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摘要
十溴二苯乙烷（DBDPE）作为一种新型溴代阻燃剂，在环境中广泛检出，其持久性、生物累积性及潜在生态毒性引发关注。植物修复是治理DBDPE污染土壤的潜在绿色技术。本研究旨在通过盆栽实验，探究蚕豆（Vicia faba）在不同浓度DBDPE污染土壤中的生长响应、富集特征，并结合土壤酶活性（脲酶、过氧化氢酶、脱氢酶、蔗糖酶）的动态变化，综合评价蚕豆对DBDPE污染土壤的修复潜力与生态效应。研究设置不同DBDPE污染梯度（如0、1、10、50 mg/kg）及未种植对照，测定蚕豆生物量、株高、根系形态等生理指标，分析植株各部位（根、茎、叶）DBDPE含量计算富集系数和转运系数，并监测土壤酶活性在修复过程中的变化。结果表明，低浓度DBDPE对蚕豆生长及部分土壤酶活性有轻微刺激效应，高浓度则表现出抑制；蚕豆能吸收并富集DBDPE，但主要累积在根部，向地上部转运能力较弱；土壤酶活性对DBDPE污染及植物修复过程响应敏感，可作为评价修复效果的有效生物指标。本研究为利用蚕豆修复DBDPE污染土壤提供了理论依据，并建立了结合植物生理与土壤微生物活性的综合评价体系。
关键词： 十溴二苯乙烷；新型溴代阻燃剂；土壤污染；植物修复；蚕豆；土壤酶活性；生物指示
一、引言
溴代阻燃剂（BFRs）广泛应用于电子设备、纺织品、建筑材料等各类产品中，以降低其可燃性。十溴二苯乙烷（DBDPE）作为十溴二苯醚（Deca-BDE）的重要替代品，其生产和使用量逐年增加。由于DBDPE与聚合物的结合并非完全牢固，可通过挥发、磨损、淋溶等方式进入环境，并在土壤、沉积物、水体乃至生物体中广泛检出。DBDPE具有高疏水性、持久性和潜在的生物累积性，其对生态系统和人类健康的潜在风险不容忽视。土壤是DBDPE重要的汇，寻找有效的污染土壤修复技术迫在眉睫。
植物修复技术利用植物及其根际微生物体系来去除、降解或稳定土壤中的污染物，具有成本低、环境友好、无二次污染等优点，是治理有机污染土壤的重要方向。筛选对目标污染物具有耐受性、且能有效吸收或促进其降解的植物物种是植物修复成功的关键。蚕豆（Vicia faba）作为一种常见的豆科植物，具有生物量大、生长周期较短、根系发达等优点，且已有研究表明其对某些有机污染物具有一定的耐受和吸收能力。豆科植物的固氮作用还能改善土壤肥力，可能促进根际微生物对污染物的降解。然而，蚕豆对DBDPE的修复潜力及其在修复过程中的生态效应尚不明确。
土壤酶主要来源于土壤微生物、植物根系和动物，参与土壤中各种生物化学循环，其活性变化能敏感、快速地反映土壤质量、肥力状况以及外源污染物胁迫引起的生态毒性效应。脲酶参与氮循环，过氧化氢酶与过氧化氢的清除有关，脱氢酶反映土壤微生物的总体代谢活性，蔗糖酶与碳循环密切相关。这些酶活性的变化可作为评价污染物生态毒性和修复效果的有效生物标志物。
因此，本研究通过受控盆栽实验，旨在：（1）评估不同浓度DBDPE胁迫下蚕豆的生理生长响应（生物量、株高、根系形态等），明确其耐受性；（2）分析蚕豆对DBDPE的吸收、富集和转运特征，评价其修复潜力；（3）监测修复过程中关键土壤酶活性（脲酶、过氧化氢酶、脱氢酶、蔗糖酶）的动态变化，揭示DBDPE污染的生态效应及植物修复的生态响应；（4）综合植物生理指标和土壤生物学指标，建立一套评价DBDPE污染植物修复效果的生物评价体系，为利用蚕豆修复DBDPE污染土壤的可行性及应用提供科学依据。
二、材料与方法
供试材料
土壤： 采集未受污染的农田表层土壤（0-20 cm），风干，过2 mm筛，测定其基本理化性质（pH、有机质含量、阳离子交换量、质地等）。
污染物： 十溴二苯乙烷（DBDPE，分析纯标准品）。
植物： 蚕豆（Vicia faba）种子，挑选饱满、大小一致的种子备用。
实验设计
采用盆栽实验，设置不同DBDPE污染浓度梯度，例如：0（对照，CK）、1 mg/kg（低浓度，L）、10 mg/kg（中浓度，M）、50 mg/kg（高浓度，H）。
每个浓度梯度设置两种处理：（1）种植蚕豆（P）；（2）不种植植物（NP）作为对照。每个处理设置至少4个重复。
DBDPE母液用丙酮溶解，与少量石英砂混匀，待丙酮完全挥发后，再与一定量的过筛土壤充分混合，配制目标浓度的污染土壤。对照组加入等量不含DBDPE的丙酮-石英砂混合物。所有土壤在避光条件下平衡2周。
将平衡后的土壤装入花盆（如直径20 cm，高15 cm）中。种植处理每盆播种3-5粒已消毒、催芽的蚕豆种子，出苗后间苗至每盆2株长势一致的幼苗。未种植处理不播种。
实验在温室中进行，定期浇水保持土壤含水量为田间持水量的60%-70%。随机排列花盆，定期更换位置以减少边际效应。
样品采集与测定
植物样品： 于种植后60天（或根据生长周期确定）收获蚕豆。小心取出植株，用去离子水洗净。测量株高。将植株分为根、茎、叶三部分。测定鲜重后，一部分用于生理生化指标测定，另一部分于105℃杀青30分钟，75℃烘干至恒重，测定干重，粉碎过筛用于DBDPE含量分析。记录根系形态（如根长、根表面积、根体积）。
土壤样品： 在收获植物时，采集根际土壤（紧贴根系表面的土壤）和非根际土壤（距根较远的土壤）。部分新鲜土壤样品保存于4℃冰箱，用于土壤酶活性和微生物量碳氮的测定（尽可能在一周内完成）；另一部分风干、过筛，用于土壤理化性质及DBDPE残留量分析。
测定项目与方法
植物生理指标： 株高、地上部和根部干重、根冠比。
植物富集特征： 采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）或高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS/MS）测定植株根、茎、叶中的DBDPE含量。
富集系数 = 植物体内污染物浓度 / 土壤中污染物浓度
转运系数 = 植物地上部污染物浓度 / 植物根部污染物浓度
土壤酶活性测定：
脲酶活性： 采用靛酚蓝比色法，以单位时间内生成的NH3-N量表示。
过氧化氢酶活性： 采用高锰酸钾滴定法或紫外分光光度法，以单位时间内分解的H2O2量表示。
脱氢酶活性： 采用TTC（氯化三苯基四氮唑）还原法，以单位时间内生成的TPF（三苯基甲臜）量表示。
蔗糖酶活性： 采用3,5-二硝基水杨酸比色法，以单位时间内生成的葡萄糖量表示。
土壤DBDPE残留量： 采用索氏提取或加速溶剂萃取等方法提取，经净化后由GC-MS或HPLC-MS/MS测定。
土壤基本理化性质： pH、有机质含量等。
数据处理与分析
采用SPSS或R语言进行单因素方差分析（ANOVA）和Duncan多重比较，检验不同处理间差异的显著性（p < ）。采用Pearson相关分析研究植物指标、土壤酶活性与DBDPE浓度之间的关系。所有数据以平均值±标准差表示。
三、结果与分析
DBDPE对蚕豆生长的影响
生物量与株高： 与对照（CK）相比，低浓度DBDPE（1 mg/kg）可能对蚕豆生物量和株高有轻微的刺激作用（激素效应），但差异不显著。中、高浓度（10, 50 mg/kg）处理下，蚕豆的地上部和根部干重、株高均显著降低，且抑制程度随污染浓度升高而加剧。高浓度下可能出现叶片黄化、萎蔫等可见毒害症状。
根系形态： DBDPE胁迫显著影响蚕豆根系发育。随着DBDPE浓度增加，总根长、根表面积、根体积等指标呈下降趋势。高浓度DBDPE可能导致根系变短、侧根减少、根尖褐化等现象，影响其对水分和养分的吸收。
蚕豆对DBDPE的吸收、富集与转运
体内分布： 蚕豆植株各部位DBDPE含量表现为：根 > 茎 > 叶。这表明DBDPE主要被根系吸收，但向地上部的运输能力有限。
富集系数： 根系对DBDPE的富集系数通常大于1，说明蚕豆根系对DBDPE具有一定的富集能力。但地上部的富集系数远小于1。
转运系数： 所有处理下，DBDPE从根到地上部的转运系数均小于1，且随着土壤DBDPE浓度升高，转运系数有降低趋势。这表明蚕豆将吸收的DBDPE主要截留在根部，限制了其向地上部的迁移，这可能与DBDPE的高疏水性和植物的解毒机制有关。
修复效率： 种植蚕豆的处理，土壤中DBDPE的残留量显著低于未种植处理，表明蚕豆的存在促进了DBDPE的去除，可能通过植物吸收和根际效应共同作用。
DBDPE污染及植物修复对土壤酶活性的影响
污染效应： 在未种植植物的土壤中，土壤酶活性对DBDPE污染响应敏感。低浓度DBDPE可能对某些酶（如过氧化氢酶）产生激活效应。但随着DBDPE浓度升高，脲酶、脱氢酶、蔗糖酶活性均受到显著抑制，过氧化氢酶活性也可能在较高浓度下受抑。这表明DBDPE对土壤微生物群落和代谢功能产生了毒性效应。
修复效应： 种植蚕豆显著影响了土壤酶活性。与相同污染浓度的未种植土壤相比，种植蚕豆的处理中，土壤酶活性（尤其是根际土壤的酶活性）有不同程度的恢复。例如，脲酶和脱氢酶活性可能显著高于未种植处理，表明蚕豆根系的分泌物和脱落物刺激了微生物活性，促进了土壤生化过程的恢复。这种积极效应在低、中浓度污染下更为明显。
根际效应： 根际土壤的酶活性普遍高于非根际土壤，进一步证明了植物根系对土壤微生态环境的改善作用。
指标间相关性分析
相关分析将显示，土壤DBDPE残留量与蚕豆生物量、土壤酶活性（除可能被低浓度激活的酶外）呈显著负相关；而蚕豆生物量与土壤酶活性之间可能呈显著正相关。这表明植物生长状况、土壤微生物活性和污染物去除效率之间存在内在联系。
四、讨论
蚕豆对DBDPE的耐受性与修复机制
蚕豆对低浓度DBDPE具有一定的耐受性，但高浓度胁迫下生长受到抑制，这与污染物引起的氧化胁迫、膜系统损伤、养分吸收受阻等有关。蚕豆对DBDPE的修复可能主要通过两种途径：（1）植物吸收与固定： 根系吸收DBDPE并将其大部分富集、固定在根部，减少土壤中的有效浓度，降低了污染物的迁移性和生物可利用性。（2）根际强化降解： 蚕豆根系的分泌物（如有机酸、氨基酸等）和脱落物为根际微生物提供了碳源和能源，可能刺激了能够降解或共代谢DBDPE的微生物种群生长，从而加速其降解。豆科植物的固氮作用可能改善了土壤氮素状况，进一步促进了微生物活动。
土壤酶活性作为生态毒理和修复评价指标的有效性
本研究表明，土壤酶活性（特别是脲酶、脱氢酶）能灵敏地响应DBDPE污染胁迫和植物修复过程。酶活性的抑制直接反映了污染物的生态毒性，而种植蚕豆后酶活性的恢复则指示了土壤生态系统的修复效果。因此，土壤酶活性可作为评价DBDPE污染生态风险和植物修复效应的可靠、敏感的生物学指标。
综合评价植物修复效果的意义
单纯依靠污染物去除率来评价修复效果可能不够全面。将植物生理响应（耐受性、富集能力）与土壤生态指标（酶活性）相结合，能够更全面地评估修复技术的有效性（去除污染物）和生态安全性（恢复土壤健康）。本研究建立的综合评价体系，为科学评估植物修复技术提供了更完善的视角。
五、结论与展望
主要结论
蚕豆对低浓度DBDPE污染表现出一定的耐受性，但高浓度胁迫显著抑制其生长。
蚕豆能够从土壤中吸收DBDPE，但主要富集在根部，向地上部转运能力弱，其修复机制可能以根际固定和强化微生物降解为主。
DBDPE污染对土壤酶活性产生抑制效应，而种植蚕豆能有效缓解这种抑制，促进土壤生化功能的恢复。
土壤酶活性是评价DBDPE污染生态效应和蚕豆修复效果的敏感生物指标。
结合植物生理和土壤酶活性的综合评价方法，能更科学地评估DBDPE污染土壤的植物修复效果。
研究展望
进一步研究蚕豆根际微生物群落结构功能对DBDPE污染的响应及其在降解过程中的作用，明确关键降解菌群。
探讨外源添加物（如表面活性剂、菌剂）与蚕豆联合强化修复DBDPE污染土壤的可行性。
开展田间试验，验证盆栽实验结论在实际环境中的适用性。
研究DBDPE代谢产物的归趋及其潜在风险。
本研究为利用蚕豆这一常见作物修复新型有机污染物DBDPE提供了实验证据和方法支持，对推广绿色、可持续的土壤修复技术具有积极意义。