论文部分内容阅读
摘要：将被五氯酚污染的淡水养殖区底质装入无洞花盆，分别设空白组、水葱组、黄菖蒲组、芦苇组。定期采用气相色谱法对各盆上中下底质和3种植物中的五氯酚进行测定。结果表明：3种植物对淡水养殖区底质中的五氯酚均有降解作用。底质中五氯酚起始含量为17.90 μg/kg，种植后30 d，空白组五氯酚含量为原来的30%以下。水葱组、黄菖蒲组、芦苇组底质中的五氯酚含量几乎全部降解。在种植30 d后，水葱、黄菖蒲、芦苇3种植物体内五氯酚含量分别比其本身起始含量增加了16.20、10.88、8.41 μg/kg。由此可以推断：水葱、黄菖蒲、芦苇分别吸收了底质中的五氯酚9050%、60.78%、46.98%，水葱>黄菖蒲>芦苇。水葱、黄菖蒲、芦苇3种水生植物易移栽成活，对淡水养殖区底质耐污染能力强，降解五氯酚效果好，对于被五氯酚污染的淡水养殖区底质修复是可行的，具有推广应用价值。
关键词：五氯酚；淡水养殖；底质；水葱；黄菖蒲；芦苇
中图分类号： X53 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2015）03-0213-02
五氯酚别称五氯苯酚（pentachlorophenol，简称PCP），常被用作杀虫剂、防腐剂和除草剂等。PCP挥发性很低，难以通过空气迁移。在通常条件下不被氧化，也难于水解，但易被光解和生物降解。因其残效期长，属于对水域环境有严重破坏又难以修复的药物，许多国家将PCP列为环境优先监测污染物之一。关于土壤中PCP降解的研究有很多[1-13]，主要分为3类：一是以光化学降解为基础的非生物法，二是微生物降解法，三是植物降解法。植物降解研究常采用在土壤中添加高浓度的PCP标准液，然后测定各种指标检验修复效果。本试验对已检出的被低浓度PCP污染的淡水养殖区底质用芦苇、水葱、黄菖蒲进行修复，通过检验底质中和植物中PCP含量来检验修复效果。
1 材料与方法
1.1 主要仪器与试剂
CP3800气相色谱仪（美国，Varian公司），色谱柱类型CP8751（30 mm×0.25 mm×0.39 mm）；调速多用振荡器（金坛市宏华仪器厂）；超声波振荡器、高速分散均质机（上海标本模型厂）、脱水柱、50 mL离心管、50 mL容量瓶、1 mL胖肚吸管、125 mL分液漏斗、植物粉碎机等。
五氯酚标准溶液（1 mg/mL，2 mL/支，中国计量科学研究院）、甲醇、正己烷、丙酮均为色谱纯（美国，Tedia公司）；乙酸酐（分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司）；浓硫酸（优级纯，中国巨化集团公司）；碳酸钾（分析纯，江苏省宜兴市第二化学试剂厂）；无水硫酸钠（分析纯，上海试四赫维化工有限公司），使用前在650 ℃下灼烧4 h，冷却后，置干燥器中备用。芦苇、水葱、黄菖蒲（金枝恋家居园艺）。
1.2 试验方法
1.2.1 色谱条件 进样口温度250 ℃；ECD检测器温度 300 ℃；升温程序：140 ℃保持2 min，以10 ℃/min的速度升高到200 ℃保持4 min；柱流速2.0 mL/min；尾吹30 mL/min；进样量1.0 μL。结果见图1。
1.2.2 试验设计 试验所用底质均采自浙江省湖州市三县三区的大型淡水养殖池塘。底质采集后去除石块和大的杂物，阴干至半干，混匀。分别称取底质2 kg于底部无洞的花盆中，总共4盆。其中1盆不种植物，另外3盆分别种植大小均等的水葱、芦苇、黄菖蒲植株各10株。每天给4盆浇水量保持一致，保持土壤湿润。以0 d为对照，在试验处理后6、12、18、24、30 d分别取底质和整株植物检测五氯酚残留量。
1.2.3 样品预处理 取处理前（0 d）及处理后6、12、18、24、30 d各个盆底质的表层、中间层、底层样品各10.0 g。然后从10.0 g底质中称取1.0 g放入105 ℃烘箱中過夜烘干、冷却、称质量。再重复烘干、冷却、称质量，直到烘干样品达到恒质量（2次称量结果差别不超过0.001 g）。通过烘干前样品质量减去烘干后样品质量计算水分含量，从而得出1.0 g干质量样品相当于湿重样品的质量。称取相当于1.0 g干质量样品的湿质量样品待检测。取处理前（0 d）及处理后6、12、18、24、30 d盆中水葱、芦苇、黄菖蒲植物各2株，用植物粉碎机粉碎成粉末状，称取10 g待检测。
1.2.4 标准曲线的制作 将安瓿瓶中2 mL的五氯酚标准溶液全部转移至50 mL容量瓶中，用甲醇润洗安瓿瓶5次，将润洗液转移至容量瓶中，再定容至刻度线。此时五氯酚含量为40 mg/L。再取40 mg/L五氯酚1.0 mL于50 mL容量瓶中，用甲醇定容至50 mL，则五氯酚含量为0.8 mg/L。在装有 20 mL 0.1mol/L碳酸钾溶液的7个125 mL分液漏斗中分别加入0.8 mg/L五氯酚标准使用液0、5、10、50、100、250、500 μL，混匀。加入1.0 mL乙酸酐，振摇5 min后加入5 mL正己烷，振摇5 min，静置分层后弃去水相，收集正己烷相。正己烷相经无水硫酸钠脱水后定容至5.0 mL。得到含量为00、0.8、1.6、8、16、40、80 μg/L的五氯苯乙酸酯标准系列溶液，用于标准曲线的制作。
1.2.5 五氯酚的提取 取“1.2.3”节的样品，加50%浓硫酸 1 mL，正己烷 ∶丙酮（1 ∶1）10 mL，采用超声波法提取五氯酚5 min，静置5 min，取5 mL上清液。再加10 mL相同溶剂，同样方法提取五氯酚，静置5 min，取5 mL上清液，合并上清液。加0.1 mol/L碳酸钾10 mL振荡反提取2次，弃去有机相，取下层水相。加1 mL乙酸酐，振荡5 min，加入5 mL正己烷，振荡5 min，取上清液。用无水硫酸钠脱水，定容至 5.0 mL。待气相色谱测定。 2 结果与分析
2.1 方法的可靠性
2.1.1 线性范围和检出限 根据“1.2.4”节制作标准曲线，得出：y=1.974 0×104x 1.156 3×104（r=0.997），试验结果表明，在0.8～80 μg/L范围内，五氯酚含量与色谱峰面积有很好的线性关系。以3倍基线噪音计，检出限为2.93 μg/kg。说明本方法适用于底质中五氯酚的定量分析。
2.1.2 精密度和准确度 根据“1.2.5”节方法提取五氯酚，每个含量重复3次，五氯酚的回收率和相对标准偏差见表1。表1显示，样品平均加标回收率为81.3%～91.1%，符合农药残留分析要求[14]。样品相对标准偏差为1.21%～125%，说明该方法的精密度较好[15]。定量检出限为 7.79 μg/kg。
2.2 淡水养殖区底质中五氯酚的残留量
试验过程中淡水养殖区底质中五氯酚的含量变化如图2至图4，上、中、下层底质中的PCP含量都随时间的延长逐渐下降。同一盆植物的上、中、下层底质PCP含量变化没有明显规律，这可能是因为同一盆植物每次检测采样的上、中、下层底质位置无法固定。30 d之内种植植物的底质中PCP基本可以全部降解，未种植植物的底质中PCP含量也只剩下原来的30%。这说明光照和底质中的微生物对低浓度PCP的降解效率高达70%。水葱、芦苇、黄菖蒲对底质中PCP均有较好的降解作用。从降解效果来看，水葱>黄菖蒲>芦苇。PCP对植物的生长没有明显的抑制作用。
2.3 五氯酚在3种植物中的富集
从图5可以看出，随着时间的变化，芦苇、水葱、黄菖蒲3种植物体内五氯酚含量逐渐增加。从富集量来看，在种植后30 d， 水葱、黄菖蒲、 芦苇3种植物体内五氯酚含量分别比其本身起始含量高16.20、10.88、8.41 μg/kg。底质中五氯酚起始含量为17.90 μg/kg。由此可以推断，水葱、黄菖蒲、芦苇分别吸收了底质中的五氯酚90.50%、60.78%、4698%，吸收量从大到小依次为水葱>黄菖蒲>芦苇，这与“2.2”节中这3种植物底质五氯酚的减少量刚好对应。
3 结论
水葱、黄菖蒲、芦苇3种水生植物易移栽成活、对淡水养殖区底质耐污染能力强，降解五氯酚效果好，对于被五氯酚污染的淡水养殖区底质修复是可行的，具有推广应用价值。
参考文献：
[1]熊 珺，高创新，袁 恒，等. 水葱对五氯酚污染土壤植物修复的初步研究[J]. 农业环境科学学报，2006，25（6）：1493-1497.
[2]胡成成，赵双玲. 持久性有机污染物五氯酚的生物修复研究进展[J]. 科技信息，2008（9）：322，314.
[3]Xu T，Lou L P，Luo L，et al. Effect of bamboo biochar on pentachlorophenol leachability and bioavailability in agricultural soil[J]. Science of the Total Environment，2012，414：727-731.
[4]Liang Y Z，Chi Z，Gao C X. Phytoremediation of pentachlorophenol-contaminated sediments by aquaticmacrophytes[J]. Environmental Earth Sciences，2011，64：581-588.
[5]Vitkova M，Dercova K，Molnarova J，et al. The effect of lignite and comamonas testosteroni on pentachlorophenol biodegradation and soil ecotoxicity[J]. Water Air and Soil Pollution，2011，218（1/2/3/4）：145-155.
[6]Li Z R，Yuan S H，Wan J Z，et al. A combination of electrokinetics and Pd/Fe PRB for the remediation of pentachlorophenol-contaminated soil[J]. Journal of Contaminant Hydrology，2011，124（1/2/3/4）：99-107.
[7]Lou L P，Wu B B，Wang L N，et al. Sorption and ecotoxicity of pentachlorophenol polluted sediment amended withrice-straw derived biochar[J]. Bioresource Technology，2011，102：4036-4041.
[8]Karn S K，Chakrabarty S K，Reddy M S. Characterization of pentachlorophenol degrading Bacillus strains from secondary pulp-and-paper-industry sludge[J]. International Biodeterioration
关键词：五氯酚；淡水养殖；底质；水葱；黄菖蒲；芦苇
中图分类号： X53 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2015）03-0213-02
五氯酚别称五氯苯酚（pentachlorophenol，简称PCP），常被用作杀虫剂、防腐剂和除草剂等。PCP挥发性很低，难以通过空气迁移。在通常条件下不被氧化，也难于水解，但易被光解和生物降解。因其残效期长，属于对水域环境有严重破坏又难以修复的药物，许多国家将PCP列为环境优先监测污染物之一。关于土壤中PCP降解的研究有很多[1-13]，主要分为3类：一是以光化学降解为基础的非生物法，二是微生物降解法，三是植物降解法。植物降解研究常采用在土壤中添加高浓度的PCP标准液，然后测定各种指标检验修复效果。本试验对已检出的被低浓度PCP污染的淡水养殖区底质用芦苇、水葱、黄菖蒲进行修复，通过检验底质中和植物中PCP含量来检验修复效果。
1 材料与方法
1.1 主要仪器与试剂
CP3800气相色谱仪（美国，Varian公司），色谱柱类型CP8751（30 mm×0.25 mm×0.39 mm）；调速多用振荡器（金坛市宏华仪器厂）；超声波振荡器、高速分散均质机（上海标本模型厂）、脱水柱、50 mL离心管、50 mL容量瓶、1 mL胖肚吸管、125 mL分液漏斗、植物粉碎机等。
五氯酚标准溶液（1 mg/mL，2 mL/支，中国计量科学研究院）、甲醇、正己烷、丙酮均为色谱纯（美国，Tedia公司）；乙酸酐（分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司）；浓硫酸（优级纯，中国巨化集团公司）；碳酸钾（分析纯，江苏省宜兴市第二化学试剂厂）；无水硫酸钠（分析纯，上海试四赫维化工有限公司），使用前在650 ℃下灼烧4 h，冷却后，置干燥器中备用。芦苇、水葱、黄菖蒲（金枝恋家居园艺）。
1.2 试验方法
1.2.1 色谱条件 进样口温度250 ℃；ECD检测器温度 300 ℃；升温程序：140 ℃保持2 min，以10 ℃/min的速度升高到200 ℃保持4 min；柱流速2.0 mL/min；尾吹30 mL/min；进样量1.0 μL。结果见图1。
1.2.2 试验设计 试验所用底质均采自浙江省湖州市三县三区的大型淡水养殖池塘。底质采集后去除石块和大的杂物，阴干至半干，混匀。分别称取底质2 kg于底部无洞的花盆中，总共4盆。其中1盆不种植物，另外3盆分别种植大小均等的水葱、芦苇、黄菖蒲植株各10株。每天给4盆浇水量保持一致，保持土壤湿润。以0 d为对照，在试验处理后6、12、18、24、30 d分别取底质和整株植物检测五氯酚残留量。
1.2.3 样品预处理 取处理前（0 d）及处理后6、12、18、24、30 d各个盆底质的表层、中间层、底层样品各10.0 g。然后从10.0 g底质中称取1.0 g放入105 ℃烘箱中過夜烘干、冷却、称质量。再重复烘干、冷却、称质量，直到烘干样品达到恒质量（2次称量结果差别不超过0.001 g）。通过烘干前样品质量减去烘干后样品质量计算水分含量，从而得出1.0 g干质量样品相当于湿重样品的质量。称取相当于1.0 g干质量样品的湿质量样品待检测。取处理前（0 d）及处理后6、12、18、24、30 d盆中水葱、芦苇、黄菖蒲植物各2株，用植物粉碎机粉碎成粉末状，称取10 g待检测。
1.2.4 标准曲线的制作 将安瓿瓶中2 mL的五氯酚标准溶液全部转移至50 mL容量瓶中，用甲醇润洗安瓿瓶5次，将润洗液转移至容量瓶中，再定容至刻度线。此时五氯酚含量为40 mg/L。再取40 mg/L五氯酚1.0 mL于50 mL容量瓶中，用甲醇定容至50 mL，则五氯酚含量为0.8 mg/L。在装有 20 mL 0.1mol/L碳酸钾溶液的7个125 mL分液漏斗中分别加入0.8 mg/L五氯酚标准使用液0、5、10、50、100、250、500 μL，混匀。加入1.0 mL乙酸酐，振摇5 min后加入5 mL正己烷，振摇5 min，静置分层后弃去水相，收集正己烷相。正己烷相经无水硫酸钠脱水后定容至5.0 mL。得到含量为00、0.8、1.6、8、16、40、80 μg/L的五氯苯乙酸酯标准系列溶液，用于标准曲线的制作。
1.2.5 五氯酚的提取 取“1.2.3”节的样品，加50%浓硫酸 1 mL，正己烷 ∶丙酮（1 ∶1）10 mL，采用超声波法提取五氯酚5 min，静置5 min，取5 mL上清液。再加10 mL相同溶剂，同样方法提取五氯酚，静置5 min，取5 mL上清液，合并上清液。加0.1 mol/L碳酸钾10 mL振荡反提取2次，弃去有机相，取下层水相。加1 mL乙酸酐，振荡5 min，加入5 mL正己烷，振荡5 min，取上清液。用无水硫酸钠脱水，定容至 5.0 mL。待气相色谱测定。 2 结果与分析
2.1 方法的可靠性
2.1.1 线性范围和检出限 根据“1.2.4”节制作标准曲线，得出：y=1.974 0×104x 1.156 3×104（r=0.997），试验结果表明，在0.8～80 μg/L范围内，五氯酚含量与色谱峰面积有很好的线性关系。以3倍基线噪音计，检出限为2.93 μg/kg。说明本方法适用于底质中五氯酚的定量分析。
2.1.2 精密度和准确度 根据“1.2.5”节方法提取五氯酚，每个含量重复3次，五氯酚的回收率和相对标准偏差见表1。表1显示，样品平均加标回收率为81.3%～91.1%，符合农药残留分析要求[14]。样品相对标准偏差为1.21%～125%，说明该方法的精密度较好[15]。定量检出限为 7.79 μg/kg。
2.2 淡水养殖区底质中五氯酚的残留量
试验过程中淡水养殖区底质中五氯酚的含量变化如图2至图4，上、中、下层底质中的PCP含量都随时间的延长逐渐下降。同一盆植物的上、中、下层底质PCP含量变化没有明显规律，这可能是因为同一盆植物每次检测采样的上、中、下层底质位置无法固定。30 d之内种植植物的底质中PCP基本可以全部降解，未种植植物的底质中PCP含量也只剩下原来的30%。这说明光照和底质中的微生物对低浓度PCP的降解效率高达70%。水葱、芦苇、黄菖蒲对底质中PCP均有较好的降解作用。从降解效果来看，水葱>黄菖蒲>芦苇。PCP对植物的生长没有明显的抑制作用。
2.3 五氯酚在3种植物中的富集
从图5可以看出，随着时间的变化，芦苇、水葱、黄菖蒲3种植物体内五氯酚含量逐渐增加。从富集量来看，在种植后30 d， 水葱、黄菖蒲、 芦苇3种植物体内五氯酚含量分别比其本身起始含量高16.20、10.88、8.41 μg/kg。底质中五氯酚起始含量为17.90 μg/kg。由此可以推断，水葱、黄菖蒲、芦苇分别吸收了底质中的五氯酚90.50%、60.78%、4698%，吸收量从大到小依次为水葱>黄菖蒲>芦苇，这与“2.2”节中这3种植物底质五氯酚的减少量刚好对应。
3 结论
水葱、黄菖蒲、芦苇3种水生植物易移栽成活、对淡水养殖区底质耐污染能力强，降解五氯酚效果好，对于被五氯酚污染的淡水养殖区底质修复是可行的，具有推广应用价值。
参考文献：
[1]熊 珺，高创新，袁 恒，等. 水葱对五氯酚污染土壤植物修复的初步研究[J]. 农业环境科学学报，2006，25（6）：1493-1497.
[2]胡成成，赵双玲. 持久性有机污染物五氯酚的生物修复研究进展[J]. 科技信息，2008（9）：322，314.
[3]Xu T，Lou L P，Luo L，et al. Effect of bamboo biochar on pentachlorophenol leachability and bioavailability in agricultural soil[J]. Science of the Total Environment，2012，414：727-731.
[4]Liang Y Z，Chi Z，Gao C X. Phytoremediation of pentachlorophenol-contaminated sediments by aquaticmacrophytes[J]. Environmental Earth Sciences，2011，64：581-588.
[5]Vitkova M，Dercova K，Molnarova J，et al. The effect of lignite and comamonas testosteroni on pentachlorophenol biodegradation and soil ecotoxicity[J]. Water Air and Soil Pollution，2011，218（1/2/3/4）：145-155.
[6]Li Z R，Yuan S H，Wan J Z，et al. A combination of electrokinetics and Pd/Fe PRB for the remediation of pentachlorophenol-contaminated soil[J]. Journal of Contaminant Hydrology，2011，124（1/2/3/4）：99-107.
[7]Lou L P，Wu B B，Wang L N，et al. Sorption and ecotoxicity of pentachlorophenol polluted sediment amended withrice-straw derived biochar[J]. Bioresource Technology，2011，102：4036-4041.
[8]Karn S K，Chakrabarty S K，Reddy M S. Characterization of pentachlorophenol degrading Bacillus strains from secondary pulp-and-paper-industry sludge[J]. International Biodeterioration