670 μg·kg-1。在實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)水溶液中的丙草胺和丁草胺濃度變化對(duì)吸收富集量影響較大，處理濃度越高，空心菜根和莖中的殘留濃度越大，但葉片中的殘留濃度變化不大，且根系中殘留濃度顯著大于莖和葉(P<0.05)。惡草酮在空心菜的根、莖和葉中的殘留濃度也表現(xiàn)為根>莖>葉，殘留濃度范圍分別為4.92～3.60、3.56～3.79和1.05～2.48 μg·kg-1，根與葉中的殘留濃度差異顯著(P<0.05)，且隨處理濃度增加而無(wú)明顯變化。

表2 不同處理下2種除草劑去除曲線(xiàn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合參數(shù)Table 2 Parameters of removal kinetics of two herbicides in different treatments

圖3 空心菜中3種除草劑的殘留濃度Fig. 3 Residual concentration of three herbicides in water spinach

3 討論(Discussion)

不同種植物對(duì)除草劑的敏感性差異較大[27]。丙草胺和丁草胺為內(nèi)吸傳導(dǎo)性氯代酰胺類(lèi)除草劑，此類(lèi)除草劑的選擇性較高，對(duì)稗草等禾本科雜草有特效，對(duì)水稻等其他作物安全[28]。在本研究實(shí)驗(yàn)濃度下，雖然與水稻等生長(zhǎng)特性存在一定差異，但空心菜在不同實(shí)驗(yàn)濃度的丙草胺和丁草胺溶液中生長(zhǎng)狀態(tài)良好，根系發(fā)達(dá)，成活率為100%。惡草酮為觸殺型有機(jī)雜環(huán)類(lèi)除草劑，空心菜對(duì)其較為敏感，在較高惡草酮濃度(≥250 μg·L-1)下全部死亡，只能在≤50 μg·L-1條件下正常生長(zhǎng)。盡管除草劑對(duì)其他植物的作用較小，但由于施用劑量、環(huán)境條件等因素的影響，仍會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響，造成植株矮化、生長(zhǎng)緩慢和根系活力降低等[29-31]。在本研究中，低濃度(50～100 μg·L-1)的丙草胺和丁草胺溶液促進(jìn)了空心菜的生長(zhǎng)，但隨著丙草胺和丁草胺實(shí)驗(yàn)濃度的升高，空心菜莖葉和根的生長(zhǎng)量逐漸降低，生長(zhǎng)受到抑制。這一結(jié)果與丁草胺對(duì)濕地蘆葦與水稻的影響相似，隨著丁草胺處理濃度的增加(360～1 440 μg·L-1)，蘆葦植株增長(zhǎng)量降低[29]，丁草胺在6.88 μmol·L-1濃度時(shí)引起水稻根生長(zhǎng)抑制和總植株干重下降[30]。丁草胺暴露(>5 mg·L-1)會(huì)破壞黑麥草幼苗細(xì)胞和妨礙細(xì)根的生長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致植物發(fā)育遲緩[31]。

本研究添加了氨芐青霉素來(lái)抑菌，且高濃度農(nóng)藥對(duì)微生物的活性有一定的抑制作用[29,32-33]，因此，分析時(shí)忽略了體系內(nèi)微生物的作用。考慮到氨芐青霉素并不能抑制所有微生物的生長(zhǎng)，本研究中微生物仍會(huì)起到一定作用。其他水生植物對(duì)除草劑去除的研究結(jié)果表明[17]，非抑菌條件下微生物對(duì)農(nóng)藥的降解貢獻(xiàn)率相對(duì)較小，植物仍起主導(dǎo)作用。本實(shí)驗(yàn)中空心菜處理組的除草劑去除效率顯著高于無(wú)植物對(duì)照組，表明空心菜的吸附、吸收、代謝與富集作用的確可以加速水溶液中3種除草劑的去除，縮短其在水溶液中的半衰期。已有研究表明，植物生長(zhǎng)能夠增強(qiáng)丁草胺在小麥根圍區(qū)域的降解[34]；蘆葦、茭白和菖蒲被證實(shí)可用于丁草胺降解，且菖蒲的降解效率最高[27]。

與惡草酮相比，空心菜對(duì)丙草胺和丁草胺的敏感性較低，具有一定耐藥性，但耐藥程度有限，這在空心菜對(duì)丙草胺和丁草胺的去除反應(yīng)速率常數(shù)與除草劑濃度關(guān)系上體現(xiàn)較為明顯。高濃度下(≥1 000 μg·L-1)，空心菜的相對(duì)生長(zhǎng)速率和對(duì)除草劑的去除反應(yīng)速率常數(shù)均受到顯著影響。水溶液中除草劑的去除主要通過(guò)植物的吸收與代謝來(lái)實(shí)現(xiàn)，根系受損將影響體系內(nèi)除草劑的去除。研究證實(shí)，高濃度丁草胺暴露下，植物細(xì)根生長(zhǎng)會(huì)受到抑制進(jìn)而影響其生長(zhǎng)與發(fā)育[31]。除草劑的選擇性及植物對(duì)不同除草劑的敏感性差異可歸因于對(duì)除草劑的代謝機(jī)制不同。代謝能力較強(qiáng)的植物，除草劑在其體內(nèi)的半衰期更短，如小麥(wheat)、燕麥(oats)和大麥(barley)能夠快速代謝綠磺??；水稻具有較高的代謝乙氧苯草胺和苯噻酰草胺的能力[35]。丙草胺和丁草胺在空心菜體內(nèi)代謝可能是導(dǎo)致其莖葉中殘留量較低的主要原因。

在同一濃度下，丁草胺溶液中培養(yǎng)的空心菜的根生長(zhǎng)量高于丙草胺溶液中培養(yǎng)的，與除草劑的去除效率趨勢(shì)相同。這表明，植物的吸收、吸附和富集作用與植物的生長(zhǎng)狀況和根系發(fā)達(dá)程度有關(guān)[23,36]。與溴化1-丁基-3-甲基咪唑離子[37]和重金屬[38]等污染物相同，丙草胺、丁草胺和惡草酮在空心菜體內(nèi)積累的主要器官也是根系，主要是因?yàn)樵谒芤褐?，根系直接接觸除草劑，根是其進(jìn)入空心菜體內(nèi)的首要門(mén)戶(hù)[38]。除草劑由根系向莖、葉傳遞過(guò)程中，含量越來(lái)越低，這與化合物在水中和在富含脂質(zhì)的細(xì)胞膜中的溶解性[39]和莖的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)能力有關(guān)[38]。此外，除草劑在空心菜莖葉中的殘留量也與植株和莖葉形態(tài)等因素有關(guān)，相同施藥條件下，葉片結(jié)構(gòu)不同可導(dǎo)致水稻植株中的農(nóng)藥殘留差異[40]。

綜上所示，本研究結(jié)果表明：

(1)低濃度(50～100 μg·L-1)丙草胺和丁草胺溶液能夠促進(jìn)空心菜的生長(zhǎng)，而高濃度(500～1 000 μg·L-1)培養(yǎng)下，空心菜莖葉和根的生長(zhǎng)量逐漸降低。惡草酮對(duì)空心菜毒性較大，只能在≤50 μg·L-1條件下正常生長(zhǎng)。

(2)空心菜明顯提高了水溶液中丙草胺、丁草胺和惡草酮的去除率，分別提高了65.19%、70.49%和10.50%。空心菜對(duì)3種除草劑的去除效果由大到小依次為：丁草胺>丙草胺>惡草酮。丙草胺和丁草胺的去除過(guò)程符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)方程，其去除反應(yīng)速率常數(shù)受除草劑濃度影響顯著。

(3)空心菜-水體系中，植物代謝、吸收與根系吸附在農(nóng)藥去除過(guò)程中占主導(dǎo)作用。3種除草劑在空心菜中殘留濃度由大到小的順序?yàn)楸莅?丁草胺>惡草酮，主要積累器官為根系?？招牟嗽诙〔莅啡芤褐械母L(zhǎng)量高于丙草胺溶液中培養(yǎng)的，與除草劑的去除效率趨勢(shì)相同，表明植物的吸收、吸附和富集作用與植物的生長(zhǎng)狀況和根系發(fā)達(dá)程度有關(guān)。