高羊茅对杀螺剂中五氯酚富集能力研究

彭 熙，赵高峰，铁柏清

（1.湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128；2.中国水利水电科学研究院水环境研究所，北京 100038）

洞庭湖是我国第二大淡水湖，位于长江中游，湘、资、沅、澧四水由南面、西面汇入其中，湖水经由其东北面的岳阳城陵矶注入长江，面积约为4 040 km2。湖内物种资源丰富，如经济鱼种(青、草、鲢、鳙等)、贝类(约有40种)，还有许多珍稀鱼类，如：有着活化石之称的中华鲟，还有鲥鱼、鳗鱼等。此外，还是商品粮、棉花、油菜、茶叶、苎麻和湘莲生产基地。然而在改革开放不断深入的背景下，洞庭湖区的经济发展模式在为其创造经 济成果时，也对环境产生了一定的负面影响，其中，五氯酚及其钠盐(PCP)由于其能灭杀血吸虫中间宿主—钉螺，20世纪50年代开始作为杀螺剂被广泛在长江中下游10多个省市(湖南，湖北，江西等)使用，尤其是在洞庭湖区，约1.5万平方公里的稻田、池塘和滩涂持续使用了几十年[1]，PCP已成为了洞庭湖区的主要有机污染物之一。由于PCP的长残留特性和毒性，PCP被包括我国在内的许多国家列为环境优先监测污染物之一[2]。

张兵等[3]人通过对洞庭湖湖水、底泥以及生长在不同深度的几种典型的淡水经济鱼类进行采样分析，对比其五氯酚的含量，发现了鱼体和底泥中的五氯酚含量远大于其在湖水中的含量，得出了鱼体和底泥对五氯酚具有富集作用的结论。20世纪90年代郑星泉等人的调查显示[4]，全国血吸虫病流行区五氯酚在底泥中的含量的中位数是4.62 ng/g，而洞庭湖底泥中的五氯酚含量比其高出其几十至上千倍，这说明洞庭湖区底泥中五氯酚的污染水平远高于国内其他地区。由此可以看出，对PCP环境行为和修复治理的研究已经迫在眉睫。

高羊茅(Testuca arundinacea) 为禾本科地被植物，其优点是耐践踏，抗逆性强，在长江中下游地区，尤其是洞庭湖区分布较广，在土壤改良等方面也有相关应用[5-7]，本研究选取高羊茅作为对象，研究其对杀螺剂中PCP的富集能力，为其是否可用于修复被PCP污染的土壤提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试药剂：杀螺剂（某企业提供，主要成分为五氯酚钠，化学式C6C15ONa，分子量288.30，其纯品为白色针状结晶，但其工业品为淡红色鳞状结晶，有特殊气味，易溶于水，溶于醇和丙酮，不溶于石油和苯）；

供试种子为高羊茅（中国农科院），供试土壤由中国水利水电科学研究院水环境研究所在境内采集，pH 7.6-7.8。

试剂与材料：乙酸乙酯、甲醇、（HPLC级，J.T.Baker，美国）、超纯水；2,4,6-三溴苯酚（替代内标，AccuStandard，美国）；硅烷化试剂BFSTATMCS(BFSTA:TMCS=99:1，J&K，USA)。

仪器设备：ASE(ase300 accelerated so lvent extractor，dionex公司 )；安捷伦6890-5975气相色谱-质谱联用仪（Agilent，美国）；MILLIQ超纯水系统，电阻率为18.1MΩ·cm；10孔固相萃取装置（Supelco，美国）；氮吹仪（Organomation，美国），冷冻干燥机（CHRIST，德国）；旋转蒸发仪(Heidolph laborota 4000-efficient,艾拓思公司)；HLB柱（500 mg/6 m L，Waters，美国）；圆柱状塑料盆(d=30 cm，h高=30 cm)；植物粉碎机，铲子，20kg电子称；以及其他实验室通用仪器设备等。

1.2 试验方法

1.2.1 盆栽试验设计 本实验参照严明理等[8]人的方法，设置双因素：高羊茅、杀螺剂实验，两种处理方式：种植、不种植。杀螺剂设5个处理水平：0、5、10、15、20 g/m2，每个处理水平重复3次，采用随机区组法布置试验。

采用土培盆栽实验，将土壤样品去杂物、风干、碾碎、过筛(20目)，然后各称取12 kg于圆柱状塑料盆(d=30 cm，h高=30 cm)中，选取饱满的高羊茅100粒，分别种植于不同的塑料盆内，每2天浇一次水，待出苗15天后，保留约70株生长健壮、长势一致的植物，对土壤表层进行施药。准确称取一定量的杀螺剂，溶解于水中，均匀喷洒(避开植株)在各实验盆土壤中，使其在土壤单位面积的施药量分别为0、5、10、15、20 g/m2，施药浓度根据张鸿满等[9]人操作的现场喷洒浓度而设定。

分别在施药前(0 d)，施药后1、15、30、45 d采集植株和土壤样品（根系周围，离土壤表面4～5 cm处土壤），采用梅花形布点法[10]，将整株植物连带其根部周围的土团一起取出，土团不宜太大，根的位置约在土壤表面4～5 cm处，采用抖根法[11]采集根际土壤，采集完土壤后，用自来水洗净2次，再用超纯水清洗2次，分别置于冷冻干燥机中干燥，用植物粉碎机粉碎，备用。土壤样品置于冷冻干燥机中干燥，然后碾碎，过筛（200目），备用。

1.2.2 样品提取与衍生化 称取制备好的植株样品0.6 g（或土样0.1g）于ASE萃取池内，加入4 g硅藻土，混匀后置于ASE上进行萃取，将萃取液放于旋转蒸发仪上浓缩至2～4 m L，待层析柱净化（用正己烷湿法装柱，层析柱从下至上依次填有二氧化硅垫片，2 g无水硫酸钠，6 g 44%酸化硅胶，2 g无水硫酸钠，用氮气吹压，使柱子紧实），将浓缩后的溶液转入层析柱中，用100 m L(正己烷/二氯甲烷:v/v=9/1)进行淋洗2次，收集淋洗液于旋转蒸发仪上浓缩至2～4 m L后，进行氮吹至近干，再用乙酸乙酯定容至500 μL，从中取50 μL与50 μL的硅烷化试剂进行衍生化反应，立即测定。

1.2.3 GC-MS检测条件 气相色谱-质谱联用仪6890/5975c，配备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，载气：He，载气流量：1 m L/min，进样量：1 μL，进样口温度：260 ℃，程序升温：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。离子源和传输杆的温度分别为230℃和280℃，采用电子轰击(EI)选择离子扫描(SIM)模式。

2 结果与分析

2.1 高羊茅对杀螺剂中五氯酚的富集情况分析

实验结果如图1所示，在施药前，五氯酚在植物体内的含量未检出，施药后，五氯酚在植物体内的含量随时间增加而增大，到30 d时，各浓度处理组均达最大，30 d后，其含量开始下降，在30 d时，施药量为20 g/m2处理组的植物体内，五氯酚的含量达到188.12 mg/g，约为10 g/m2和15 g/m2处理组的2.5倍，5 g/m2的6倍，其差异性均达到极显著水平(P<0.01)，在相同天数下，在施药量为20 g/m2的处理组中植物体内五氯酚的含量均明显高于其它浓度处理组。

图1 五氯酚在高羊茅中的含量随时间变化图Fig.1 The change in the PCP concent of Festuca arundinacea with the time over time

2.2 种植高羊茅的土壤中五氯酚残留量分析

实验结果如图2所示，在施药前，五氯酚在土壤内的含量未检出，在施药后1 d时，各浓度处理组五氯酚在土壤中的含量达到最大值，之后均呈下降趋势。在1 d时，施药量为20 g/m2处理组的土壤中，五氯酚的含量达到77.44 mg/g，其差异性在1，15，30 d均达极显著水平(P<0.01)，45 d达到显著水平(P<0.05)，且在相同天数下，在施药量为20 g/m2的处理组中土壤中五氯酚的含量也明显高于其它各处理组。

图2 五氯酚在种植高羊茅的土壤中的变化趋势图Fig.2 The change in the PCP concent in the soil of Festuca arundinacea growth

2.3 未种植高羊茅的土壤中五氯酚残留量分析

实验结果如图3所示，在施药前，五氯酚在土壤内的含量未检出，在施药后15 d时，各浓度处理组五氯酚在土壤中的含量达到最大值，之后均呈下降趋势。在15 d时，施药量为20 g/m2处理组的土壤中，五氯酚的含量达到93.79 mg/g，约为其它3个处理组的3～4倍，其差异性在1 d达显著水平(P<0.05)，15，30，45 d均达到极显著水平(P<0.01)，且在相同天数下，在施药量为20 g/m2的处理组中土壤中五氯酚的含量高于其它各处理组。

图3 五氯酚在未种植高羊茅的土壤中的变化趋势柱形图Fig.3 The change in the PCP concent in the CK soil

2.4 高羊茅对PCP的生物富集因子变化动态

高羊茅对PCP的BCF(生物富集因子)如图4所示，在施药1 d后，各浓度处理组的BCF接近0，而后BCF随时间的增加而增加，在施药30 d后，各处理组的BCF达到最大值，其中，以10 g/m2的处理组最大，达到26.89，明显高于其他处理组(P<0.01)，在30 d后各浓度处理组的BCF开始呈下降趋势，从总趋势来看，各浓度处理组趋势一致。

3 讨 论

图4 五氯酚在高羊茅中的富集系数随时间变化图Fig.4 The change in the BCF of the PCP Festuca arundinacea over time

本实验中高羊茅植物在施药前，五氯酚含量未检出，当施药完成后，杀螺剂中的五氯酚开始向植物根部迁移，五氯酚富集速率大于五氯酚降解速率，植物体内五氯酚开始呈上升趋势，当施药30 d后，五氯酚在植物体内的含量达到最大，随着土壤中五氯酚的含量减少，富集速率小于降解速率，五氯酚的含量开始呈现下降趋势；种植高羊茅的土壤在施药完成后，杀螺剂中的五氯酚开始向表层土以下4～5 cm处迁移，在表层土以下4～5 cm处的富集量迅速增大，在1 d达到最大，而未种植高羊茅的土壤则在15 d达到最大，可能是由于植物吸收水分速率较快，将土壤表层的五氯酚带入根系周围，或植物的根有助于疏松土壤，增加了土壤水分下渗通道，使五氯酚向下迁移速率加快，五氯酚在1d时就能迁移至植物根部周围，而未种植植物的土壤，没有植物的上述作用，可能导致五氯酚向下迁移至表层土以下4～5 cm处较慢，五氯酚才在15 d达到最大，具体原因有待进一步研究。

本实验研究了高羊茅对杀螺剂中五氯酚富集能力，从总体来看，五氯酚在高羊茅植物体和土壤中的含量都是随着时间变化而变化的，五氯酚在高羊茅植物体内30 d达到最大，而在种植高羊茅的土壤1 d达到最大；从富集系数来看，高羊茅在30 d富集系数达到最大，也就是说此时，五氯酚在高羊茅植物体内和在其土壤内含量相差最大。

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