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        華北油田土壤石油污染對玉米和小麥生長的影響

        2014-09-14 04:48:58肖易李先梅韋政偉吳蕓紫金濤周建利田應兵長江大學農學院湖北荊州434023
        長江大學學報(自科版) 2014年17期
        關鍵詞:發(fā)芽率供試污染物

        肖易,李先梅,韋政偉 吳蕓紫,金濤,周建利,田應兵 (長江大學農學院,湖北 荊州 434023)

        隨著石油工業(yè)的迅速發(fā)展,越來越多的石油污染物進入土壤和水體中,造成了嚴重的環(huán)境污染[1]。對我國北方油田石油污染狀況的調研結果表明[2],華北油田采油井場周邊土壤石油污染嚴重,含油量在48~77g/kg,致使油田區(qū)域及周邊地區(qū)土壤受到嚴重污染。石油烴在表層土壤中的積累會破壞土壤結構,影響土壤通透性能,阻礙根系的呼吸與養(yǎng)分的吸收,除了直接導致農作物的減產外,還能通過食物鏈在動植物體內逐漸富集[3-4],從而危害人類的健康[5]。玉米 (Zea mays)和小麥 (Triticum aestivum)是2種在華北地區(qū)廣泛種植的糧食作物,且在石油污染脅迫下表現(xiàn)出較好的耐受性[6-8]。本研究以玉米和小麥作為石油污染土壤的修復材料,開展石油污染土壤的植物修復研究,旨在為華北油田石油污染土壤的有效治理和生態(tài)恢復提供科學依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料

        供試石油取自華北油田。供試土壤取自華北油田采油區(qū)周邊無污染土壤。供試植物玉米 (蠡玉35)和小麥,均購自河北省農業(yè)科學研究院。

        1.2 試驗方法

        根據(jù)華北油田采油區(qū)土壤原油污染實際情況并結合前人的研究成果,設置6種土壤石油污染物濃度,即0、10、20、30、40、60g/kg。試驗前對供試土壤進行風干、磨碎、過5mm篩及混勻處理,每個塑料盆裝入風干土2.5kg,按上述濃度設置分別將石油準確加入到各盆中,并與土壤充分混勻。澆水后靜置20d,使原油、土壤及水分充分混合達到穩(wěn)定狀態(tài)后,進行深翻至底的松土。按1.5cm左右的播種深度均勻播種,玉米每盆播種20粒,小麥每盆播種10粒,每個處理重復4次。出苗4周后對玉米進行剔苗處理,每盆定苗2株。

        為了保證各盆缽土壤含水量的一致性,每3d澆水1次,維持到土壤最大含水量的70%。每天定時觀察記載,30d時統(tǒng)計各植株發(fā)芽率,45d時測量各盆植株高度,以后每隔1周測量1次,70d時收割植物,稱取植物地上部分和地下部分的干、鮮重,同時測定土壤石油含量,計算其對應的降解量。

        1.3 指標測定與計算

        采用索氏抽提法測定土壤含油質量分數(shù),參照文獻 [9~10]的方法測定土壤中石油類含量。具體方法如下:稱取試驗后土樣經真空干燥后,以丙酮為溶劑,抽提6~8h至抽提筒中無色,測定土壤石油含量,用差值法計算出各種植物的降解量。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        試驗所得數(shù)據(jù)采用DPS軟件進行方差分析和多重比較。各試驗結果均以平均數(shù)±標準偏差 (SD)表示。

        2 結果與分析

        2.1 石油污染物濃度對種子發(fā)芽率的影響

        在不同石油污染濃度下,供試植物的種子發(fā)芽率測定結果見表1。

        表1 供試植物在不同石油污染水平下的種子發(fā)芽率 %

        由表1可知,在無污染物存在的情況下,玉米和小麥的發(fā)芽率均高達90%。隨著污染物濃度的升高,2種植物的發(fā)芽率均有不同程度的下降。但玉米在不同濃度間的發(fā)芽率差異不顯著,小麥在40~60g/kg的濃度范圍內,發(fā)芽率急劇下降,與0~30g/kg濃度范圍內的發(fā)芽率差異達到極顯著水平。各處理的發(fā)芽率與對照組的發(fā)芽率相比,在0~60g/kg濃度范圍內,玉米的發(fā)芽率僅下降了1.73%~15.52%。在10~30g/kg污染范圍內,小麥發(fā)芽率也僅下降了2.23%~7.07%,但在40~60g/kg范圍內則下降了49.44%~59.48%。

        上述結果表明,試驗設計的所有污染水平對玉米的發(fā)芽率影響不大,即使在高濃度 (40~60g/kg)下,發(fā)芽率仍保持在一個相對較高并且較穩(wěn)定的狀態(tài),對石油污染反應不敏感,在石油污染土壤上具有較強的萌發(fā)能力。小麥在低濃度 (10~30g/kg)污染水平下,發(fā)芽率受影響較小,而高濃度 (40~60g/kg)則對小麥的發(fā)芽有明顯的抑制作用。

        2.2 石油污染物濃度對植物株高的影響

        圖1 供試植物在不同石油污染物濃度下的株高

        不同石油污染濃度下植物的株高測定結果見圖1。由圖1可知,在無污染物存在的情況下,玉米株高在90cm以上,隨著污染物濃度的升高,其株高呈先下降后上升趨勢,與在濃度為30g/kg和40g/kg的株高相比,在濃度為60g/kg的株高受到石油污染的影響反而較小??赡茉蛟谟?,濃度為60g/kg的處理因含油量相對較大,污染后短期內土壤的結構性與通透性隨之變劣,但隨著石油的生化降解,生成的絮凝狀代謝物有利于土壤結構性的改善,土壤顆粒易粘附成團,導致土壤的孔隙度增大,透氣性增強,植物所受影響亦隨之減小。小麥的株高隨著污染物濃度的升高呈下降趨勢,并且在10~20g/kg濃度范圍內的下降幅度較大。上述結果表明,石油污染物對玉米和小麥的生長有抑制作用,且對小麥生長的抑制作用更為明顯。

        2.3 石油污染物濃度對植物生物量的影響

        不同石油污染物濃度下,玉米和小麥的干、鮮重測量結果見表2。

        表2 供試植物在不同石油污染物濃度下的生物量 g

        從表2數(shù)據(jù)可知,植物的干、鮮重變化表現(xiàn)出一致性。以地上部鮮重為例,在0~60g/kg污染濃度范圍內,玉米鮮重下降了55.85%~69.02%,且呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢。石油污染物濃度在30g/kg和40g/kg時對玉米鮮重的影響反而比濃度在60g/kg時的影響更大,這與石油對株高的影響是相似的。原因在于植物地上部鮮重與株高聯(lián)系較大,一般株高值上升,鮮重值也隨之變大。在濃度10~60g/kg范圍內,鮮重下降了55.85%~69.02%。小麥的地上部鮮重隨著污染物濃度的升高呈下降趨勢,在濃度10~60g/kg范圍內,鮮重下降了67.05%~89.79%。

        植物地下部鮮重變化規(guī)律與地上部鮮重表現(xiàn)類似,地下部根系因直接接觸土壤中的污染物,因而具有較強的敏感性,各濃度處理下,玉米的根鮮重隨著石油污染物濃度的升高呈先下降后上升趨勢,說明在高污染濃度 (40~60g/kg)下,植物根系對石油的耐受性反而增強,也可能是高濃度污染物刺激了根的生長。在濃度為10~60g/kg范圍內,鮮重下降了44.21%~62.46%。小麥根鮮重則隨著污染物濃度的升高呈下降趨勢,在濃度為10~60g/kg范圍內,鮮重下降了21.05%~88.42%。石油污染物對小麥根系的生長起抑制作用,并且污染物濃度越高,影響越大。

        2.4 供試植物對土壤中石油污染物的清除效率

        不同石油污染物濃度下,玉米和小麥對土壤中石油污染物的降解量見表3。

        表3 供試植物對土壤中石油污染物的降解量(除油量) %

        方差分析結果表明,玉米在石油污染濃度為30g/kg時,除油量最大,并且與濃度為10g/kg和60g/kg的石油污染水平下的除油量存在顯著差異。在10~60g/kg的濃度范圍內,各處理玉米的除油率分別為57.50%、40.88%、40.25%、23.87%和11.54%。小麥在濃度為40g/kg時除油量最大并且與在濃度為10g/kg和60g/kg時的除油量存在顯著差異。在10~60g/kg的范圍,除油率分別為43.50%、25.00%、28.17%、24.06%和12.25%。在濃度為10g/kg時,玉米和小麥的除油率存在顯著差異。

        上述結果表明,在低濃度 (10~30g/kg)的石油污染水平下,玉米對石油污染物具有較高的清除效率,可達40%以上;隨著濃度的升高,清除效率下降。小麥在濃度為10g/kg時具有較高的清除效率。

        3 結論

        (1)在0~60g/kg的石油污染水平范圍內,玉米對石油污染反應不敏感,在石油污染土壤上具有較強的萌發(fā)能力,發(fā)芽率高達80%以上。低濃度 (10~30g/kg)的石油污染對小麥的發(fā)芽率影響較小,而高濃度 (40~60g/kg)的石油污染對小麥的發(fā)芽具有明顯的抑制作用。

        (2)隨著污染物濃度的升高,玉米的株高呈先下降后上升趨勢,與在濃度為30g/kg和40g/kg的株高相比,在濃度為60g/kg的株高受到石油污染的影響反而較小。小麥的株高隨著污染物濃度的升高呈下降趨勢,并且在低濃度 (10~20g/kg)污染水平下的下降幅度較大。在濃度為10~60g/kg范圍內,玉米鮮重下降了55.85%~69.02%。但石油污染物濃度在30g/kg和40g/kg時對玉米鮮重的影響反而比濃度在60g/kg時的影響更大,與石油對玉米株高的影響相似。小麥的地上部鮮重隨著污染物濃度的升高呈下降趨勢,在濃度為10~60g/kg范圍內,鮮重下降了67.05%~89.79%。植物地下部鮮重變化規(guī)律與地上部鮮重表現(xiàn)類似。

        (3)在低濃度 (10~30g/kg)的石油污染水平下,玉米對石油污染物具有較高的清除效率,均達到40%以上,隨著濃度的升高,清除效率下降。小麥在濃度為10g/kg時具有較高的清除效率。與小麥相比,玉米對石油污染物的耐受性更強。

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