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. 西南林業大學生態與水土保持學院，云南 昆明650224；2. 云南農業大學植保學院，云南 昆明 650201；3. 西南林業大學濕地學院，云南 昆明650224；4. 西南林業大學風景園林學博士后流動站，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]，被廣泛應用于農田中雜草和水產養殖中藻類的去除[2]。撲草凈化學性質穩定，在水體、土壤和植物體中殘留期長[2]，也可通過滲透進入地下水，在水生動物及植物體內富集[3]，通過食物鏈進入人體，使人體內分泌紊亂，對人體健康危害極大[4]。目前撲草凈污染的修復方法多為微生物修復[5-6]，植物修復因其低成本，環境友好，適應范圍廣而逐漸受到關注[7]，但是關于影響撲草凈修復效果的研究較少。

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

腐植酸是動植物遺骸經過微生物的分解和轉化，以及地球化學的一系列過程造成和積累起來的一類大分子有機物質，其中含有大量的極性基團，對金屬離子有較強的吸附性能和絡合能力[19-20]，廣泛存在于各類型水域中，是影響環境生態平衡的重要因素，也是潛在的、可大力開發和綜合利用的有機資源[21]。近年來，腐植酸的開發利用工作取得了長足進步，研究發現使用腐殖酸可以促進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而提高植物對鉀的利用率[23]，可以加速植被生長，增強植物抗性[24-25]。現在腐殖酸也被廣泛應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藥的效果的影響研究鮮有報道。

根據課題組前期研究結果，香根草能夠顯著提高營養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利用，同時為植物修復水體中農藥污染提供基礎數據。

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，天津市風船化學試劑科技有限公司)。

1.1.2 實驗植物

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

1.2 實驗設計

設置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。每個處理設置3個重復。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，統一使用銨態氮營養液為培養液，每個桶以稱量法稱取2 L營養液。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桶及桶中剩余營養液稱量，用質量差法測定蒸騰耗水量，然后用銨態氮營養液補充到初始溶液量。用玻璃注射器準確取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?。簻蚀_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，將乙酸乙酯層轉移，再加入50 mL乙酸乙酯重復提取1次，最后將萃取液(乙酸乙酯層)合并，過無水硫酸鈉，轉移至旋轉蒸發瓶中，于40 ℃水浴旋轉蒸發至干，用3 mL正己烷溶解，過0.45 μm有機相濾膜，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，于超聲清洗機中超聲40 min，濾入250 mL平底燒瓶中，再用20 mL乙腈重復提取1次，合并提取液，于40 ℃水浴中旋轉蒸發至干，用3.0 mL正己烷溶解，過0.45 μm有機相濾膜，待測。

1.4 測定儀器及條件

用GC-MS(Agilent 7890B-5977MSD)進行定性和定量分析。儀器工作條件：氣相色譜參數：色譜柱HP-5MS毛細管色譜柱(30 m×0.32 mm i.d.×0.25 μm)；進樣口溫度260 ℃；不分流進樣，進樣量為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)與選擇離子監測模式(SIM)同時進行，SCAN掃描范圍(m/z) 50～350，SIM監測離子為m/z 241，184，226，199 ；定量離子m/z 184。

2 結果與分析

2.1 撲草凈標準溶液的配制及標準曲線

用電子天平準確稱取200 mg撲草凈標準品，用乙酸乙酯溶于200 mL容量瓶，得1000 mg/L撲草凈標準儲備液。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 的標準溶液。

按1.4.1儀器工作條件對撲草凈標準溶液進行測定，以撲草凈的質量濃度為橫坐標，對應的色譜峰面積為縱坐標繪標準曲線，見圖1。結果表明：撲草凈在0～10 mg/L范圍內線性良好，線性回歸方程為y=273058x-11109，相關系數為0.9998。方法的檢出限為0.002 mg/L。

圖1 撲草凈的標準曲線Fig. 1 The standard curve of prometryn

2.2 加標回收率

取 70 mL空白水樣 3份，分別加入0.070、0.056、0.084 mL的1000 mg/L撲草凈標準溶液；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撲草凈標液；每個添加水平重復3次，按未加標樣品處理步驟和測定方法對加標樣品進行處理和測定，測定結果見表1。

表1 加標回收率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、準確，相對誤差較小，該方法能夠準確測定水溶液及植物樣品中撲草凈的濃度。

2.3 營養液中撲草凈濃度動態

如圖2所示，在所有處理中，撲草凈在營養液中的濃度從第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 營養液中撲草凈隨時間變化的殘留濃度動態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系符合一級動力學方程(x為采樣時間，y為該時間對應的撲草凈濃度)。從撲草凈濃度變化的一級動力學方程可以看出，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 營養液中撲草凈隨時間變化的去除動態和動力學方程Fig. 3 The dynamic removed equations of prometryn in nutrient solution changed with time

營養溶液中撲草凈的去除率隨時間變化規律如表2。

表2 營養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液中撲草凈去除率為59.50%，添加腐植酸的營養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，添加腐植酸的營養液中撲草凈的去除效率為84.5%，比未添加腐植酸的營養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

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。說明腐植酸能促進香根草根系對營養液中撲草凈的吸收。

圖4 香根草根系中撲草凈濃度動態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移。

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

撲草凈在香根草體內的轉移系數（轉移系數=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移系數高于未添加腐植酸組，其余各天添加腐植酸組香根草的轉移系數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移。

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

3 結論與討論

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：腐殖酸與農藥分子之間所發生的廣泛的作用力，可能會對農藥的降解出現促進或抑制作用[28]。張珽[29]的研究表明溶解態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為低濃度促進、高濃度抑制。趙倩等[33]研究發現腐殖酸能夠增加斑馬魚染毒初期(第1天和第5天)體內撲草凈的富集量，而在染毒的中后期(10～40 d)會降低撲草凈在魚體內的富集量。劉琳等[34]研究發現不同特性的腐殖酸對作物對砷的吸收和向地上部分轉移會出現抑制或促進的作用。朱昱豪等[35]的研究發現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李氏禾對銅和鎳的吸收并能夠更好地促進李氏禾對銅和鎳的轉運。腐殖酸對香根草吸收和轉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，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，還需要進行更進一步的研究，找出關鍵的影響因素，得出腐殖酸對溶液中撲草凈去除的影響規律。