野生植物對陜北黃土丘陵區土壤石油污染影響研究

郭軍權

（延安職業技術學院，延安 陜西 716000）

0 引言

石油作為國家戰略能源在經濟建設中起著舉足輕重的作用，但石油在開采、運輸等過程中造成了土壤污染。石油污染直接導致土壤的生產力降低甚至喪失，影響正常農業生產。另外石油烴經過植物富集沿著食物鏈進入人體，危害人類健康，因此土壤石油污染修復已經成為專家學者研究的一個重要課題。植物技術修復方面，彭勝巍等[1]研究了8 種花卉種子不同石油含量土壤中的響應；徐艷等[2]紫花苜蓿對石油污染土壤的修復響應；宋曦等[3]研究了紫花苜蓿對隴東黃土高原油污土壤場地生態修復的綜合響應。微生物修技術復方面，高晶等[4]研究了2 株真菌的篩選及其在石油污染土壤修復中的作用；黃廷林等[5]室內研究了鄰單胞菌SY23 菌株對石油降解率的影響；周際海等[6]通過在石油污染土壤中接種不同種類食細菌線蟲，探究土壤微生物活性和多樣性的變化。微生物植物聯合修復方面，楊燕等[7]研究了石油污染脅迫下冰草根圍叢枝菌根真菌侵染率。王拓等[8]研究了小黑麥對石油污染鹽堿土壤細菌群落與石油烴降解的影響。植物修復方法作為一種高效、價廉的方法受到學者的普遍關注，但當前對植物修復研究主要集中在室內栽培試驗，直接對野外野生植物對石油污染的自然修復鮮有報道。以延安市川口油田廢棄油井區為研究對象，在其上選取野生植物生長較好典型樣方測定其自然生長的野生植物的種類、數量、生物量，并對植物富集石油烴含量和土壤石油降解情況進行分析研究，為陜北土壤石油污染修復提供科學方法和幫助。

1 研究區概況

研究區地處陜北黃土高原中部丘陵溝壑區。地處于北緯36°11′至37°09′，東經109°21′至110°03′之間。平均海拔998 m，年均降水量550 mm，年均氣溫7 ℃，年均無霜期150 d，屬干旱半干旱性氣候。土層深厚、疏松、多孔隙，透水性較強，黃綿土，有機質質量比一般為0.65%，ω （全氮）0.08%，ω （全磷）0.17%，pH 值7.0 ～8.1。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

試驗地點選取川口油田具有代表性的廢棄油井區。在同一廢棄油井區選取了3 個石油質量比為7 780，14 564，19 324 mg/kg 的不同石油污染梯度樣區，分別為樣區1、樣區2、樣區3。試驗選取了鐵桿蒿、豬毛蒿、虎尾草、冰草、白羊草、狗尾草、早熟禾、黃蒿、黎、稗草等10 種陜北野生優勢植物種子，種子飽滿，并且浸泡24 h，每個樣區中選取3 個面積為1 m×1 m 試驗重復樣方的進行種植，每個樣區10 種植物的播種量相同，對每個樣區進行翻耕，保證土壤石油含量均勻。樣方所有測定數據取平均值，每個樣區設置一個空白對照，空白對照中無植物生長僅測量土壤石油天然降解率。試驗時間為120 d，從4月底開始種植，樣方土壤樣品分別在30，60，90，120 d采樣4 次，土壤土鉆取0 ～20 cm 土層土壤樣品，每個樣區3 個樣方樣品混合均勻，裝入塑料袋密封，用于測定土壤中石油烴含量，120 d 對樣方中所有植物進行整株取樣，同一樣區同一類植物樣放置一起，裝塑料袋，帶回實驗室，用于測定植物生物量和體內的石油烴含量。

2.2 研究方法

對采回的植物進行數量、種類的測定。生物量測定用重量法，將植物地上和地下部分分開，剪碎，在烘箱中80 ℃烘24 h 至恒重，測定干重。將采集的土樣在陰涼處風干后，除去土樣中石子和動植物殘體等異物，用研缽研碎，通過0.150 mm 土篩，用快速溶劑抽提總石油烴重量的重量法測定土壤中石油烴含量[8]。植物體內石油污染物含量的測定采用索氏提取總石油烴重量法測定[9]。

2.3 數據處理

應用EXCEL2010 和SPSS18.0 軟件進行數據處理。

3 結果與分析

3.1 土壤初始石油濃度對樣區中野生植物群落的影響

通過對樣區采回的植物種類和數量進行分析，發現樣區1 植物種類最多，10 種野生植物均存在，樣方內平均植株數量29 株；樣區2 中植物種類變為6種，平均植株數量20 株；樣區3 中植物種類為5 種，樣方中平均植株為14 株。與樣區1 相比，在樣區2，3中植物的種類、株數分別降低了4 種和5 種、9 株和15 株，這可能是由于低濃度石油污染，植物對石油的耐受性較強，對植物生長影響較小，隨著石油含量的升高，脅迫和毒理作用，影響植物種子發芽和植物生長，部分植物不能適應環境而被淘汰，導致植株種類和數量減少。3 樣區中野生植物的種類見表1。

表1 不同樣區主要野生植物種類、數量及生物量

由表1 可以看出，不同石油含量水平下，鐵桿蒿、豬毛蒿、虎尾草、冰草、白羊草5 種野生植物均存在。通過對這5 種野生植物在樣區內所占的比重進行測定分析，結果發現，這5 中野生植物在數量總和上分別占3 個樣區的78%，93%，100%，生物量總和上占整個樣區的89%，95%，100%，說明這5 種野生植物能夠在高濃度石油污染土壤上生存，具有修復石油污染土壤的潛力。

3.2 不同土壤初始石油含量對野生植物生物量的影響

3 個樣區中5 種植物的地下、地上和總生物量見圖1。

圖1 3 個樣區中5 種植物的地下、地上和總生物量

從圖1 可以看出，3 個樣區中，5 種優勢植物的生物量大小表現為： 鐵桿蒿>豬毛蒿>虎尾草>冰草>白羊草。土壤初始石油質量比從樣區1 中7 780 mg/kg 增大至樣區2 中14564mg/kg 及樣區3中19324 mg/kg，單獨分析5 種植物地下和地上生物量和單種植物生物量均呈現減少趨勢，鐵桿蒿地下、地上生物量和單種植物生物量從214，125，339 g/m2減小到91，82，173 g/m2，分別減少了57.4%，34.4%，48.9%；豬毛蒿從212，128，329 g/m2減少到79，68，147g/m2，分別減少了62.7%，46.8%，55.3%；虎尾草從80，27，107 g/m2減少到36，17，53 g/m2，分別減少了55%，37%，50.4%；冰草從73，22，95 g/m2減少到31，15，46 g/m2，分別減少了57.5%，31.8%，51.6%；白羊草從51，20，71 g/m2減少到26，12，38 g/m2，分別減少了49%，40%，46.5%。從單株植物生物量來分析，隨著土壤初始石油含量的增大，豬毛蒿的生物量減少最多為55.3%，白羊草減少的最少為16.5%，說明在5種植物中，石油含量對豬毛蒿的生長抑制作用最大，對白羊草的生長抑制作用最小。

3 個樣區中植物總生物量（各類植物生物量之和）與土壤初始石油含量的關系見圖2。

圖2 不同土壤初始石油含量下120 d 樣區植物總生物量

從圖2 可以看出，地上總生物量、地下總生物量、植物總生物量均隨著土壤初始石油含量的升高而降低?？偨Y以上分析可知，樣區中從單種植物、和所有植物的生物量都隨著土壤初始石油含量的升高而減小。

3.3 野生植物對土壤中石油降解率的影響

樣區土壤石油烴降解率和植物生長時間關系見圖3。從圖3 可以看出，3 個樣區中，石油烴降解率隨著植物生長時間逐漸增大。3 樣區120 d 植物生長的總生物量為941，674，451 g/m2，土壤石油降解率分別為61.17%，46.13%，39.11%，與天然降解對照相比，石油降解率提升了45.75%，30.72%，23.69%。從圖3 還可看出，60 和90 d 的石油降解最快，具體表現為，60和90 d 各樣區土壤石油降解率分別為22.79%，26.91%，26.47%和31.12%，30.96%，38.57%，2 次的降解率之和占整個降解率值的53.92%，57.87%，65.04%。主要原因可能是60 和90 d 是植物生長最快，代謝量最大，產生生物量最多的時期，對土壤石油烴類降解也最多。

圖3 不同樣區中土壤石油降解率隨時間的變化關系

120 d 植物樣區總生物量和石油降解率的關系見圖4。從圖4 可以看出，樣區中土壤石油總降解率是隨著其上生長野生植物的生物量增大而增大，石油降解率和樣區總生物量成線性相關，相關系數R2=0.978，說明石油土壤修復過程中，植物的生長量和長勢直接影響著土壤石油污染物的去除。

圖4 樣區中總生物量與石油烴降解率的關系

3.4 植物中石油烴含量與土壤石油烴含量的關系

3 樣區中5 種野生植物體內石油烴含量和土壤初始石油含量的關系見圖5。從圖5 可以看出，5 中植物體內石油烴含量和土壤中的石油烴含量成正相關關系，既隨著土壤中初始石油含量升高，植物中石油烴含量也在升高，其中豬毛蒿在樣區1 和樣區2 中，其體內石油烴質量比最高分別為2 665，6 314 mg/kg，白羊草石油烴質量比最低為1 201，2 541 mg/kg，其他3 種植物處于中間；樣區3 中鐵桿蒿體內的石油烴質量比最高為7 632 mg/kg，白羊草最低為3 177 mg/kg。在樣區中比較5 種植物的富集順序，樣區1 中順序是： 豬毛蒿＞虎尾草＞冰草＞鐵桿蒿＞白羊草；樣區2 中順序： 豬毛蒿＞鐵桿蒿＞虎尾草＞冰草＞白羊草；樣區3 中：鐵桿蒿＞豬毛蒿＞虎尾草＞冰草＞白羊草。分析3 個樣區植物富集石油的順序，發現土壤初始石油含量低時，草本類植物對石油富集效果越明顯，土壤石油含量高時，木本類植物對石油富集的效果明顯。從圖5 還可以看出，5 中植物體內的石油烴含量均小于土壤初始石油烴含量，但是已經接近120 d 時土壤石油烴含量。

圖5 5 種不同野生植物體內石油烴含量與種植土壤中石油烴含量的關系

4 討論

（1）試驗區選擇在廢棄油井區，主要是考慮正常作業的油井區周圍的土壤中的石油含量改變，影響因素較多，不是一個定數，可能還會出現土壤含量不降反升的現象，選取廢舊油井區研究土壤石油污染相對穩定，不會有新污染發生，有利于控制影響石油含量的影響因子。

（2）對陜北典型的野生植物與土壤中石油含量的關系進行研究，通過野外種植試驗發現豬毛蒿、虎尾草、鐵桿蒿、冰草、白羊草5 種野生植物能在較高濃度的石油污染土壤上生長，可以作為優勢植物修復石油污染土壤，這個研究結果與張麟君等[11]的研究結果一致。試驗中土壤石油質量比大于14 000 mg/kg，樣區2 和樣區3 中的植物發芽和生物量受到抑制[5]，植物種類分別減少了4 種和5 種，植物減少了9 株和15 株，導致植物的種類和數量減少，生物量減少，最終降低了土壤石油降解率[12]。

（3）對5 種植物的根冠比進行研究，隨著土壤石油含量的增加，5 種優勢野生植物的生物量和根冠比均顯著降低，根系變短，地上植物量減少，這與呂志萍等[13]的研究結果一致。

（4）研究5 種植物對石油的富集能力，發現豬毛蒿和鐵桿蒿對石油富集能力最強，特別是石油質量比高于14 000 mg/kg，這2 種植物富集效果更佳明顯。低濃度下冰草和虎尾草富集效果較好，這說明以后在進行石油污染土壤修復時，對于不同濃度石油污染土壤，選取不同的野生植物，才能達到預期效果[14]。

5 結論

（1）在試驗條件下，鐵桿蒿、虎尾草、豬毛蒿、冰草、白羊草5 種野生植物在數量總和上和生物量總和上分別占3 樣區的78%，93%，100%和89%，95%，100%，為石油污染土壤上的優勢植物。

（2）隨著3 個樣區土壤石油含量的增大，5 種植物的種類和數量不斷減小。土壤石油含量與樣區總生物量成負相關關系，樣區中植物總生物量順序與樣區的石油含量大小順序相反： 樣區1 ＞樣區2 ＞樣區3。120 d 樣區1，2，3 土壤石油降解率分別為61.17%，46.13%、39.11%，與天然降解對照相比，石油降解率提升了45.75%，30.72%，23.69%，石油降解率和樣區總生物量成線性相關，相關系數R2=0.978。

（3）在試驗土壤石油含量低條件下，虎尾草、冰草、白羊草對石油烴有較高的富集量，石油含量較高，虎鐵桿蒿、豬毛蒿對石油富集量較大，并且野生植物中的石油烴與土壤中的石油烴成正相關關系。