冬瓜对不同类型土壤中酞酸酯的吸收作用

张 明， 张宜涛，徐德琳， 游广永

(1.环境保护部南京环境科学研究所，江苏南京 210042； 2. 河南省巩义市环境保护局，河南郑州 451200

酞酸酯(phthalic acid esters，PAEs)，又称邻苯二甲酸酯，是环境激素类的有机化合物[1]，广泛用于各类塑料制品、包装材料、医疗用品及化妆品等。塑料产品的生产、使用、丢弃和处置过程伴随着PAEs的大量释放，从而污染了大气、水体和土壤环境[2]。在自然条件下，PAEs具有较强的反应活性，容易被降解，水溶性低，脂溶性高[1]，但土壤理化性质的差异导致PAEs在土壤中呈现特殊的环境行为[2]，以及土壤独特的结构体系，导致PAEs在其中大量富集，并影响到土壤环境质量和农产品质量，威胁到环境安全[3]。

我国土壤总体上均已遭受PAEs不同程度污染，含量一般在μg/kg至mg/kg数量级[4]。土壤中的PAEs通过挥发、淋溶、植物吸收等不同途径进入大气、水体、植物等自然介质中[5-6]，对生态系统的结构和功能稳定性构成潜在危害，引发全球性环境污染和人类健康风险[7]。土壤PAEs通过食物链延伸或生产生活直接进入人体[8]，会干扰人体正常内分泌，扰乱生殖系统和生长发育功能[9]。此外，长时间暴露于某些PAEs化合物中，将会影响机体免疫功能，产生“致突、致畸和致癌效应”[10]。因此，开展区域土壤PAEs植物修复技术研究，不仅有利于制定PAEs污染土壤的修复治理措施，而且对保障生态环境与人类健康具有重要意义。

目前国内外对酞酸酯污染物与植物之间的相互作用研究，更多地侧重于植物吸收修复方面，对酞酸酯污染物如何影响植物生长的报道较少[11]，对冬瓜的胁迫性影响以及吸收修复方面的研究甚少。本试验研究同种作物在不同类型土壤中的生长、酞酸酯积累情况，旨在为酞酸酯污染土地的农作物栽培和土壤修复提供依据，为植物修复模式构建提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

水稻土取自华南农业大学农场水稻田耕作层，土壤有机质含量为2.32%，总氮(TN)含量为0.10%，总磷(TP)含量为0.07%，总钾(TK)含量为2.00%，pH值5.56，质地为中壤土。菜园土取自华南农业大学农场旱地耕作层，土壤有机质含量为2.95%，TN含量为 0.15%，TP含量为 0.03%，TK含量为 0.67%，pH值5.32，质地为沙质壤土。赤红土取自华南农业大学果园表层土，土壤有机质含量为1.08%，TN含量为 0.06%，TP含量为 0.01%，TK含量为 0.62%，pH值5.02，质地为沙壤土。

土壤样品经风干、碾碎后过5.0 mm筛，分成7份，每份 8 kg。把PAEs溶入甲醇，配成含邻苯二甲酸二甲酯(dimethyl ortho-phthalate，DMP)4 g/L，邻苯二甲酸二乙酯(dicthyl ortho-phthalate，DEP)8 g/L，邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(di-2-ethylhexyl phthalate，DEHP)50 g/L的母液。据表1的要求，将相应体积的母液溶于300 mL水中，均匀加入8 kg清洁土壤中，搅拌，添加蒸馏水，使土壤成糊状时停止加水。在通风处避光风干，待用。

1.2 植物准备

试验用植物为广东杂交黑皮冬瓜(Benincasahispida)。用营养土育苗，待幼苗有3～4张叶时，选择长势好且较一致的冬瓜幼苗移植入装有污染土的瓷盆内，每盆3株。每盆施10 g复合肥作底肥，每日浇蒸馏水，用水量根据实际需要量确定。20 d施肥1次，复合肥每次每盆用量为1 g，共施肥2次。

1.3 试验设计

根据美国土壤PAEs化合物推荐治理标准，DMP、DEP和DEHP含量分别为2.0、7.1和50.0 mg/kg。将土壤处理分为7组(表1)。试验种植在华南农业大学温室内进行，时间为2016年8—12月。

表1 人工污染土壤中PAEs浓度

2 结果与分析

2.1 不同处理对冬瓜生物量的影响

从图1、图2可以看出，在水稻土中，单一PAEs及不同组合对冬瓜生物量的影响不同，对地下部生物量的影响没有显著差异(P>0.05)，对地上部(茎、叶)生物量影响最大的是T6处理，最小的是T5处理。单一PAEs处理中，T1处理与T2处理冬瓜地上部生物量差异不显著，但均与T3处理间有显著性差异(P<0.05)；复合处理中地上部生物量大小顺序为T6>T4>T7>T5(图1)。从生物量变化来看，虽然各PAEs浓度处理对冬瓜生长的胁迫程度有差异，但PAEs共存时各化合物之间的相互作用对冬瓜生长产生的影响也不容忽视。在菜园土中，添加单一PAEs处理时，冬瓜地上部和地下部生物量的影响呈现出一致趋势，大小顺序依次为T1>T2>T3；在复合情况下，T5处理和T7处理的生物量较大(图3、图4)。在赤红土中，T6处理冬瓜地下部生物量最大，为0.234 g/株，而T2单一处理和T7复合处理的最小；T2单一处理地上部生物量最小，T4复合处理冬瓜茎叶生物量最大(图5、图6)。

2.2 不同处理对冬瓜植株3种PAEs总含量的影响

从图7可以看出，在水稻土中，不同处理中冬瓜不同部位3种PAEs总含量为根>茎>叶。随着土壤中总PAEs含量增加，除T6处理外，冬瓜茎和叶中总的3种PAEs含量总体呈上升趋势。在T5和T7处理中，3种PAEs在茎中含量分别为42.302、39.818 mg/kg，叶中的含量分别为30.047、29.671 mg/kg，说明冬瓜对3种PAEs具有较强的富集能力。

在菜园土中，冬瓜地下部根中3种PAEs含量大于地上部茎、叶中的(图8)。这一结果与水稻土结果相一致。但与水稻土中冬瓜茎、叶3种PAEs含量相比，菜园土中冬瓜地上部3种PAEs含量较小。出现这一现象可能与土壤性质、种植时间(较短)等因素有关。

在赤红土中，冬瓜地下部根中3种PAEs含量大于地上部茎、叶中的，这一结果与水稻土、菜园土结果相似。但与水稻土中冬瓜茎、叶3种PAEs含量相比，赤红土中冬瓜地上部3种PAEs含量较小，与菜园土冬瓜地上部茎叶中的3种PAEs含量相近(图9)。出现这一现象可能与土壤性质、种植时间(较短)等因素有关。

2.3 不同处理冬瓜不同部位PAEs含量的比较

图10反映了水稻土DMP不同处理冬瓜根、茎、叶中DMP的差异性。在含有DMP的4个处理(T1、T4、T5、T7)中，根中DMP浓度分别为4.109、6.642、8.029、5.298 mg/kg，T1单一处理根DMP含量较低，复合处理在一定程度上增加了DMP在根部的积累；DMP在不同处理的冬瓜茎、叶中的含量有显著性差异(P<0.05)，T5、T7复合处理茎、叶中DMP浓度均高于T1单一DMP处理。结果表明，随着土壤中PAEs总量的增加，冬瓜茎、叶中DMP的含量增加显著。图11反映了水稻土不同处理冬瓜根、茎、叶中DEP的差异性。在冬瓜根中，不同处理DEP含量分别为2.199、2.590、3.358、1.824 mg/kg，T6处理组的浓度最高；在茎和叶片中，则是T2处理的浓度高。不同组合处理对冬瓜茎、叶中DEP含量的贡献有一定的差异，部分达到显著性水平。图12反映了水稻土不同处理的根、茎、叶中DEHP的差异性。4组不同处理冬瓜根中DEHP含量最高的是T7处理，而T6复合处理根中DEHP含量较T3单一DEHP处理的低。DEHP在冬瓜茎中的含量最高的是T5复合处理，其次是T7复合处理，而T6复合处理的较T3单一处理低。不同处理中，冬瓜叶中的含量与茎中情况相似，说明冬瓜地上部对PAEs的具有一定的累积。

在菜园土含有DMP的4个处理中，根中DMP含量有一定的差异，复合处理在一定程度上增加了DMP在根部积累，这种现象与在水稻土根中结果相一致；DMP在不同处理的冬瓜茎中的含量有显著性差异(P<0.05)，T5复合处理茎、叶中DMP含量高于其他处理，具有显著性差异(P<0.05)。结果表明，随着土壤中PAEs总量的增加，冬瓜茎、叶中DMP的含量会增加(图13)。在冬瓜根中，T2处理的DEP含量最高，达到 2.095 mg/kg，而在地上部的茎叶中，也是T2处理的含量高，并且与其他复合处理的DEP含量有显著性差异(P<0.05) (图14)。4组不同处理根中DEHP含量有显著性差异(P<0.05)，T6处理根中DEHP含量最高，而T3处理根中DEHP含量最低。DEHP在地上部茎、叶中的含量有显著性差异(P<0.05)，其中T3处理的为2.118 mg/kg，为最大值；其次为T7处理，T5处理的最低(图15)。与水稻土中冬瓜的DEHP含量相比，根中DEHP的含量相当，但地上部茎、叶中DEHP的含量则较小。

在赤红土含有DMP的4个处理中，根中DMP含量无显著性的差异；DMP在不同处理的冬瓜茎中的含量有显著性差异(P<0.05)，T1处理茎、叶中DMP含量高于其他处理，具有显著性差异(P<0.05)(图16)。在冬瓜根中，T2处理组的含量最高， 达到0.875 mg/kg， 而在地上部的茎叶片中，T7复合处理的含量较高，并且与其他处理的DEP含量有显著性差异(P<0.05)(图17)。4组不同处理根中DEHP含量无显著性差异(P>0.05)，T5处理的根中DEHP含量最高，而T3处理的根中DEHP含量最低，这一现象与菜园土中的相一致。DEHP在地上部茎、叶中的含量无显著性差异(图18)。

2.4 不同处理土壤中PAEs的降解效果

污染水稻土中种植冬瓜后，对土壤中PAEs具有较好的降解效果，降解率最低为T6处理(89.1%)，最高为T2处理(99.7%)(图19)。污染菜园土中种植冬瓜后，对土壤中PAEs具有较好的降解效果，T1处理、T2处理和T4复合处理的降解率较高，分别为83.5%、91.1%、87.4%；T3、T5、T6、T7降解率较低，分别为44.0%、41.2%、36.4%、41.4%(图20)。污染赤红土中种植冬瓜后，对土壤中PAEs具有较好的降解效果，降解率最高为T2处理(94.6%)，最小为T6处理(43.1%)，与水稻土研究结果一致(图21)。

3 结论

DMP、DEP、DEHP及其组合的不同处理对冬瓜生物量的影响不同，不同土壤中单一PAEs对冬瓜生物量影响大小顺序分别为水稻土DEHP>DMP>DEP、菜园土DEHP>DEP>DMP、赤红土DEHP>DMP>DEP。不同复合处理时，不同土壤中对冬瓜生物量影响较小的组合分别是水稻土DEP+DEHP、菜园土DMP+DEHP、赤红土DMP+DEP。

随土壤中PAEs总量的增加，冬瓜茎、叶中PAEs含量增加。3种PAEs在冬瓜体内的分布在水稻土、菜园土和赤红土中均为根>茎>叶。3种PAEs在茎中含量最大为 42.3 mg/kg，叶中含量最大为30.0 mg/kg，表明冬瓜对3种PAEs有较强的富集能力；但地上部茎、叶中3种PAEs含量因不同土壤类型、生长时间不同而有差异。

单一和不同组合PAEs处理的污染土壤种植冬瓜后，水稻土、菜园土、赤红土中3种PAEs的含量明显降低。