六六六(HCHs)在小白洋淀水生植物中的分布与富集

李新元，吴文婧，朱樱，何伟，刘文秀，兰心宇，徐福留

北京大学城市与环境学院，地表过程分析与模拟教育部重点实验室，北京 100871

六六六(HCHs)在小白洋淀水生植物中的分布与富集

李新元，吴文婧#，朱樱，何伟，刘文秀，兰心宇，徐福留*

北京大学城市与环境学院，地表过程分析与模拟教育部重点实验室，北京 100871

利用GC-ECD测定了小白洋淀6个采样点的9种浮水、挺水和沉水植物中4种六六六(hexachlorocyclohexanes, HCHs)异构体的含量，分析了其分布、组成及富集特征。结果表明：1)小白洋淀水生植物中总HCHs含量范围在ND～7.47 ng·g-1(ww)，浮水植物中HCHs含量最高，挺水植物各组织含量也有明显差异，根部HCHs含量明显高于茎叶2种组织。2)4种HCHs异构体中，γ-HCH的残留水平要显著高于其他3种异构体。在沉水植物和浮水植物中，均以γ-HCH占绝对比例，相对含量达60%～99%；而在挺水植物中，δ-HCHs占有较高比例，并且主要富集在挺水植物的根部，茎中次之，叶中最少。3)小白洋淀浮水植物和沉水植物HCHs含量与水体中HCHs含量呈显著的正相关关系，而挺水植物荷花、蒲草中HCHs各组分含量与水体中HCHs的相关关系不显著。4)水生植物对水中HCHs的富集系数BCF在8.7～661.2范围；浮水植物的BCF最高，沉水植物次之，挺水植物的茎对水体中HCHs的BCF最低。

六六六；水生植物；分布；组成；富集；小白洋淀

Received19 January 2017accepted5 May 2017

Abstract: The contents of four hexachlorocyclohexanes (HCHs) isomers in the nine macrophytes species including floating, emergent and submerged ones from six sampling sites in Lake Small Baiyangdian were measured by GC-ECD. The distributions, compositions and bioconcentrations of HCHs were studied. The following results were obtained: 1) the total wet-weight contents of HCHs range from ND to 7.47 ng·g-1(ww). The highest contents are found in floating plants. There are obvious differences in the HCHs contents in tissues of emergent plants. The highest contents are in the roots, followed by the leaves and stems. 2) The residual level of γ-HCH is the highest among the four isomers of HCHs. γ-HCH is dominant with the percentage varying from 60% to 99% in the floating plants and submerged plants; however, the percentage of δ-HCHs is dominant in the roots of emergent plants, followed by the stems and leaves. 3) There are significant positive correlations between the contents of HCHs in the floating and submerged plants and in water. 4) The bioconcentration factors (BCFs) of HCHs in the macrophytes range from 8.7 to 661.2. The BCFs of HCHs are highest in the floating plants, followed by the submerged plants. The BCFs of HCHs in the stem of emergent plants are relatively low.

Keywords: HCHs; macrophytes; distribution; composition; bioconcentration; Lake Small Baiyangdian

六六六(hexachlorocyclohexanes, HCHs)是典型的有机氯农药，曾被大量应用于蔬菜、水果、水稻、林木的虫害防治。由于其较高毒性、长期残留性、生物蓄积性、半挥发性及长距离迁移等特性，对生态系统和人类的健康构成了极大威胁，在2009年，HCHs被列入持久性有机污染物的禁用名录。但由于禁用时间较晚，现仍可在多种环境介质中被检出[1-5]。

作为优控污染物，湖泊水体中的HCHs残留一直受到关注，其主要来源是工业HCHs或林丹(lindane)的使用输入[2-10]。国内外对中国主要湖泊HCHs含量的研究较多，例如，何伟等[11]研究发现巢湖水体中HCHs含量范围为1.58～31.66 ng·L-1，处于较高水平；王乙震等[12]发现白洋淀水体中HCHs的含量范围为0.69～4.33 ng·L-1，其中以β-HCH为主。由于在食物链中存在生物富集现象[13]，水生态系统中HCHs会通过水体和沉积物富集到水生植物中，从而进入食物链高层，最终影响到人类健康。现阶段对于水体、沉积物、水生动物体内HCHs含量分布的研究较为丰富[14-18]，但对水生植物中HCHs分布情况的研究较少。张桂斋[19]对南四湖水生植物中HCHs含量进行了研究，测出其浓度范围为0.75～1.88 ng·g-1(dw)，并发现水生植物中HCHs对鱼类体内含量产生了影响。

位于海河平原的白洋淀是我国华北地区最大的淡水湖泊，对维持华北地区的生态环境起重要作用；同时还承担着河北省保定与沧州两市淀区生活、生产用水的重任。海河平原曾是我国重要的六六六生产基地之一，并且直到2000年该地区的林丹生产才全部被禁止；因此，该地区HCHs污染状况受到研究人员的重视。本文对HCHs在小白洋淀水生植物中的残留、分布与富集特征进行研究，为深入了解小白洋淀HCHs的污染特征、环境行为与生物有效性提供理论依据。

1 材料与方法(Materials and methods)

1.1 实验材料

本研究布设了6个采样点(见图1)，各样点的坐标信息和环境状况详见文献[20]。2007年10月7、8日于河北省安新县端村镇南端的小白洋淀湖区采集了水体和水生植物样品。水生植物样品采取了湖区常见的2种浮水植物：浮萍和荇菜，4种沉水植物：大茨藻、轮叶黑藻、龙须眼子菜和竹叶眼子菜，以及3种挺水植物：荷花、芦苇和蒲草。植物样品采集后装入聚乙烯密实袋中带回实验室。将浮水、沉水植物榨碎后分别混合均匀并称重；挺水植物区分叶、茎、根，榨碎后分别混合均匀并称重。水生植物含水率和含脂率等信息如表1所示。

1.2 样品的提取与净化

将植物样品清理干净，挺水植物区分出叶、茎、根，与其他植物一样切成小块后放入食品加工机榨碎。将榨碎后的植物混匀，各取约30 g(准确记录重量)于玻璃三角瓶中，加入60 mL乙腈(事先经正己烷饱和)，在振荡器上振荡40 min，将振荡后的溶液进行抽滤(使用玻璃纤维滤膜)，滤液中加入180 mL 2%的Na2SO4溶液，在振荡器上震荡20 min。将振荡后的溶液转移到500 mL分液漏斗中，用正己烷溶液萃取3次(3次所用溶剂依次为45 mL、23 mL、23 mL)。萃取后的上层液(正己烷相)均收集到250 mL的平底烧瓶中，旋蒸浓缩至约1 mL。

图1 小白洋淀采样样点示意图(1～6号采样点如图用标出)Fig. 1 The diagram of sampling sites in Lake Small BaiyangdianNote: HB-Hebei Province, BJ-Beijing, LSB-Lake Small Baiyangdian, DCV-Duancun village.

样品净化采用硅胶和Florisil的混合层析柱。层析柱长35 cm，内径1 cm，柱底端铺一层脱脂棉(使用前用二氯甲烷和丙酮混合液索氏提取24 h)，先加入4 g florisil(去活比为9%)，再加入10 g硅胶(100～200目)，使用前硅胶需经过450 °C焙烧4 h，130 °C活化16 h以上。硅胶柱顶端填装1 cm高的无水硫酸钠(事先450 °C焙烧4 h)。装柱完毕，将悬浮物的提取液浓缩至约1 mL，加入约10 mL正己烷替换溶剂，继续浓缩至约1 mL，用2 mL左右的正己烷分2次将其转移至柱顶端，加入20 mL正己烷淋洗饱和烷烃，然后加入50 mL混合溶剂(V(正己烷)∶V(二氯甲烷)=3∶2)洗脱有机氯化合物组分，流速控制在2 mL·min-1左右。收集洗液，旋转蒸发浓缩至约1 mL加入内标化合物待测。

1.3 植物样品HCHs的测定与质量控制

植物样品用气相色谱(安捷伦HP-6890，ECD检测器)测定。测定条件如下：气相色谱载气与辅气均为高纯氮，氮气流速1 mL·min-1。进样口温度220 ℃，检测器温度280 ℃，采用不分流进样方式，进样量1 μL，进样0.75 min后吹扫。采用程序升温：初始温度50 ℃，以10 ℃·min-1的速度升温至150 ℃，再以3 ℃·min-1速度继续升至240 ℃，保留15 min。按保留时间定性，内标法峰面积定量化合物含量。每一样品设置3个平行样，处理样品同时完成方法空白和程序空白，样品分析前做方法回收率和方法检出限。α-HCH、β-HCH、γ-HCH和δ-HCH的回收率分别为85.1%、88.9%、81.3%和87.3%，检出限分别为0.002 ng·g-1、0.004 ng·g-1、0.006 ng·g-1和0.002 ng·g-1。

1.4 植物脂肪含量的测定

在进行样品净化提取时，另取一份样品用无水乙醇抽提。具体方法为将植物样品冷干，用研钵磨碎后加入无水硫酸钠，用滤纸包好，放入索提筒内，在55 ℃水浴下索氏提取8 h。索提用平底烧瓶在使用前称重，索提结束后将其中溶剂蒸去，烘干恒重24 h，再次称重，用减重法得到植物脂肪含量。

1.5 数据统计分析

植物样品数据分为干重含量(dw)、湿重含量(ww)和脂标化含量(lw)，分别是测定样品中有机氯的含量与样品对应的干重质量、湿重质量和脂肪含量的比值。数据统计软件使用Microsoft excel 2007和SPSS13.0，主要涉及数据的方差分析(ANOVA)和Pearson相关性检验。

2 结果与讨论(Results and discussion)

2.1 HCHs在水生植物中的分布与组成2.1.1 HCHs在水生植物中的分布

小白洋淀水生植物中HCHs的含量与分布见图2和表2。小白洋淀水生植物中总HCHs含量范围在ND～7.47 ng·g-1(湿重含量，ww)，均值为0.77 ng·g-1。浮萍中含量最高，平均为4.55 ng·g-1(ww)，大茨藻中含量最少，平均含量为0.11 ng·g-1(ww)；浮水植物普遍含有较高的HCHs，而沉水、挺水植物之间没有明确的差异；HCHs在挺水植物的不同组织也有明显差异，根部HCHs含量明显高于茎叶2个部分，如蒲根、苇根HCHs的平均含量分别为0.44和1.38 ng·g-1(ww)，而蒲叶、苇叶中HCHs的平均含量分别为0.23和0.49 ng·g-1(ww)。4种HCHs异构体中，γ-HCH的残留水平要显著高于其他3种异构体。

表1 小白洋淀水生植物基本生理数据Table 1 The basic physiological data of macrophytes from Lake Small Baiyangdian

对上述差异进行单因子方差分析，γ-HCH、总HCHs的含量在浮水、挺水、沉水植物中含量差异显著(P<0.05)，而其他3种HCH异构体在不同类别植物中的残留情况差异不显著(P>0.05)。HCHs在挺水植物的叶、茎、根中含量差异显著(P<0.05)。

小白洋淀水生植物中HCHs的残留水平相较于其他地区而言基本处于较低的水平，如坦桑尼亚Nymba Ya Mungu湖中植物体内林丹平均含量为4.5 ng·g-1[21]，钱塘江水生植物芦苇、水葫芦、菱角中有机氯含量在57～107 ng·g-1(ww)[22]。近年有机氯农药的禁止使用以及小白洋淀周围农田逐渐减少也许是小白洋淀水域植物中HCHs含量较低的主要原因[23-24]。

2.1.2 水生植物中HCHs的组成特征

通过小白洋淀水生植物中HCHs的平均百分组成(图3)可以看出，在各种植物中α-HCH的相对含量均处于最低，在15%以下，γ-HCH在浮水植物(浮萍、荇菜)、沉水植物(轮叶黑藻、大茨藻、龙须眼子菜、竹叶眼子菜)中占绝对比例，相对含量达60%～99%；其他异构体相对含量β-HCH>δ-HCH>α-HCH。对挺水植物荷花、蒲草、芦苇的部分叶、茎、根进行分析发现，δ-HCH在挺水植物的根中残留的相对含量最高，茎中次之，叶中最少。且蒲草和芦苇的根中δ-HCH的百分含量最高，达50%以上。

2.2 HCHs在小白洋淀水生植物中富集2.2.1 水体中HCHs的残留水平

小白洋淀水体中HCHs残留水平如表3所示，

水体中总HCHs含量范围为0.530～6.810 ng·L-1，均值(2.118±1.833) ng·L-1。4种HCHs异构体含量水平比较接近，均值在0.26～0.80 ng·L-1。

图2 六六六(HCHs)在小白洋淀水生植物中的分布特征注：1-浮萍，2-荇菜，3-大茨藻，4-轮叶黑藻，5-龙须眼子菜， 6-竹叶眼子菜，7-荷茎，8-荷叶，9-芦苇根，10-芦苇叶， 11-蒲根，12-蒲茎，13-蒲叶。Fig. 2 Contents of hexachlorocyclohexanes (HCHs) in different species of macrophytes from Lake Small BaiyangdianNote: 1-Lemna minor, 2- Nymphoides peltatum, 3-Najas marina, 4- Hydrilla verticillata, 5-Potamogeton pectinatus, 6-Potamogeton malaianus, 7-Nelumbo nucifera stems, 8-Nelumbo nucifera leaves, 9-Phragmites australis roots, 10-Phragmites australis leaves, 11-Typha angustifolia roots, 12-Typha angustifolia stems, 13-Typha angustifolia leaves.

表2 小白洋淀水生植物中HCHs的平均湿重含量(ng·g-1)Table 2 The wet-weight contents of HCHs in macrophytes from Lake Small Baiyangdian (ng·g-1)

2.2.2 水体与水生植物中HCHs含量之间的相关关系

小白洋淀水生植物中HCHs各种异构体的对数残留水平与水体中HCHs的对数残留浓度表现出较好的相关性，如表4和图4所示。浮水植物和沉水植物HCHs含量与水体中HCHs含量在5%的显著水平下，呈显著的正相关关系(P<0.05)，r值在0.734～0.832。这表明，水体中较高的HCHs残留水平，往往预示着其部分水生植物的高污染残留。而挺水植物荷花、蒲草HCHs各组分含量与水体中HCHs的相关关系不显著；分析挺水植物蒲草、芦苇的根与沉积物中HCHs的4种异构体的相关关系，同样没有发现显著的相关性(P>0.05)。这可能与挺水植物根、茎、叶分处不同的介质，与环境中HCHs的交换情况比较复杂有关。对水生植物与水体中HCHs异构体对数浓度进行线性拟合，浮水植物和沉水植物表现出一定的线性相关，而挺水植物的线性关系较弱。

图3 小白洋淀水生植物中HCHs的平均百分组成注：1-浮萍，2-荇菜，3-荷花，4-蒲草，5-芦苇，6-轮叶黑藻，7-大茨藻，8-龙须眼子菜， 9-竹叶眼子菜；10-荷叶，11-荷茎，12-蒲叶，13-蒲茎，14-蒲根，15-芦苇叶，16-芦苇根。Fig. 3 The average percentage of HCHs contents in macrophytes from Lake Small BaiyangdianNote:1-Lemna minor, 2-Nymphoides peltatum, 3-Nelumbo nucifera, 4-Typha angustifolia, 5-Phragmites australis, 6-Hydrilla verticillata, 7-Najas marina, 8-Potamogeton pectinatus, 9-Potamogeton malaianus; 10-Nelumbo nucifera leaves, 11-Nelumbo nucifera stems, 12-Typha angustifolia leaves, 13-Typha angustifolia stems, 14-Typha angustifolia roots, 15-Phragmites australis leaves, 16-Phragmites australis roots.

表3 小白洋淀水体中HCHs的残留水平(ng·L-1)Table 3 Contents of HCHs in water from Lake Small Baiyangdian (ng·L-1)

表4 小白洋淀水生植物与水体中HCHs异构体残留水平相关分析Table 4 Relationship between the contents of HCHs in macrophytes and water from Lake Small Baiyangdian

图4 水生植物与水体中HCHs残留浓度线性相关分析Fig. 4 The linear correlation analysis of HCHs contents in macrophytes and in water from Lake Small Baiyangdian

图5 小白洋淀水生植物对水体中HCHs的生物富集系数(BCF)注：1-轮叶黑藻，2-大茨藻，3-龙须眼子菜，4-竹叶眼子菜；5-浮萍，6-荇菜，7-荷茎，8-蒲茎。Fig. 5 The Bioconcentration Factors (BCF) of HCHs in macrophytes from water in Lake Small BaiyangdianNote: 1- Hydrilla verticillata, 2- Najas marina, 3- Potamogeton pectinatus, 4- Potamogeton malaianus; 5- Lemna minor, 6- Nymphoides peltatum, 7- Nelumbo nucifera stems, 8- Typha angustifolia stems.

2.2.3 水生植物对HCHs的生物富集系数(BCF)

植物对有机氯农药的生物富集系数(BCF, bioconcentration factors)是植物中的有机氯脂标化含量(ng·g-1, lw)与所处环境中有机氯农药含量的比值(ng·L-1)。而水生植物与多种环境介质存在污染物的交换，例如浮水植物主要与水体和大气进行污染物的交换，沉水植物全部暴露于水体中，挺水植物则分别与大气、水体以及沉积物进行污染物的交换。本研究主要分析3类植物与水体污染物的交换，计算各水生植物与水体HCHs的富集系数。

小白洋淀水生植物对水体中HCHs的生物富集系数BCF如图5所示。HCHs生物富集系数BCF的范围是8.7～661.2。对水体中HCHs的BCF，浮水植物最高，沉水植物次之，挺水植物的茎最低。浮水植物浮萍对水体γ-HCH的富集系数最高，为661.2，对其他异构体的BCF则很低；荇菜对水体中γ-HCH、β-HCH富集系数接近，分别为287.4和194.3，对其他2种异构体的富集系数则较低。值得注意的是，浮水植物可能与大气之间存在污染物的交换，其较高的BCF可能与大气中HCHs的干湿沉降有关。挺水植物的茎对水体中HCHs的4种异构体的富集水平均很低。4种沉水植物对水体中HCHs的4种异构体的富集系数趋势接近，即对γ-HCH的BCF相对略高，龙须眼子菜和竹叶眼子菜对HCHs的BCF相对高于轮叶黑藻和大茨藻。生物富集系数的实测值在不同的研究中往往差异较大，这与研究区域的环境条件和生物的复杂性有一定关系。

综上可知：与其他已报道的湖泊研究结果相比，小白洋淀水生植物中总HCHs含量处于较低水平。小白洋淀浮水植物的HCHs含量最高，沉水植物的HCHs含量最低。挺水植物组织也存在较为明显的差异，根部HCHs含量明显高于茎叶2种组织。在4种HCHs异构体中，γ-HCH的残留水平要显著高于其他3种异构体；沉水植物和浮水植物中γ-HCH均占有绝对比例，而在挺水植物中，δ-HCHs占有较高比例，并且主要富集在挺水植物的根部，茎次之，叶中最少。小白洋淀浮水植物和沉水植物HCHs含量与水体中HCHs含量呈显著的正相关关系，而挺水植物荷花、蒲草中HCHs各组分含量与水体中HCHs的相关关系不显著。浮水植物对水中HCHs的生物富集系数(BCF)最高，其次是沉水植物。

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DistributionsandBioconcentrationofHexachlorocyclohexanes(HCHs)inMacrophytesfromLakeSmallBaiyangdian

Li Xinyuan, Wu Wenjing#, Zhu Ying, He Wei, Liu Wenxiu, Lan Xinyu, Xu Fuliu*

Laboratory for Earth Surface Processes of Ministry of Education, College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing 100871, China

10.7524/AJE.1673-5897.20170119001

2017-01-19录用日期2017-05-05

1673-5897(2017)3-358-08

X171.5

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徐福留(1962—)，男，系统生态学博士，教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，主要研究方向为污染物环境行为、毒性效应与生态风险，发表学术论文160余篇，其中SCI论文80余篇。

共同通讯作者简介:吴文婧(1986-)，女，环境科学硕士，助理研究员，在职博士研究生，主要研究方向为毒害污染物生态风险评价与优控污染物筛选，发表学术论文10余篇。

国家自然科学基金项目(41271462, 41030529)

李新元(1990-)，男，硕士研究生，研究方向为湖泊生态毒理学，E-mail: maxmario@163.com;

*通讯作者(Corresponding author)， E-mail: xufl@urban.pku.edu.cn

#共同通讯作者(Co-corresponding author)， E-mail: wuwj@urban.pku.edu.cn

李新元, 吴文婧, 朱樱, 等. 六六六(HCHs)在小白洋淀水生植物中的分布与富集[J]. 生态毒理学报，2017, 12(3): 358-365

Li X Y, Wu W J, Zhu Y, et al. Distributions and bioconcentration of hexachlorocyclohexanes (HCHs) in macrophytes from Lake Small Baiyangdian [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2017, 12(3): 358-365 (in Chinese)