半胱氨酸β环糊精对铅菲复合污染土壤植物修复的强化作用研究

《半胱氨酸β环糊精对铅菲复合污染土壤植物修复的强化作用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

半胱氨酸-β-环糊精对铅-菲复合污染土壤植物修复的强化作用研究王光辉*，王银，胡苏杭（东华理工大学水资源与环境工程学院环境工程系，江西，抚州，344000）摘要：在β-环糊精（β-CD）的基础上，通过β-环糊精与半胱氨酸的反应获得一种新型的半胱氨酸-β-环糊精（CCD）。红外结果表明CCD在保留β-CD原有空腔结构的同时还增加了氨基、羧基及巯基，CCD能同时实现对菲的包结作用和铅的配位作用。增溶实验研究表明CCD对菲和碳酸铅有明显的增溶效应。植物修复实验研究表明CCD可以明显强化黑麦草对复合污染土壤中铅和菲的吸收，种植黑麦草后的土壤中菲和铅的残留量明显低于无黑麦草的对照组，且经过CCD处理后复合污染土壤中铅和菲的残留量要明显低于未加CCD的对照组，CCD可以强化对复合污染土壤的植物修复。关键词：半胱氨酸-β-环糊精；菲；铅；复合污染土壤；植物修复Cysteine-β-cyclodextrinEnhancedPhytoremediationofCo-contaminatedSoilwithPhenanthreneandLeadWANGGuang-hui*,WANGYin,HUSu-hang(CollegeofWaterResourcesandEnvironmentalEngineering，EastChinaInstituteofTechnology，Fuzhou，Jiangxi,344000)Abstract:Onthebasisofβ-cyclodextrin,anovelcysteine-β-cyclodextrin(CCD)wassynthesizedbythereactionofβ-cyclodextrinwithcysteine.TheinfraredspectrademonstratedthattheoriginalinnercavitywerekeptinCCDandamino,carboxylandsulfhydrylgroupswereadded.CCDcansimultaneouslycomplexphenanthreneandlead.TheresultsfromsolubilizationexperimentsshowthatCCDhasobvioussolubilizationforphenanthreneandleadcarbonate.TheresultsfromphytoremediationexperimentsshowthatCCDcanenhanceuptakeofryegrassforleadandphenanthrenefromco-contaminatedsoil,residualconcentrationsofleadandphenanthreneinsoilswithryegrassarelowerthanthoseinsoilswithoutryegrass,andresidualconcentrationsofleadandphenanthreneinsoilsafterCCDtreatmentarealsolowerthanthoseinsoilsbeforeCCDtreatment.CCDcanenhancephytoremediationofco-contaminatedsoil.KeyWords:Cysteine-β-cyclodextrin;Phenanthrene;Lead;Co-contaminatedsoil;Phytoremediation基金项目：国家自然基金资助项目（41261078，40861017）；江西省自然基金资助项目（20114BAB203029）；江西省教育厅科技项目资助（GJJ12374）。作者简介：王光辉（1968-），男，主要从事土壤修复技术的研究。*通讯作者：王光辉E-mail：wgh68611@163.com。 土壤是人类赖以生存的物质基础，是最为重要的环境因素之一，但随着工农业的迅速发展，由于人们大量使用农药、化肥以及工矿企业排放的大量重金属和有毒有机物，进入土壤的有毒有害物质日益增多，导致土壤的污染问题日益严重。目前我国受有机污染物污染的农田达3600万hm2,主要农产品的农药残留超标率高达16%-20%，受重金属污染的农业土地约为2500万hm2，由土壤污染导致的农产品的生态安全问题已不容忽视[1]。由于土壤中污染物的多样性从而形成土壤复合污染,目前复合污染是土壤污染的主要存在形式[2]，比如，土壤中有机物-重金属复合污染非常普遍[3,4]，特别是重金属污染耕地常常存在农药、普通有机污染物的复合污染，土壤复合污染及修复研究已成为环境科学日益活跃的领域，引起各国政府和环境工作者广泛关注。作为第二代超分子主体化合物的代表b-环糊精，它的应用和研究一直倍受人们的关注，b-环糊精内部空腔具有疏水性，腔外羟基具有亲水性，使其在水中有一定的溶解度,b-环糊精的这种特殊的分子空洞结构，往往能使一些疏水性的且尺寸相匹配的有机分子进入空腔形成主客体包结物，可被有效用于促进疏水性有机污染物的溶解[5]。然而就b-环糊精本身而言，其对重金属的配位能力较差[6]，但通过对b-环糊精进行化学改性而获得的b-环糊精衍生物，如羧甲基-b-环糊精由于羧基的引入而具备对重金属的配位能力，Skold等报道羧甲基-b-环糊精对Ba、Ca、Cd、Ni、Pb、Sr、Zn等七种金属难溶盐的增溶行为[7]。和表面活性剂相比，环糊精具有无毒[8-9]、生物降解性[10]、不易被土壤吸附[6]等特性，属于一种环境友好材料,因此采用环糊精与其它修复技术的结合已成为土壤修复技术新的发展趋势[11]，目前单一的植物修复技术在有机污染[12-13]或重金属污染[14]土壤修复中已有广泛的应用，植物修复技术的修复效果很大程度上取决于有机物和重金属的生物有效性，重金属进入土壤后，会与土壤中的有机质产生络合，沉淀或吸附在土壤颗粒表面而难以被植物吸收；而对于一些疏水性有机物而言，因其水溶性差而导致它们的生物有效性较低，不利于植物吸收代谢，限制了修复效果。与单一植物修复技术相比，化学强化植物修复技术可有效提高植物吸收积累污染物的能力，进而改善植物的修复效率。本文在b-环糊精的基础上通过改性合成获得一种新型的水溶性极好的b-环糊精衍生物—半胱氨酸-β-环糊精(cysteine-β-cyclodextrin简称CCD)，复合污染土壤中以菲为疏水性有机污染物代表，以铅为重金属代表，研究CCD对菲和铅的增溶效应，CCD对黑麦草吸收复合污染土壤中菲和铅的增效作用，本研究成果将对复合污染土壤中有机污染物和重金属的同步修复有一定的参考价值。1材料与方法1.1试剂与仪器β-环糊精（纯度>96%），菲（纯度>99%），KOH、环氧氯丙烷、半胱氨酸、碳酸铅、硝酸铅、甲醇、乙醇、硫酸均为分析纯。美国Perkin-Elmer1700FT红外光谱仪，日本岛津LC-2010HT型高效液相色谱仪，北京瑞利WFX-120型原子吸收分光光度计，上海751G紫外分光光度计，上海安亭科学仪器厂TDL-40B离心机，江苏荣华SHZ-82A恒温振荡仪。1.2实验方法1.2.1半胱氨酸-β-环糊精的合成仿文献[15]的方法合成，步骤如下： 250mL锥形瓶中加入8.1gβ-CD，加入70mL的蒸馏水，加入6.7g的氢氧化钾，搅拌至β-CD完全溶解，在水浴锅中加热至50℃，加入12g半胱氨酸，滴加10.2g环氧氯丙烷，于60℃反应1h，冷却至室温，用硫酸调节pH值至5-6左右，加入150mL无水乙醇，静置过滤，在水浴锅中将滤液中的乙醇蒸出，并浓缩至30mL，加入足量的无水甲醇（约为300mL），静置过夜，过滤，真空干燥，得合成物，合成反应见图1。OH645OHO132OHO7OHOKKOHOHOHOHOKO+CH2SHNHCHCOOHOHKOHCH2SHClCH2CHCH22ClCH2CHCH2NCHCOOHOHCH2SHOKOCH2CHCH2NHCHCOOHKOHCH2SHOOHOKCH2SHOHOCH2CHCH2NHCHCOOHCH2CHCH2NHCHCOOHOHOR6OHCH2SH45OHO213ORR:CH2CHCH2NHCHCOOHO7图1半胱氨酸β-环糊精的合成路线Fig.1Reactionschemeforthesynthesisofcysteine-β-cyclodextrin1.2.2增溶实验疏水性有机物氰草津的增溶实验：在50mL带塞锥形瓶中，分别加入20mL一系列浓度的CCD和β-CD溶液，然后加入稍过量的菲，盖紧塞子。在25℃、150r·min-1条件下，振荡24h后，倒入50mL离心管，在转速为4000r·min-1下离心10min。准确移取一定体积上清液于10mL比色管中，加入1:1无水甲醇稀释定容，菲的浓度用液相色谱仪测定，测定波长为228nm。难溶盐碳酸铅的增溶实验：在50mL带塞锥形瓶中，分别加入20mL一系列浓度的CCD和β-CD溶液，将所有溶液pH调至6.0左右，然后加入稍过量的碳酸铅，溶液的背景离子强度用50mmol·L-1KNO3控制，盖紧塞子。在25℃、150r·min-1条件下，振荡24h后，倒入50mL离心管，在转速为4000r·min-1下离心10min。取上清液经消解后，用原子吸收光谱仪测定铅的浓度。1.2.3复合污染土壤的配制取未受污染的抚州公园天然土为实验用土，取来的土壤晾干后，过2mm筛，首先将一定浓度的硝酸铅溶液与上述未污染的土完全混合均匀，并晾干。然后再将一定量菲溶解在甲 醇中，并与上述过程制得的铅污染土壤均匀混合，等甲醇挥干后，土壤老化30天后再用。1.2.4土壤和植物样品中菲和铅的分析1）土壤中菲的分析方法：取2g过2mm筛土壤样品于离心管中，添加2g无水硫酸钠，混合均匀；加入10mL二氯甲烷，在40℃水浴中超声萃取1h，以4000rpm/min离心15min；然后取3mL过2g硅胶柱净化，并用11mL二氯甲烷和正己烷（1：1，V:V)混合液洗脱；收集洗脱液，转移至旋转蒸发瓶中，40℃恒温浓缩至干，用甲醇定容至2mL，过0.22um孔径滤膜后，HPLC-FLD分析。2）植物中菲的分析方法：植物样品经冷冻干燥后，用研磨机研磨至碎，混匀。取一定量上述植物样品于离心管中，用30mL丙酮和正己烷（1：1，V:V)混合液分3次，每次10mL在40℃水浴中超声萃取0.5h，收集萃取液，过无水硫酸钠柱后，转移至旋转蒸发瓶中，40℃恒温浓缩至干，用正己烷定容到2mL；然后取1mL过2g硅胶柱净化，并用11mL二氯甲烷和正己烷（1：1，V:V)混合液洗脱；收集洗脱液，转移至旋转蒸发瓶中，40℃恒温浓缩至干，用甲醇定容至2mL，过0.22um孔径滤膜后，HPLC分析。HPLC-FLD分析条件：4.6×150mm反相C18色谱柱；流动相为甲醇-水（85：15），流速为1.0mL/min，柱温30℃，进样量20uL，测定菲的荧光检测器发射波长和激发波长分别为250nm和366nm。3）土壤中Pb的分析方法：准确称取0.2g~0.5g（精确至0.0002g）试样于50mL聚四氟乙烯坩埚中，用水润湿后加入10mL盐酸，于通风橱内的电热板上低温加热，使样品初步分解，待蒸发至约剩3mL左右时，取下稍冷，然后加入5mL硝酸，5mL氢氟酸，3mL高氯酸，加盖后于电热板上中温加热。1h后，开盖，继续加热除硅，为了达到良好的飞硅效果，应经常摇动坩埚。当加热至冒白浓厚烟时，加盖，使黑色有机碳化物分解。待坩埚壁上的黑色有机物消失后，开盖驱赶高氯酸白烟蒸至内容物呈粘稠状。视消解情况可再加入3mL硝酸，3mL氢氟酸和1mL高氯酸，重复上述消解过程。当白烟再次基本冒尽且坩埚内容物呈粘稠状时，取下稍冷，用水冲洗坩埚盖和内壁，并加入1mL硝酸溶液温热溶解残渣。然后将溶液转移至50mL容量瓶中，冷却后定容至标线摇匀，备测。4）植物中Pb的分析方法：将将植株根、茎叶分别剪碎，取适量样品，加10mL浓硝酸浸泡过夜，放在电热板上消煮至不再冒棕色烟，再加入4mLHCLO4，至白烟基本消尽。将消煮液用1%HNO3定容，用原子吸收分光光度法(AAS)测定其浓度。2结果与分析2.1合成物的红外光谱分析β-CD和CCD的红外光谱见图2。由图2可知，波数在946cm-1的峰是β-CD的α-(1，4)糖苷键的骨架振动，857cm-1的峰是β-CD吡喃葡萄糖的C-1基团振动，1028、1159cm-1处分别出现C-C/C-O键耦合振动峰和C-O-C键伸缩振动峰，为β-CD的特征峰，3354cm-1 为β-CD上的O-H伸缩振动，1422cm-1为O-H弯曲振动。对比β-CD和CCD的红外光谱，可知两者红外光谱相似，在CCD中出现了857、946、1028、1158cm-1等β-CD的特征吸收峰，由此表明CCD保留了β-CD分子的空腔结构。另外，CCD在3100-3500cm-1的吸收峰明显紫移变宽，这是由于环氧基开环与半胱氨酸中氨基加成产生新键-NH-，并与羟基产生重迭吸收峰的结果，在CCD中同时也出现了1410cm-1羧基的伸缩振动峰，巯基的伸缩振动峰位于2564cm-1。946857b-CD33542564141011581028CCD40003000200010000Wavenumber(cm-1)2.2菲和碳酸铅的增溶作用图2β-CD,CCD红外光谱Fig.2FT-IRspectraofβ-CDandCCDβ-CD和CCD对菲的增溶效应如图3所示，结果表明菲的表观溶解度随β-CD和CCD浓度的增大而线性增加，这是由于菲与CD之间形成了1：1的包结物，这种线性关系可以表示为：St/S0=KsC0+b(1)式中：St为有CD存在时菲在水中的溶解度，S0为无CD存在时菲在水中的溶解度，C0为CD的初始浓度，Ks为包结物的稳定常数（亦称增溶系数），可用于评估CD对菲的增溶能力S/S=-0.30369+0.80289Ct0R2=0.99081412S/S=0.8492+0.71031C25t0R2=0.997510t08S/S6420024681012141618b-CD(g/L)20S/St0151050051015202530CCD(g/L)图3β-CD和CCD对菲的增溶作用 Fig.3Solubilizationcurversofphenanthreneinβ-CDandCCD由图3可知：在β-CD质量浓度为8g·L-1时，其对菲的增溶倍数不到7倍，而当β-CD达18g·L-1(最大溶解度)时，由增溶方程可以推算其对菲的增溶倍数为14倍，也就是说β-CD对菲的最大增溶倍数为14倍；而CCD的水溶性远大于β-CD，菲在CCD中的溶解度随CCD浓度的增大而增大，当CCD浓度为30g/L时对菲的增溶倍数约为25倍，另由增溶方程可知，β-CD和CCD对菲的增溶系数分别为0.71031和0.80289，所以CCD对菲的增溶能力好于β-CD。CCDb-CD200014150012Pb(mg/L)C菲(mg/L)10100085006051015200.00.20.40.60.81.0CD(g/L)C铅(mg/L)04图4CCD对碳酸铅的增溶图5铅对CCD增溶菲的影响Fig.4EnhancedleadcarbonatesolubilityasaFig.5EffectsofleadonenhancedsolubilizationfunctionofCDconcentrationofphenanthrenebyCCDCCD对碳酸铅的增溶效应如图4所示，CCD对碳酸铅的溶解度有明显的促进影响，碳酸铅在水溶液中的表观溶解度随CCD浓度的增大而增大，当CCD质量浓度20g·L-1时，水溶液中铅的浓度可达1938mg·L-1。另外从中还可看出β-CD对碳酸铅没有明显的增溶作用。这种现象归因于CCD分子结构的巯基、氨基和羧基与金属铅之间的配位作用。COOHCOOHHCCH2SHPbSHCH2CH800NHNHCH2CH2C铅(mg/L)700600HOCHCH2OCHOHCH2O5004000.20.40.60.81.0C菲(mg/L)图6菲对CCD增溶碳酸铅的影响图7菲-CCD-铅三元作用模式图Fig.6EffectsofphenanthreneonenhancedFig.7SchematicillustrationofhypothesizedsolubilizationofleadcarbonatebyCCDconfigurationofphenanthrene-GCD-lead为了进一步考察半胱氨酸-b-环糊精对铅和菲的同时配位和包结作用，分别研究了CCD 对碳酸铅增溶时菲共存的影响(图5)及CCD对菲增溶时铅共存的影响(图6)。结果表明：碳酸铅的表观溶解度几乎不受菲浓度的影响，由此可知菲的存在不会影响半胱氨酸-b-环糊精对铅的配位作用；同时CCD对菲的增溶能力也不受铅离子浓度的影响，由此可知铅的存在也不会影响半胱氨酸-b-环糊精对菲的包结作用，这主要是因为CCD对菲的包结作用和铅的配位作用是在CCD分子结构不同位置上进行，CCD分子结构中的巯基、氨基和羧基对铅的配位作用发生在环糊精空腔腔体的外部，然而CCD对菲的包结作用发生在环糊精空腔腔体的内部，作用模式如图7所示。2.3CCD对铅-菲复合污染土壤植物增效修复作用2.3.1CCD对黑麦草正常生长和生物量的影响在不同CCD（T1=0、T2=0.1%、T3=0.5%、T4=1%、T5=3%）浓度处理条件下，黑麦草的株高及生物量如图8所示，由图可知，在低浓度CCD（T2、T3、T4）条件处理下，黑麦草的株高、生物量比对照组（T1）分别提高2.32~10.23%、10.40~23.27%，而在高浓度CCD（T5）条件处理下，黑麦草的株高、生物量要比对照组低（T1）。这说明低浓度条件下，添加CCD在一定程度上可以促进黑麦草的正常生长，而高浓度则对植物有一定的抑制作用。茎叶根502.5402.0株高(cm)干重(g/株)301.5201.0100.5T1T2T3T4T5T1T2T3T4T5CCD(w/w)CCD(w/w)00.0图8不同浓度CCD处理下的黑麦草株高及干重Fig.8HeightanddryweightofryegrassunderconditionofdifferentCCDconcentrations2.3.2CCD对黑麦草吸收复合污染土壤中菲的影响土壤中添加的菲一部分残留在土壤中外，一部分可以被黑麦草吸收、积累。在不同污染水平、添加CCD（1%（w/w））与未添加CCD不同的处理条件下，菲在黑麦草不同部位的含量如图9所示，由图可知，在同一污染水平条件下，黑麦草根部菲的含量明显高于茎叶部。图9（a）表示黑麦草根部菲的含量，10和50mg/kg浓度条件下，经过CCD处理后，根中菲的含量为1.22~3.47mg/kg，分别为对照组的1.12~1.45倍，200mg/kg浓度条件下，根中菲的含量有所下降，是对照组1.05~1.07倍。图9（b）表示黑麦草茎叶中菲的含量，10和50mg/kg浓度条件下，经过CCD处理后，茎叶中菲的含量为0.45~0.76mg/kg，分别比对照组高18.75~60.71%，200mg/kg浓度条件下，茎叶中菲的含量有所下降，比对照组高14.55~29.73%。 黑麦草+CCD黑麦草(a)黑麦草+CCD黑麦草(b)40.8根部菲(mg/kg)茎叶中菲(mg/kg)30.620.410.20P1P2P3P4P5P6P7P8P9处理0.0P1P2P3P4P5P6P7P8P9处理图9根、茎叶中菲含量Fig.9Rootandshootconcentrationsofphenanthrene注：P1（10mg/kg菲、100mg/kg铅）、P2（10mg/kg菲、500mg/kg铅）、P3（10mg/kg菲、1000mg/kg铅）、P4（50mg/kg菲、100mg/kg铅）、P5（50mg/kg菲、500mg/kg铅）、P6（50mg/kg菲、1000mg/kg铅）、P7（200mg/kg菲、100mg/kg铅）、P8（200mg/kg菲、500mg/kg铅）、P9（200mg/kg菲、1000mg/kg铅）。表1为黑麦草根系对菲的富集系数，由表1可知，黑麦草对菲的根富集系数与土壤中菲的浓度呈负相关，即随着菲浓度的提高，根富集系数随之减小，其中，相同污染水平条件下，经过CCD处理后，黑麦草对菲的根富集系数值比对照组高，分别是后者的1.25~2.45倍。表1根富集系数Table.1Rootconcentrationfactors(RCFs)菲(mg/kg)Pb100黑麦草+1%CCDPb500Pb1000Pb100黑麦草Pb500Pb1000101.782.781.040.911.140.75501.131.590.830.540.650.382000.080.120.050.060.080.04表2为黑麦草茎叶对菲的富集系数，由表2可知，在一定范围内，随着土壤中菲的浓度增大，茎叶中菲的含量增大，而茎叶富集系数则减小，其中，相同污染水平条件下，经过CCD处理后，黑麦草对菲的茎叶富集系数值比对照组的值高，分别为后者的1.0~2.33倍。表2茎叶富集系数Table.2Shootconcentrationfactors(SCFs)菲(mg/kg)Pb100黑麦草+1%CCDPb500Pb1000Pb100黑麦草Pb500Pb1000100.570.880.380.250.420.19500.250.350.160.120.150.072000.020.030.010.010.020.01注：Pb100，Pb500，Pb1000分别代表在土壤中添加的铅浓度为100，500，1000mg/kg2.3.3CCD对黑麦草吸收复合污染土壤中铅的影响植物对污染土壤重金属的吸收积累主要取决于植物对该重金属的富集能力及土壤中重 金属的生物可利用性。图10、图11表示菲-铅复合污染共存时CCD处理前后对黑麦草不同部位铅的含量。由图10、11可知，黑麦草根中铅的含量远远高于茎叶中铅的含量，铅会从植物根部向茎叶迁移。由图10可知，未经CCD处理时，黑麦草根中、茎叶中Pb的含量分别为31.14~178.76mg/kg、10.56~37.11mg/kg。而经过CCD时，植物根中、茎叶中Pb的含量有一定程度增加，分别为51.23~340.56mg/kg、19.21~85.31mg/kg，见图11。这是因为添加CCD后，可以促进土壤中重金属难溶态转化为易溶态，更多的进入土壤溶液中，提高了重金属的生物有效性，利于植物的吸收积累。另外，由图10，图11可知：在一定浓度范围内，随着土壤中铅浓度的提高，植物中铅的含量也随之增加；但高浓度铅条件下，黑麦草中铅的含量却减少，这可能高浓度会对植物机能造成一定损害，进而影响黑麦草对铅的吸收及向上转移；植物中铅的含量基本不受共存菲的影响，可能是根际重金属活化及钝化消反的结果。200根部铅(mg/kg)1501005001050200(a)无CCD处理1005001000土壤中铅(mg/kg)400350根部铅(mg/kg)3002502001501005001050200(b)有CCD处理1005001000土壤中铅(mg/kg)40(c)无CCD处理茎叶中铅(mg/kg)3010205020010(d)有CCD处理1050200100茎叶中铅(mg/kg)8060402001005001000土壤中铅(mg/kg)01005001000土壤中铅(mg/kg)图10CCD处理前后黑麦草根部和茎叶中的铅含量Fig.10PbcontentinrootsandshootsofryegrasswithandwithoutCCD注：10，50，200分别土壤中添加的PHE浓度为10，50，200mg/kg。CCD处理污染土壤前后，黑麦草对铅的生物富集系数见表3，由表可知：经过CCD处理后黑麦草对铅的生物富集系数值明显高于CCD处理前的对照组，在共存菲浓度不变的前提下，生物富集系数值随土壤中铅的初始浓度增加呈现出先增后降的趋势。 表3植物对铅的生物富集系数Table.3BCFsofPbinplants铅(mg/kg)PHE10黑麦草+1%CCDPHE50PHE200PHE10黑麦草PHE50PHE2001001.341.561.370.510.650.545003.953.833.860.650.700.6510000.490.490.490.150.170.15注：PHE10，PHE50，PHE200分别代表在土壤中添加的菲浓度为10，50，200mg/kg2.3.4复合污染土壤中铅的残留分析不同复合污染水平条件下，土壤中铅的残留量见图11，由图可知，随着复合污染土壤中铅的初始浓度的增加，土壤中残留的铅含量也随之增加，种植了黑麦草的土壤中铅的残留量要明显低于没有种植黑麦草的土壤中铅的残留量，共存菲对土壤中铅的残留量没有显著影响，经过CCD处理后，土壤中铅的残留量要低于未添加CCD的对照组，这是由于加入CCD后，可以活化土壤中的重金属，提高他们的生物有效性，进而促进植物的提取。700土壤铅残留量(mg/kg)6005004003002001000(a)有黑麦草CCD+PHE10PHE10CCD+PHE50PHE50CCD+PHE200PHE2001005001000复合污染土壤中铅含量(mg/kg)1000900土壤铅残留量(mg/kg)8007006005004003002001000CCD+PHE10PHE10CCD+PHE50PHE50CCD+PHE200PHE200(b)无黑麦草1005001000复合污染土壤中铅含量(mg/kg)图11有无黑麦草时复合污染土壤中铅的残留量Fig.11ResidualconcentrationsofPbinsoilswithandwithoutryegrass注：PHE10，PHE50，PHE200分别代表在土壤中添加的菲浓度为10，50，200mg/kg。CCD+PHE10、CCD+PHE50、CCD+PHE200分别表示菲浓度为10，50，200mg/kg时，添加TCD处理。2.3.5复合污染土壤中菲的残留分析不同复合污染水平条件下土壤中菲的残留量如图12所示，由图可知，随着土壤中菲初始浓度的增加，土壤中菲的残留量也随之增加，种植黑麦草的土壤中菲的残留量明显较少，这是因为低浓度条件下，菲对植物根系与微生物无明显毒害作用，利于土壤中菲的降解；而在高浓度条件下，植物根系可缓解污染物对土壤中微生物的部分毒害作用，土壤中微生物可以正常生长繁殖，从而进一步促进对菲的降解。由图12（a)可知，经过CCD处理后，植物修复后土壤中菲的残留量要低于未添加CCD的对照组，分别为0.67~36.67mg/kg、1.12~43.19mg/kg，说明CCD可以强化黑麦草对复合污染土壤中菲的修复效果。 有CCD无CCD(a)有黑麦草土壤中菲残留量(mg/kg)50403020100P1P2P3P4P5P6P7P8P9土壤不同污染水平90有CCD无CCD(b)无黑麦草土壤中菲残留量(mg/kg)80706050403020100K1K2K3K4K5K6K7K8K9土壤不同污染水平图12有无黑麦草时复合污染土壤中菲的残留量Fig.12Residualconcentrationsofphenanthreneinsoilswithandwithoutryegrass注：P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9同前，K1（10mg/kg菲、100mg/kg铅）、K2（10mg/kg菲、500mg/kg铅）、K3（10mg/kg菲、1000mg/kg铅）、K4（50mg/kg菲、100mg/kg铅）、K5（50mg/kg菲、500mg/kg铅）、K6（50mg/kg菲、1000mg/kg铅）、K7（200mg/kg菲、100mg/kg铅）、K8（200mg/kg菲、500mg/kg铅）、K9（200mg/kg菲、1000mg/kg铅）。3结论（1）红外光谱结果表明：CCD在保留β-CD原有空腔结构的同时还增加了氨基、羧基及巯基，使CCS既具有包结疏水性有机物的能力，又具备对重金属的配位能力。（2）增溶实验结果表明：CCD对菲和碳酸铅都有明显的增溶效应，两者共存不影响各自的增溶效果，CCD能同时实现对菲的包结作用和对铅的配位作用，CCD中的巯基、氨基和羧基对铅的配位作用发生在环糊精空腔腔体的外部，然而CCD对菲的包结作用发生在环糊精空腔腔体的内部。（3）黑麦草对CCD的耐受性实验结果表明，在一定浓度范围内，CCD会促进植物的正常生长；浓度过高则会对植物产生一定的抑制作用。（4）黑麦草吸收复合污染土壤中菲的结果表明：不同污染水平条件下，经过CCD处理后，黑麦草根中菲的含量为1.22~3.47mg/kg，为对照组的1.12~1.45倍；茎叶中菲的含量为0.45~0.76mg/kg，比对照组高18.75~60.71%，经过CCD处理后，黑麦草对菲的RCFs、TCFs值比对照组高，分别是后者的1.25~2.45倍、1.0~2.33倍。（5）黑麦草吸收复合污染土壤中铅的结果表明：不同污染水平条件下，未经CCD处理时，黑麦草根中、茎叶中铅的含量分别为31.14~178.76mg/kg、10.56~37.11mg/kg，而经过CCD处理时，黑麦草根、茎叶中铅的含量有一定程度增加，分别为51.23~340.56mg/kg、19.21~85.31mg/kg；经过CCD处理后，黑麦草对铅的BCFs值明显高于未经CCD处理的对照组。（6）复合污染土壤中铅和菲的残留分析结果表明：种植黑麦草的土壤中铅和菲的残留量要明显低于没有种植黑麦草的土壤中铅和菲的残留量，而且经过CCD处理后复合污染土壤中铅和菲的残留量要低于未添加CCD的对照组。 参考文献[1]SUNYB,ZHOUQX,XUYM,etal.Phytoremediationforco-contaminatedsoilsofbenzo[a]pyrene(B[a]P)andheavymetalsusingornamentalplantTagetespatula[J].JournalofHazardousMaterials,2011,186(2-3):2075-2082.[2]庄绪亮.土壤复合污染的联合修复技术研究进展[J].生态学报,2007,27(11):4871-4876.[3]ZHANGH,DANGZ,ZHENGLC,etal.Remediationofsoilco-contaminatedwithpyreneandcadmiumbygrowingmaize(ZeamaysL.)[J].InternationalJournalofEnvironmentalScienceandTechnology,2009,6(2):249-258.[4]ZHANGWH,TSANGDC,LoIM.RemovalofPbandMDFfromcontaminatedsoilsbyEDTA-andSDS-enhancedwashing[J].Chemosphere,2007,66(11):2025-2034.[5]GAOSX,WANGLS,HUANGQG,HANSK.Solubilizationofpolycyclicaromatichydrocarbonsbyβ-cyclodextrinandcarboxymethyl-β-cyclodextrin[J].Chemosphere,1998,37(7):1299-1305.[6]EHSANS,PRASHERSO,MARSHALLWD.Simultaneousmobilizationofheavymetalsandpolychlorinatedbiphenyl(PCB)compoundsfromsoilwithcyclodextrinandEDTAinadmixture[J].Chemosphere,2007,68(1):150-158.[7]SKOLDME,THYNEGD,DREXLERJW,etal.Solubilityenhancementofsevenmetalcontaminantsusingcarboxymethyl-β-cyclodextrin(CMCD)[J].JournalofContaminantHydrology,2009,107(3-4):108-113.[8]DELVALLE,EMM.Cyclodextrinandtheiruses:areview[J].ProcessBiochemistry,2004,39(9):1033-1046.[9]GOULDS,SCOTTRC.2-Hydroxypropyl-β-cyclodextrin(HP-β-CD):Atoxicologyreview[J].FoodandChemicalToxicology,2005,43(10):1451-1459.[10]FENYVESIE,GRUIZK,VERSTICHELS,etal.Biodegradationofcyclodextrinsinsoil[J].Chemosphere,2005,60(8):1001-1008.[11]LEITGIBL,GRUIZK,FENYVESIE,etal.Developmentofaninnovativesoilremediation:“Cyclodextrin-enhancedcombinedtechnology”[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2008,392(1):12-21.[12]GERHARDKE,HUANGXD,GLICKBR,etal.Phytoremediationandrhizoremediationoforganicsoilcontaminants:Potentialandchallenges[J].PlantScience,2009,176(1):20-30.[13]AKENBV,CORREAPA,SCHNOORJL.PhytoremediationofPolychlorinatedBiphenyls:NewTrendsandPromises[J].Environ.Sci.Technol.,2010,44(8):2767-2776.[14]JADIACD,FULEKARMH.Phytoremediationofheavymetals:Recenttechniques[J].Afr.J.Biotechnol.,2009,8(6):921-928.[15]戴荣继,张姝,李方,等.含有氨基和羧基的β-环糊精衍生物合成及性能测试[J].北京理工大学学报,1998,18(2):159-164.