阿特拉津（Atrazine）又名莠去津，化学名为2-氯-4-乙氨基-6-异丙氨基-1，3，5-三嗪，系均三氮苯类除草剂^[1]，由于其长期大量施用，且持效期较长（4~57 周）^[2]，形成了对土壤、水体等的污染。阿特拉津具有很强的生态毒性，易对环境和人类产生危害，对后茬农作物有隐性药害，近年来阿特拉津在环境中的残留不断被检测到，从而引起学术界和公众对其污染和防治的广泛关注。目前，治理阿特拉津污染土壤的生物修复技术主要有微生物修复、植物修复及植物-微生物联合修复，其中植物修复技术是阿特拉津污染土壤修复的主要方法之一，它是利用植物降解、代谢、转化及其根际微生态功能的修复技术^[3]。植物修复技术具有无二次污染、安全、无毒、价廉等优点，很有发展潜力^[4]。

国内外有关阿特拉津污染土壤的植物修复已有一些研究报道，包括植物吸收、植物代谢及其根际矿化、构建植物缓冲带等^{[5, 6, 7]}，但有关高效降解植物筛选的研究还比较缺乏，且目前筛选到的植物所具有的生物降解能力还很有限，要达到应用水平，仍需大幅度提高植物对阿特拉津的吸收、转化和降解水平。因此，阿特拉津高效修复植物的筛选工作还有待进一步加强。

本研究选择7 种植物，比较研究了植物对土壤中阿特拉津的去除效率，阿特拉津在植物体内的富集、转移，以及土壤中阿特拉津去除效率与植物生物量、根系发达程度之间的关系，以期为阿特拉津污染土壤的植物修复提供高效植物材料。 1 材料与方法 1.1 材料

供试土壤采自云南农业大学农场，属于红壤，土壤理化性质：pH为 5.98，有机质含量为16.7 g·kg^-1，全N、全P、全K含量分别为1.36、2.04、9.92 g·kg^-1，碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为111.89、91.47、448.83 mg·kg^-1。土样采集后，风干、磨碎过2 mm筛，并于120 ℃温度条件下灭菌30 min后备用。

供试植物包括皇竹草（Pennisetum hydridum）、黑麦草（Lolium perenne L.）、高羊茅（Festuca elata）、斑茅（Saccharum arundinaceum）、牛筋草（Gramineae）、龙葵（Solanum nigrum L．）、香附子（Cyperus rotundus L.）。7种植物中除高羊茅和黑麦草外均为甘蔗种植区常见植物，主要采自甘蔗种植区的蔗田或田边；黑麦草采自昆明农药厂排污区；高羊茅是文献^[8] 报道的对阿特拉津有较高去除效率的植物。

阿特拉津原药由昆明农药有限公司提供，质量浓度为98%，阿特拉津标样购于国家标准物质中心，浓度为100 mg·L^-1（丙酮作溶剂）。 1.2 试验设计

盆栽试验于云南农业大学农场温室内进行。试验设种植皇竹草、黑麦草、高羊茅、斑茅、牛筋草、龙葵、香附子和不种植植物（对照）8个处理，每个处理 3 次重复。为尽可能避免植物种植过程中土壤微生物对阿特拉津降解的干扰，试验用土为灭菌土，将定量的阿特拉津用丙酮溶解后，均匀拌于200 g土样中，置于通风橱中，待丙酮挥发后，再与灭菌土壤混匀，土壤阿特拉津浓度为50 mg·kg^-1。每盆装供试土壤2.5 kg，加去离子水调节土壤水分至田间持水量的50%，平衡7 d后备用。选择大小、长势相近的植物幼苗栽种，每盆种3株（皇竹草扦插育苗，斑茅和牛筋草分根育苗，黑麦草、高羊茅、龙葵、香附子播种育苗）。试验期间，田间持水量维持在50%（称重补水法），每5 d施改良Hoagland营养液（无菌水配制）1 次。 1.3 指标测定 1.3.1 土壤和植物中阿特拉津的测定

土壤、植物样品的采集与制备：于植物种植当天采集土样，植物种植 60 d后分别采集土壤和植物样品。土壤样品经风干、磨碎过1 mm筛后备用；植物样品用蒸馏水充分清洗，分地上部（包括茎叶）和地下部两部分，以鲜样进行预处理。

土壤的预处理：参照李在田^[9] 的土壤中阿特拉津测定方法。准确称取制好的土样20 g置于 500 mL具塞锥形瓶中，加水定容至20 mL，摇匀后静置10 min，加100 mL含 20％水的丙酮浸泡8 h，振荡 1 h，将提取液倒入铺有2层滤纸的布氏漏斗减压抽滤。取滤液80 mL（相当于2/3样品）倒入500 mL分液漏斗中，加入10 g氯化钠，分三次加入 60 mL三氯甲烷萃取，每次振荡2 min，静置分层后，分离出下层有机相，最后合并三氯甲烷相，用无水硫酸钠脱水，然后用旋转蒸发器浓缩至5 mL，再用K-D浓缩器浓缩至近干，用丙酮定容至 l mL，供气相色谱分析用。

植物样品的预处理：参照甘蔗中阿特拉津的测定方法（GB/T 5009.132—2003）。

气相色谱测定：采用Agilent 7890气相色谱仪，带ECD检测器。气相色谱条件为：柱温采用程序升温，150 ℃保持2 min，15 ℃·min-1升至270 ℃，保持10 min；N2流速5.0 mL·min-1；检测器温度300 ℃；进样器温度250 ℃；进样量1 μL。标准曲线法进行定量。 1.3.2 植物生物量的测定

分别取整盆植物的地上和地下部分，在105 ℃下杀青30 min，再于65 ℃下烘干称重，测定植物地上部和地下部生物量。 1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2003软件对数据进行分析，以平均值±标准差（Mean±SD）表示，并采用ANOVA和t检验法对数据进行差异显著性分析，P<0.05表明差异显著。

阿特拉津的去除率（R）：R=（C₀－C_t）×100%/C₀

式中：C₀为土壤中阿特拉津初始浓度；C_t为植物种植60 d后土壤中阿特拉津残留浓度。

阿特拉津降解速率常数及半衰期的计算^[10]：通过计算农药在环境中降解的一级反应动力学方程，即

C=C₀e^-kt

式中：C₀为初始浓度；C为经过t时间的残留量；t为降解时间；k为降解速率常数。

当农药降解一半，即C=C₀/2时所需要的时间称为降解半衰期，用T_1/2表示，代入上式得到半衰期的计算公式为：T_1/2=ln2/k=0.693/Ck

生物量（干重）= 地上部生物量+ 地下部生物量

根冠比（干重）= 地下部生物量/ 地上部生物量

2 结果与分析 2.1 不同供试植物的生物量变化

植物种植60 d 后，7种植物的生物量情况如图 1所示。生物量最大的是皇竹草，其次是斑茅，生物量顺序为：皇竹草>斑茅>高羊茅>龙葵>黑麦草>牛筋草>香附子，其中香附子在培养后期基本干枯死亡，生物量很低，可能与50 mg·kg^-1的阿特垃津处理浓度偏高有关。皇竹草、斑茅和高羊茅对阿特拉津抗性较强，而香附子对阿特拉津比较敏感，各种植物对阿特拉津的响应具有明显的种间差异。结合相应的土壤阿特拉津去除率来看，去除率可能与植物的生物量有一定关系，植物的生物量越大，对土壤阿特拉津的去除率也越高。

不同字母标记说明处理间差异显著 （P<0.05，n=3 ）。下同 Columns with different capital or lowercase letters show statistically different from each other at 5% probability level （P<0.05，n=3 ） 图 1 不同植物的生物量 Figure 1 Biomass of weed plants tested

图选项

由图 2可以看出，根冠比最高的是黑麦草，其次是皇竹草、斑茅和高羊茅，最低的是香附子、牛筋草。说明植物的根冠比存在明显的种间差异，黑麦草、皇竹草、斑茅和高羊茅的根系发达，发达的根系有利于支撑更大的植物生物量。

图 2 不同植物的根冠比 Figure 2 Root to shoot ratios of different plants

图选项

于植物种植后第60 d，采样分析土壤中阿特拉津的浓度，并计算去除率，分析结果见图 3。可以看出，与种植植物当天相比，8个处理土壤阿特拉津浓度均有所下降，去除率为31.44%~71.15%，种植香附子的土壤阿特拉津去除率与对照相比下降不显著（P<0.05），而种植皇竹草、斑茅、黑麦草、高羊茅、龙葵、牛筋草的土壤中阿特拉津去除率与对照相比显著升高（P<0.05），为41.70%~71.15%，与对照相比（30.78%），去除率提高了10.92%~40.37%，说明不同植物对土壤中阿特拉津的去除能力存在差异，其中去除效率最高的是皇竹草。去除率大小依次为皇竹草＞斑茅＞黑麦草＞高羊茅＞龙葵＞牛筋草＞香附子。

图 3 不同处理土壤中阿特拉津去除率 Figure 3 Removal rates of Atrazine in soil

图选项

为表征阿特拉津残留浓度与降解时间的关系，用一级动力学方程进行拟合（表 1）。可以看出相关系数在0.921~0.994之间，均达到极显著水平（P<0.01），可见阿特拉津在土壤中的降解符合一级动力学方程。计算阿特拉津在土壤中的半衰期，得到对照土壤阿特拉津的半衰期为106.6 d，种植植物后的半衰期为32.7~96.3 d，与对照相比，土壤中阿特拉津的半衰期缩短了10.3~73.9 d，其中种植皇竹草的土壤阿特拉津的半衰期下降最为明显，缩短了73.9 d。对照处理阿特拉津的半衰期最长，表明阿特拉津在无植物条件下去除速率较低。可见种植植物可加速土壤阿特拉津的去除，缩短其在土壤中的残留时间，但不同植物间存在一定差异。

表 1 阿特拉津植物去除的一级动力学方程及半衰期 Table 1 Phytodegradation kinetics and half-life of atrazine

表选项

对不同植物的生物量、根冠比与植物对阿特拉津去除率的关系进行分析，其拟合关系见图 4。可以看出不同植物的生物量、根冠比与植物对阿特拉津的去除率存在明显相关性，相关系数分别为0.838和0.866，达到了显著和极显著水平（P<0.01，n=7）。

图 4 阿特拉津去除率与植物生物量和根冠比的相关性 Figure 4 Correlation between atrazine removal rate and plant biomass and root to shoot ratio

图选项

由表 2可知，供试的7种植物对阿特拉津均有一定的吸收与转运能力。供试植物地下部的阿特拉津含量范围为1.92~3.62 mg·kg^-1，其中香附子根中含量最高；供试植物地上部阿特拉津含量范围为1.93~9.88 mg·kg^-1，含量最高的为皇竹草。植物体内均有一定程度的阿特拉津残留。

各供试植物的富集系数范围为 0.08~0.54，转运系数范围为 0.53~2.81。不同供试植物富集系数和转运系数差异很大，其中皇竹草的富集系数和转运系数最高，其次为斑茅和高羊茅，香附子的富集系数和转运系数均最低。上述结果表明皇竹草对阿特拉津有较好的吸收和转运能力。

表 2 不同植物体内阿特拉津含量、 富集系数 （ BCF ） 和转运系数 （ TF ） Table 2 Concentrations，bioconcentration factors （ BCF ） and translocation factors （ TF ） of atrazine in different plants

表选项

阿特拉津的植物降解已有相关报道，Lin等^[8]利用鸭茅、高羊茅、梯牧草、无芒雀麦和柳枝稷对阿特拉津进行生物降解试验，发现与对照相比，种植植物明显提高了土壤中阿特拉津的去除率。本研究发现种植植物的处理土壤中阿特拉津的去除率明显高于不种植物的对照土壤，与上述研究结果一致，且因植物种类不同，表现出明显的差异。皇竹草、斑茅、黑麦草、高羊茅对土壤中阿特拉津的去除率较高，达到57.57%~71.15%，其中皇竹草处理土壤中阿特拉津的去除率最高。

植物的根系发达程度、生物量与对污染物的吸收、降解能力密切相关。发达的根系对有机污染物的快速降解起重要的促进作用，在植物修复中具有重要作用。此外，根系吸收表面积的大小、根系分泌能力的大小也对污染物的吸收、降解及根际微生物的繁殖生长有重要影响^{[11, 12]}。同时，植物的生物量越大，越能提高修复效果^[12]。本研究发现，皇竹草、斑茅、黑麦草、高羊茅均为须根植物，根系发达，对土壤中阿特拉津的去除率也较高。根系的发达程度影响污染物的去除速率，汪小勇等^[11]在利用紫花苜蓿和多花黑麦草降解六六六的试验中亦发现同样的现象，因此植物修复要求植物具有发达的根系。

土壤中阿特拉津去除率可能与植物的生物量和根冠比有一定关系，生物量和根冠比越高，越有利于阿特拉津的降解^{[13, 14]}。本研究发现植物生物量和根冠比与阿特拉津的去除率呈显著正相关关系，皇竹草、斑茅和高羊茅的生物量大，相对应土壤中阿特拉津的去除率高；黑麦草、皇竹草、斑茅和高羊茅的根冠比高，相对应土壤中阿特拉津的去除率也高。植物的生物量越大，越有利于植物对土壤阿特拉津的吸收和转移运输。因此，生物量和根冠比是反映植物对污染物去除能力的重要指标。 3.2 植物对土壤中阿特拉津的富集和转运

生物富集系数是植物体内污染物的浓度与其生长土壤中污染物浓度的比值，常用于评价植物的修复能力。生物富集系数越大，表明植物的修复能力越强^[15]。转移系数是植物体内地上部分污染物的浓度与其根中污染物浓度的比值。转移系数越大，则污染物从根系向地上部器官转移能力越强^[16]。本研究发现，不同供试植物富集系数和转运系数差异很大，其中，皇竹草的富集系数和转运系数均显著高于其他供试植物，可能与皇竹草具有很高的生物量、发达的根系有关。 4 结论

（1）皇竹草对土壤中阿特拉津的去除效果最好，去除率达71.15%；其次为斑茅＞黑麦草＞高羊茅＞龙葵＞牛筋草，去除率均高于40%。

（2）不同供试植物的生物量、根冠比与植物对土壤中阿特拉津的去除率存在显著正相关性（P<0.05）。

（3）不同供试植物对阿特拉津的富集系数和转运系数存在很大差异，说明供试植物对阿特拉津的吸收和转运能力不同。