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.湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128；2.中國水利水電科學研究院水環境研究所，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，湖水經由其東北面的岳陽城陵磯注入長江，面積約為4 040 km2。湖內物種資源豐富，如經濟魚種(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、苧麻和湘蓮生產基地。然而在改革開放不斷深入的背景下，洞庭湖區的經濟發展模式在為其創造經 濟成果時，也對環境產生了一定的負面影響，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，約1.5萬平方公里的稻田、池塘和灘涂持續使用了幾十年[1]，PCP已成為了洞庭湖區的主要有機污染物之一。由于PCP的長殘留特性和毒性，PCP被包括我國在內的許多國家列為環境優先監測污染物之一[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濟魚類進行采樣分析，對比其五氯酚的含量，發現了魚體和底泥中的五氯酚含量遠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論。20世紀90年代鄭星泉等人的調查顯示[4]，全國血吸蟲病流行區五氯酚在底泥中的含量的中位數是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，這說明洞庭湖區底泥中五氯酚的污染水平遠高于國內其他地區。由此可以看出，對PCP環境行為和修復治理的研究已經迫在眉睫。

高羊茅(Testuca arundinacea) 為禾本科地被植物，其優點是耐踐踏，抗逆性強，在長江中下游地區，尤其是洞庭湖區分布較廣，在土壤改良等方面也有相關應用[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被PCP污染的土壤提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試藥劑：殺螺劑（某企業提供，主要成分為五氯酚鈉，化學式C6C15ONa，分子量288.30，其純品為白色針狀結晶，但其工業品為淡紅色鱗狀結晶，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（中國農科院），供試土壤由中國水利水電科學研究院水環境研究所在境內采集，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（替代內標，AccuStandard，美國）；硅烷化試劑BFSTATMCS(BFSTA:TMCS=99:1，J&K，USA)。

儀器設備：ASE(ase300 accelerated so lvent extractor，dionex公司 )；安捷倫6890-5975氣相色譜-質譜聯用儀（Agilent，美國）；MILLIQ超純水系統，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）；旋轉蒸發儀(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備等。

1.2 試驗方法

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

采用土培盆栽實驗，將土壤樣品去雜物、風干、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，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，對土壤表層進行施藥。準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，施藥濃度根據張鴻滿等[9]人操作的現場噴灑濃度而設定。

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，加入4 g硅藻土，混勻后置于ASE上進行萃取，將萃取液放于旋轉蒸發儀上濃縮至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），將濃縮后的溶液轉入層析柱中，用100 m L(正己烷/二氯甲烷:v/v=9/1)進行淋洗2次，收集淋洗液于旋轉蒸發儀上濃縮至2～4 m L后，進行氮吹至近干，再用乙酸乙酯定容至500 μL，從中取50 μL與50 μL的硅烷化試劑進行衍生化反應，立即測定。

1.2.3 GC-MS檢測條件 氣相色譜-質譜聯用儀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，進樣量：1 μL，進樣口溫度：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

實驗結果如圖1所示，在施藥前，五氯酚在植物體內的含量未檢出，施藥后，五氯酚在植物體內的含量隨時間增加而增大，到30 d時，各濃度處理組均達最大，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，五氯酚的含量達到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，其差異性均達到極顯著水平(P<0.01)，在相同天數下，在施藥量為20 g/m2的處理組中植物體內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

實驗結果如圖2所示，在施藥前，五氯酚在土壤內的含量未檢出，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，五氯酚的含量達到77.44 mg/g，其差異性在1，15，30 d均達極顯著水平(P<0.01)，45 d達到顯著水平(P<0.05)，且在相同天數下，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

實驗結果如圖3所示，在施藥前，五氯酚在土壤內的含量未檢出，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達顯著水平(P<0.05)，15，30，45 d均達到極顯著水平(P<0.01)，且在相同天數下，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

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達到最大值，其中，以10 g/m2的處理組最大，達到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，植物體內五氯酚開始呈上升趨勢，當施藥30 d后，五氯酚在植物體內的含量達到最大，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達到最大，而未種植高羊茅的土壤則在15 d達到最大，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達到最大，具體原因有待進一步研究。

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30 d達到最大，而在種植高羊茅的土壤1 d達到最大；從富集系數來看，高羊茅在30 d富集系數達到最大，也就是說此時，五氯酚在高羊茅植物體內和在其土壤內含量相差最大。

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