楊 皓，王光軍

（1中南林業(yè)科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410004；2南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國家工程實驗室）

有關(guān)環(huán)境中多環(huán)芳烴的人為來源的研究己經(jīng)開展多年，研究結(jié)果展現(xiàn)出，多環(huán)芳烴在環(huán)境中有不斷積累的趨勢，而環(huán)境對其自凈能力有限，因而多環(huán)芳烴對環(huán)境的危害日益加劇。隨著我國工業(yè)化的推進，生活水平不斷提高，過度的開發(fā)利用導(dǎo)致我國土地污染越來越嚴(yán)重，引起了社會的廣泛重視，成為民生關(guān)注的環(huán)境科學(xué)熱點問題之一。

修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤方法主要分為：化學(xué)、生物和物理修復(fù)3種。植物修復(fù)是生物修復(fù)的一種，它是指利用植物本身及其群落的修復(fù)方法，即價格經(jīng)濟又美觀環(huán)保[1-2]。根系分泌物在植物修復(fù)過程中有著十分重要的貢獻，它是保持根際微生物系統(tǒng)活力，及物質(zhì)循環(huán)重要組分部分，它們對植物的生理、物理及化學(xué)特性都有重要的影響[3]。此外，植物根系分泌物成分的低分子有機酸類（Low Molecular Weight Organic Acids,LMWOs）對土壤中吸附的多環(huán)芳烴等有機污染物有抑制作用，促進土壤中多環(huán)芳烴的分解，活化殘留的有機污染物，增加了土壤中的生物有效活性。

1 多環(huán)芳烴

1.1 多環(huán)芳烴的化學(xué)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

環(huán)芳烴 （Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）是指分子結(jié)構(gòu)中含有兩個及兩個以上苯環(huán)的碳氫化合物，具有持久性的一種有機污染物（POPs）。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上千種多環(huán)芳烴類化合物及其衍生物，按照其毒性風(fēng)險和環(huán)境釋放量，以下列出的16種優(yōu)先控制的多環(huán)芳烴是目前環(huán)境污染研究的主要對象。

1.2 多環(huán)芳烴的來源及危害

環(huán)境中存在的多環(huán)芳烴除極少部分是來源于某些藻類或細菌生物體自身合成，森林的自然火災(zāi)，火山噴發(fā)等自然現(xiàn)象，絕大部分的多環(huán)芳烴污染由人為活動造成，主要來自于2方面[4]：（1）煤、石油等有機高分子化合物的不完全燃燒；來自于交通運輸、工業(yè)生產(chǎn)、日常排放等方面。（2）原油在開采的過程中的泄露，使用過程中的違規(guī)排放。

多環(huán)芳烴并不是一類直接致癌物，它們能通過生物體內(nèi)酶的作用終被轉(zhuǎn)化成致癌物。致癌物一旦與人體內(nèi)的DNA或RNA結(jié)合，將造成無法挽回的損失。有研究表明，多環(huán)芳烴可以經(jīng)過人體的皮膚、呼吸道、消化道等被吸收，有誘發(fā)各種癌癥的可能，而長期呼吸受多環(huán)芳烴污染的空氣，或食用含有多環(huán)芳烴污染的水和食物將會造成慢性中毒[5]。當(dāng)多環(huán)芳烴與生物體共同在紫外光照射下，能夠破壞細胞膜，損傷細胞的DNA結(jié)構(gòu)，使細胞遺傳基因發(fā)生突變[6]。

2 低分子量有機酸

2.1 低分子量有機酸的組成和含量

植物在其生長發(fā)育時，植物的根系能會向四周的土壤環(huán)境釋放多種有機化合物，根系釋放的化合物中重要的組成成分就是低分子有機酸，它廣泛存在于土壤環(huán)境中，是根系分泌物中最具活性的組分之一，在根系分泌的有機物中占較大的比重。

低分子量有機酸的組成較為復(fù)雜，現(xiàn)已知土壤中可以檢測到的主要低分子量有機酸一般有：乳酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、草酸、乙酸等。它們參與了土壤礦物的形成和風(fēng)化，改變了其表面的化學(xué)性質(zhì)，破壞內(nèi)部的有機無機復(fù)合體、將復(fù)合體中的金屬離子釋放，達到破壞土壤結(jié)構(gòu)的目的[7]。研究表明[8,9]，土壤中的多環(huán)芳烴污染能被低分子量有機酸吸附，并促進提高土壤中多環(huán)芳烴的生物可利用性。

據(jù)報道，土壤中檢測到低分子量有機酸的濃度不高，為微摩爾至毫摩爾級，從植物根系分泌物中檢測到低分子量有機酸含量一般為1～10mmol/L，含量明顯高于土壤本體中的低分子量有機酸[11,12]。

2.2 影響低分子量有機酸的因素

2.2.1 植物本體因素。不同的植物類型、不同的基因種類的植物根系分泌中的低分子量有機酸的數(shù)量和種類也各不相同。如油菜的根系分泌物中低分子量有機酸為檸檬酸和蘋果酸；大豆根系分泌物中低分子量有機酸主要是蘋果酸、檸檬酸等[13]。其微生物生長也受到不同種類的低分子量有機酸的影響，土壤中有機污染物的環(huán)境行為也各不相同[14]。

2.2.2 植物根際環(huán)境的理化性質(zhì)。低分子有機酸對土壤有機污染物的活化效應(yīng)受根際土壤環(huán)境的理化性質(zhì)、及加入的有機污染物的濃度、受脅迫的時間等影響?，F(xiàn)有研究表明：土壤呈酸性時，其中的金屬離子的溶解效率較快，并破壞有機污染物與土壤根系環(huán)境中的“鍵橋”，能不同程度地促進有機污染物的活化；當(dāng)土壤根系周邊環(huán)境受到脅迫時，植物根系所分泌的有機酸也會有相應(yīng)的改變[15]。

2.2.3 土壤微生物因素。加入低分子量有機酸可以改變土壤中微生物的數(shù)量和活性，活躍的微生物能將根系分泌物中的大分子化合物轉(zhuǎn)化為小分子化合物，它們可能對根際有機污染物有明顯的活化作用；微生物也可以通過分泌一些有機物質(zhì)，增加植物根際的活化能力。

2.2.4 其他因素。土壤環(huán)境周圍的土壤性質(zhì)、溫度、濕度、pH值以及根系分泌物的種類都能改變土壤中低分子量有機酸的組成[16]。另外，外源養(yǎng)分的添加可促進植物根系生長，進而促進低分子量有機酸的分泌，提高土壤的利用率，合理管理土地資源分配，都能影響低分子量有機酸的產(chǎn)出。

3 低分子量有機酸在土壤中多環(huán)芳烴污染的應(yīng)用

3.1 低分子量有機酸對多環(huán)芳烴的環(huán)境行為影響

低分子量有機酸通過改變根際微生物數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)以及根際酶系統(tǒng)，從而能降解土壤中多環(huán)芳烴等有機污染物。根系分泌物酶系統(tǒng)可以幫助降解土壤中含有的有機污染物[17]，而低分子量有機酸可以顯著提高根系分泌物的酶活性，促進其在土壤膠體和礦物上的吸附作用[18]。低分子量有機酸能有效地促進植物根部微生物生長發(fā)育，使得土壤中多環(huán)芳烴的含量比非根系微生物的土壤含量要低[19]。低分子量有機酸能活化土壤中的PAHs殘留，降低土壤對PAHs的吸附、促進其解吸、并提高PAHs在土壤中的生物有效性[20]。而根系分泌物則可促進土壤礦物質(zhì)的溶解。釋放土壤中的有機組分，進而影響PAHs等有機污染物結(jié)合態(tài)殘留的轉(zhuǎn)化。

3.2 低分子量有機酸在土壤中多環(huán)芳烴中的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外，已有大量研究學(xué)者從根系分泌物成分深入分析對多環(huán)芳烴在土壤污染中的降解機制，深入研究根系分泌物的成分組成，發(fā)現(xiàn)低分子量有機酸對污染物的活化作用有著突出的顯著效果。孫瑞[21]使用動態(tài)土柱試驗，研究發(fā)現(xiàn)幾種低分子量有機酸對土壤中多環(huán)芳烴污染物均具有很強的淋洗能力，在3種不同的低分子量有機酸的作用下，淋洗量高出對照組200%以上。證明了加入低分子量有機酸后能活化土壤中菲和芘，并且活化能力會隨檸檬酸濃度的提高，3種土壤中菲和芘的總?cè)コ慷汲尸F(xiàn)逐漸遞增的趨勢。聶婧[22]等采用批量平衡法，研究選擇了幾種低分子量有機酸實驗觀察它們對黑炭土壤中的菲結(jié)合態(tài)殘留釋放的影響，結(jié)果顯示，3種低分子量有機酸都能有效地促進土壤中菲結(jié)合態(tài)殘留的釋放，且作用效果最優(yōu)為檸檬酸，低分子量有機酸提高了土壤中菲結(jié)合態(tài)殘留的生物有效性，對菲結(jié)合態(tài)殘留的釋放也與選擇的低分子量有機酸種類有關(guān)。孫冰清[23]采用批量平衡試驗方法，研究結(jié)果表明，在供試的有機酸和氨基酸的影響下，黃棕壤對菲的等溫吸附曲線具有顯著的線性關(guān)系，供試低分子量有機酸和氨基酸對黃棕壤吸附菲有抑制作用，且隨著加入量的增大，對菲的抑制能力越強。任麗麗[24]等研究自制的模擬根系分泌物能提高紅壤、黃棕壤和棕紅壤對菲和芘的吸附能力；王楠[25]在研究試驗選擇黃棕壤，分別添加檸檬酸、草酸和蘋果酸溶液，隨著添加的低分子量有機酸濃度的增加，可測黃棕壤中釋放的DOM含量呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢，其變化與菲的吸附量呈顯著負相關(guān)。謝黎[26]在低濃度低分子量有機酸能夠促進紫色土吸附菲，高濃度具有抑制作用，抑制作用能力與低分子量有機酸的種類和濃度有關(guān)。

4 展望

植物自身不但能夠吸收、轉(zhuǎn)化和降解土壤中的多環(huán)芳烴,更重要的是植物根系通過釋放的分泌物促進土壤微生物的活動，進而達到加速土壤中多環(huán)芳烴的降解。有大量實驗資料表明，低分子量有機酸作為植物根系分泌物的重要組分，對土壤中多環(huán)芳烴的污染物有一定程度的活化作用，顯著提高土壤環(huán)境中的生物有效活性。因此加強對多環(huán)芳烴污染下植物根系分泌物中低分子量有機酸的研究，有助于明確低分子量有機酸的土壤污染環(huán)境行為，對了解植物根系分泌物對多環(huán)芳烴的響應(yīng)影響具有重要意義，同時也可為利用植物根系分泌物修復(fù)技術(shù)在有機污染土壤治理中的應(yīng)用提供更廣闊的前景。不過，關(guān)于低分子量有機酸對土壤中多環(huán)芳烴污染的活化作用內(nèi)在機制還要進一步加深探討。

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