园林植物根系对苯并芘土壤的修复作用研究

摘 要：土壤是一切植物生长的根源，一旦被苯并芘污染将会产生严重影响，以此为改善土壤质量，本次通过实验研究园林植物根系对苯并芘土壤的修复作用，研究过程包括实验材料准备、实验方法分析、B]P浓度检测、修复结果分析等4部分，结果表明：园林植物根系能够吸附土壤中的B]P，降低土壤中B]P含量，改善土壤质量。

关键词：园林植物根系;苯并芘;土壤的修复

中图分类号：S688

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190715069

引言

在自然界中存在很多有毒物质，若不加以处理会对人体产生危害。多环芳烃（PAHs）是众多有毒物质中一类普遍存在于环境中的有毒有机污染物，具有致癌作用。多环芳烃由16种有害物质组成，其中苯并芘就是其中的典型代表。苯并芘易溶于水，因此会随着自然界中水循环深入到土壤中，污染土壤质量，且该污染物质一旦进入土壤中，就很难通过土壤自身的修复能力进行降解，影响了周围园林植物的正常生长。在此背景下，为解决苯并芘土壤带来的危害，相关专家研究了很多降解方法，经过对比发现，植物起到的作用最为明显，因为植物根系不但可以增加微生物降解菌的数量，还可以为微生物代谢提供基质底物[1]。此外，利用园林植物根系进行苯并芘土壤修复，成本低，还能美化环境。基于上述描述，本次通过实验研究园林植物根系对苯并芘土壤的修复作用，以期为解决苯并芘土壤污染问题提供科学参考，改善土壤质量，促进园林建设。

1 实验材料准备

1.1 实验土壤

实验土壤选自中国科学院南京土壤研究所。土壤经过风干步骤后，正常室温下保存于封闭的实验器皿当中。实验土壤的理化性质参数如下表1所示。

1.2 实验园林植物

实验园林植物选用园林建设中常见的5种植物：黑麦草、苏丹草、白三叶、地毯草以及细羊茅。以上5种植物均由某园林提供[2]。

1.3 实验试剂与仪器

1.3.1 实验试剂

美国Sigma 公司生产的苯并芘B]P （Benzopyrene），其纯度在96%以上;选用南京邦诺生物科技有限公司生产的Na2SO4和CH2Cl2;西安卓鑫化工原料有限公司生产的二氯甲烷;天津市瑞明威化工有限公司提供的环己烷溶液[3]。

1.3.2 实验仪器

张家港市保德兴超声设备有限公司生产的KQ-300DE数控超声波清洗器;杭州博研仪器设备有限公司生产的RM-3旋转浓缩蒸发器;湖南星科科学仪器有限公司生产的台式高速冷冻离心机;美国Agilent科技有限公司生产的Waters600高效液相色谱仪（HPLC）[4]。

2 实验方法分析

所有实验均在恒温实验室内进行，实验周期为3个月。

实验土壤处理：将实验土壤利用干燥机进行干燥处理，去除其中的水分，然后利用3mm密筛将实验土壤中较大颗粒筛选出去，接着将得到的土壤均匀分成5份，并放入实验玻璃杯中，留待备用。

实验材料制备：根据土壤中 B]P含量标准，土壤苯并芘污染一共分为4等，无污染、轻度污染、中度污染和重度污染，其中达到第3等级或3等级以上，也就是土壤中B]P含量超过 3mg/kg是需要修复的，所以本次实验试剂首先需要通过纯净水对B]P进行溶解和稀释，然后将稀释后的B]P溶液分为5份，每份5ml，接着将B]P溶液分别倒入5份实验土壤中，充分搅拌均匀，然后利用高效液相色谱仪测试每份土壤中B]P含量，确定每份实验土壤中B]P含量误差不会超过0.2mg/kg。检测结束后，土壤需要放置一周，然后将其装入5个适用园林植物生长的花盆中，再然后在盆中加去离子水，使实验土壤含水量为田间持水量的 60%[5]。

以上一切准备好后，将5种实验园林植物移栽到花盆当中，同时设置相同B]P浓度但不种园林植物的对照实验。5種植物生长过程中，每隔15d对盆中B]P浓度进行检测，观察园林植物根系对苯并芘土壤的修复作用。

3 B]P浓度检测

从5盆土壤中取出1.0g土壤进行风干，然后放入玻璃离心管当中，并加入2g的纯Na2SO4，搅拌均匀，再然后加入10mL的CH2Cl2萃取液。结束后，将样品放入KQ-300DE数控超声波清洗器当中，35℃温度下超声萃取1h，再然后将萃取过的样品移入台式高速冷冻离心机中，以4000r/min-1的速度离心 5min。离心结束后，用滴管吸取5mL上清液放入茄形瓶中，在40℃ 温度下利用RM-3旋转浓缩蒸发器旋转浓缩至干。上述步骤结束后，样品中仍存在一些杂质，影响检测质量，所以需要利用1：1二氯甲烷和环己烷溶液进行洗脱处理，处理时间为1h，结束后用高纯氮气吹干，并用甲醇定容到1.5mL，且经0.22μm微孔滤膜过滤，最后通过Waters600高效液相色谱仪（HPLC）进行B]P浓度检测，其检测过程如下：将上述处理好的5个样本放入高效液相色谱仪的储液器当中，然后利用高压输液泵将流动相打入仪器内部，样本经过进样器后，以流动相为载体进入色谱柱中，在色谱柱内对样品中蕴含的B]P与其它物质进行分离，然后将分离的样本送入检测器内，进行B]P含量检测，之后将检测结果转换为电信号传送到记录仪，最后数据以图谱形式打印出来[6]。图谱打印出来后，其结果并不能直观的看出土壤中具体含有多少B]P，所以需要将图谱转化为具体浓度含量，转换公式如下：

Y=（ρ·B）/（An·N·1000）（1）

公式中，Y为样品中B]P的含量（mg·kg- 1）;ρ为标准溶液的浓度（mg/mL）;B为定容体积（mL）;An为标准溶液的峰面积相应值;N为样品质量（g）。

4 修复结果分析

下表2为5个土壤样品中B]P含量检测结果。

从表2中可以看出，3个月后，白三叶对苯并芘土壤的修复作用最为突出，实验土壤中B]P含量由3.5mg/kg降到了0.65mg/kg，其次为黑麦草，B]P含量降到了0.85mg/kg，接下来为细羊茅、苏丹草和地毯草。由此说明园林植物根系能够吸附土壤中的B]P，降低B]P浓度，改善土壤质量[7]。

5 结束语

综上所述，B]P会污染土壤，降低土壤质量，从而经过生物循环对人体产生致癌作用，所以为降低苯并芘的影响，本次针对园林植物根系对苯并芘土壤的修复作用进行研究，研究表明，园林植物根系会极大吸附土壤中的B]P，对苯并芘土壤进行修复，改善土壤质量。

參考文献

[1] 潘声旺，袁馨，刘灿，等.苯并[α]芘对不同修复潜力羊茅属植物的根系分泌物中几种低分子量有机物的影响[J]. 植物生态学报， 2016， 40（6）：604-614.

[2] 王立红， 丁克强， 刘廷凤，等. 芘和苯并芘复合污染土壤中的环糊精-微生物连续修复[J]. 环境工程学报， 2017， 11（6）：3813-3822.

[3] 巫佳， 陆有达， 杨慧，等. 松香淀粉酯对苯并芘的吸附研究[J]. 林产化学与工业， 2017， 37（4）：67-72.

[4] 安长伟， 贾思齐， 杨悦锁，等. 超声提取-气相色谱法测定土壤中多环芳烃（PAHs）的实验研究[J]. 应用化工， 2017， 46（3）：597-600.

[5] 王娇娇， 呼世斌， 魏丽琼，等. 甜菜与牧草间作对多环芳烃污染土壤的修复作用[J]. 农业资源与环境学报， 2016， 35（6）：1090-1096.

[6] 江露， 汪善良. 反相高效液相色谱法测定植物油中苯并芘的研究[J]. 食品科学技术学报， 2017， 35（5）：91-94.

[7] 毛健，杨代凤， 刘腾飞，等. 多环芳烃污染土壤的菌群-植物联合修复效应研究[J]. 环境与可持续发展， 2017， 42（4）：108-110.

作者简介：

李军（1976-），男，硕士，助教，研究方向：园林植物栽培。