張箏（河南省地質調查院河南省地球化學生態(tài)修復工程技術研究中心，鄭州450001）

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油田污染土壤的植物適應性及修復治理*

張箏
（河南省地質調查院河南省地球化學生態(tài)修復工程技術研究中心，鄭州450001）

摘要：對油田區(qū)污染土壤進行植物治理，是當前發(fā)展最快的環(huán)境修復技術之一。我們選取中原油田的原油、鹽和土壤按一定比例完全混合，通過盆栽實驗研究狗牙根對石油和鹽污染的適應性及對石油污染的修復效果。結果表明：當石油和鹽的污染水平分別處于0～45與0～10g·kg-1范圍內時，狗牙根的生長習性所受影響較小，表明在石油和鹽的土壤污染環(huán)境中狗牙根具有較強的適應性；當石油和鹽污染水平分別是25和4g· kg-1時，經(jīng)120d后，種植狗牙根的土壤中石油污染去除率達61.12%，是不種植狗牙根處理的21倍，表明種植狗牙根對油田區(qū)污染土壤具有很好的修復效果。

關鍵詞：油田開采；污染土壤；植物適應性；修復治理

石油的開采、加工等過程中伴隨著高礦化度的油田產(chǎn)出水，因此，土壤的石油污染常伴隨著鹽污染。以中原油田為例，被污染的土壤中石油烴含量分布不均，全鹽量嚴重超標［1］。油田區(qū)土地中石油污染日益嚴重，已成為生態(tài)環(huán)境問題之一，已投入了大量人力、財力和物力，生物修復技術近年來成為治理污染最新、發(fā)展最快的治理技術。歐美國家利用微生物或者植物來治理污染物，集中治理于油田、河床、土壤和淤泥污染，可以在根本上除去水和土壤中的污染物。由于它的經(jīng)濟有效，無再生污染，在美國已經(jīng)得到了廣泛的應用和發(fā)展，節(jié)省了大量的資金。為此，在我國，國家自然科學基金重大重點項目、“863”計劃、“973”計劃等基金項目及省市基金項目都將油類污染生態(tài)修復技術列為重點研究課題。

目前，利用植物法土壤原位生態(tài)修復，采取成本低、方法快捷、無二次污染的技術手段［2］，正成為包括石油污染在內的土壤修復主攻方向［3，4］，涌現(xiàn)出了大量的土壤石油污染修復報道，如：在土壤石油含量4%時大麥的萌發(fā)率與對照組之間無顯著差異［5］、石油烴的降解情況很大程度取決于植物的吸收代謝能力［6］、上玉米（Zea mexicana）適合在石油污染的土壤上種植［7］、在自然條件下，小麥（Triticum aestivum L）和棉花（Gossypiumhirsutum L.）對土壤原油污染的降解率在70%以上［8］等等，而針對油鹽復合污染修復治理的報道卻非常少見。對中原油田地區(qū)石油污染土壤的實地調查中發(fā)現(xiàn)，石油污染土壤上有野生狗牙根（Cynodon dactylon）種群生長，其根莖粗壯（直莖3 mm以上）。因此，以狗牙根（Cynodon dactylon）作為研究對象，通過盆栽實驗研究其對土壤石油和鹽污染的適應性及其對石油的去除能力，以期為中原油田采油區(qū)治理提供實用性技術參數(shù)。

1　材料與方法

1.1材料制備

本實驗中實驗土壤于中原油田周圍農(nóng)田采集，全鹽量為632mg·kg-1。所用石油來自于中原油田采油廠。供試用鹽為中原油田含油水量高的氯化物和鈉、鉀的硫酸鹽。微生物培養(yǎng)液來自前期石油降解菌篩選試驗，具體方法見文獻［9］。狗牙根種子于河南省農(nóng)科院院內種子公司購買。試驗容器采用深20cm×直徑26cm的陶盆。

1.2實驗方法

中原油田地區(qū)土壤全鹽量一般小于10g·kg-1，石油含量多為45g·kg-1以下。通過室內選用多種植物盆栽試驗表明，向日葵、棉花、高丹草、狗牙根在試驗設計石油污染水平范圍內發(fā)芽率、株高及鮮重受影響較小，對石油污染土壤環(huán)境適應能力較強。其中狗牙根在實驗時分4組進行。第一組為土壤鹽污染實驗，共設計6個環(huán)境，其對應的鹽含量添加水平對應為S1（0g·kg-1）、S2（2g·kg-1）、S3（4g·kg-1）、S4（6g·kg-1）、S5（8g·kg-1）、S6（10g·kg-1）；第二組是土壤石油污染實驗，共設計6個環(huán)境，其對應的石油添加水平分別為P1（0g·kg-1）、P2（5g·kg-1）、P3（15g· kg-1）、P4（25g·kg-1）、P5（35g·kg-1）、P6（45g·kg-1）；第三組為石油和鹽復合污染試驗，設計6個環(huán)境的石油和鹽添加水平分別為PS1（0g·kg-1、0g·kg-1）、PS2（5g· kg-1、2g·kg-1）、PS3（15g·kg-1、4g·kg-1）、PS4（25g·kg-1、6g·kg-1）、PS5（35g·kg-1、8g·kg-1）、PS6（45g·kg-1、10g· kg-1），括號中前者為石油含量，后者為鹽含量，添加量均以干土計；第四組為狗牙根在鹽與微生物共同作用下對石油污染土壤的修復試驗。土壤中石油與含鹽量分別為處理1（25g·kg-1）與處理2（4g·kg-1），均以干土計，定期采集處理1及處理2的土壤樣品監(jiān)測石油降解情況。實驗中采用完全混合的方式在過2mm篩的干土中按各處理的設計含量分別加入石油和鹽制成實驗用土壤，每個容器內裝入4kg（以干土計）。澆水后靜置2d，每盆播種100粒。實驗采用野外盆栽方式進行，并適時松土，為保證實驗數(shù)據(jù)可靠性，每個處理均重復3次。分析認為，植物修復土壤主要是植物根系吸收、帶出和分解作用，但在植物生長和修復過程中受環(huán)境因素的影響較大，直接制約了植物的污染去除能力。狗牙根具根系發(fā)育，能夠穿透較深的土層，生長力旺盛，能產(chǎn)生較多的生物量，給微生物活動提供較大的根表面積，對以石油污染因子為主的土壤去污能力較強，是一種原地修復的較理想的植物。

1.3分析方法

采用重量法測定土壤中石油含量［10］。采用SPSS 11.5版本進行數(shù)據(jù)分析。

2　結果與分析

2.1狗牙根對可溶性鹽含量的適應性

土壤溶液濃度隨土壤中可溶性鹽含量的增加而增高，當其濃度達到一定程度后時會阻礙植物根系從土壤中吸收水分，造成鹽害，使植物生長發(fā)育不良［11］。

狗牙根用出苗率、株高和鮮重對可溶性鹽適應性進行判斷。具體做法：播種后20d時，統(tǒng)計出苗數(shù)，取其與播種種子數(shù)的百分比作為出苗率；生長50d時，進行植物的株高測量并稱鮮重。不同鹽含量水平下適應性統(tǒng)計見表1。

表1　狗牙根對不同鹽含量的適應性統(tǒng)計表Tab.1 Statistics of adaptability of Bermuda grass on different salt content

由表1中出苗率數(shù)據(jù)顯示，與正常土壤S1環(huán)境相比，S2、S3個環(huán)境中出苗率較為接近；S4、S5、S63個環(huán)境中，出苗率略低；S6環(huán)境（鹽含量最高）出苗率僅下降1.4%，說明狗牙根的出苗率隨著土壤鹽含量水平逐漸增高而呈下降趨勢，土壤鹽含量高低對出苗率有一定抑制作用。但出苗率下降僅1.4%，也可以證明，狗牙根這種植物對土壤鹽含量高低水平的適應能力強，適合在油田區(qū)污染土壤中試驗種植。

表1中株高、鮮重顯示，與正常土壤環(huán)境（S1）相比，S2、S3、S4、S54個不同濃度鹽含量環(huán)境的株高、鮮重比值差異較小，形態(tài)正常，未發(fā)現(xiàn)異常情況。其中S2環(huán)境對狗牙根生長發(fā)育較好，說明土壤中適量的鹽含量對植物生長有益。S6環(huán)境鹽含量最高，植物的株高降低2.3%，鮮重降低6%，對植物生長有一定抑制影響?？梢钥闯?，狗牙根生長期株高和鮮重隨著土壤中鹽含量的增加呈下降趨勢，其生長發(fā)育受到影響，但不足以對狗牙根生長造成鹽害。

2.2狗牙根對石油污染的適應性

環(huán)境污染對植物個體的毒害性主要表現(xiàn)為生長發(fā)育受阻，生物量指標明顯降低，失綠泛黃和早衰等，有的還會引起異常的生長反應［12］。播種后20d時統(tǒng)計出苗數(shù)，計算不同石油污染水平環(huán)境下植物的出苗率；對生長50d時植物進行測量株高并稱鮮重。不同石油污染水平下適應性統(tǒng)計見表2。

表2　狗牙根對不同石油污染水平的適應性統(tǒng)計表Tab.2 Statistics of adaptability of Bermuda grass on different pollution of petroleum

表2中出苗率顯示，當P6（污染程度高）環(huán)境與P1（正常土壤）環(huán)境對比，出苗率有差異，但P6環(huán)境出苗率仍達到P1環(huán)境93%，說明實驗中的狗牙根出苗率隨著土壤石油污染物的增加而下降。分析認為，種子自身結構具有多種物理和生化防范功能，在一定濃度范圍內種子萌發(fā)會被污染土壤部分抑制，當污染超出某個限度，即土壤污染對種子的毒害作用超出其自身的調節(jié)能力下，種子萌發(fā)才會被完全抑制［13］。93%的狗牙根種子正常出苗表明在石油污染土壤上種植狗牙根無須對種子做特殊處理。

表2中鮮重和株高的數(shù)據(jù)顯示，P6處理的鮮重和株高與P1相比分別降低了9%和11%，在土壤石油污染物毒害作用的影響下，狗牙根出現(xiàn)了生長發(fā)育受阻，生物量指標降低現(xiàn)象，鮮重和株高的方差分析結果表明有一定影響。但分析鮮重與株高的比值可知，P6處理鮮重與株高的比與P1處理的差異不顯著，且實驗過程中未發(fā)現(xiàn)有失綠泛黃和早衰及異常的生長反應等癥狀的植株。分析認為，石油污染物只是延緩了狗牙根的生長，而并不能阻止其在石油污染土壤中的生長發(fā)育。石油污染會破壞土壤結構，影響土壤通透性和植物吸水性［14］，是延緩植物生長發(fā)育的因素之一，因引，可以通過合理翻松土，增施有機肥及灌溉減輕影響促進植物的生長發(fā)育。

2.3狗牙根對土壤中石油和鹽復合作用的適應性

研究表明，植株個體在多種污染物的復合作用下，其生長發(fā)育會受影響［11］。我們按前面工作方法采集出苗率、株高和鮮重基礎數(shù)據(jù)，研究狗牙根對土壤中石油和鹽復合作用的適應性。不同復合污染水平下植物生長特征值統(tǒng)計見表3。

表3　不同鹽和石油復合污染水平的狗牙根生長特征值統(tǒng)計表Tab.3 Growth characteristics statistics of Bermuda grass under different combined pollution of salts and petroleum

綜合表1～3中的數(shù)據(jù)分析，土壤在石油和鹽在復合作用下，兩者互不相容，毒性沒有簡單疊加現(xiàn)象。如復合作用最嚴重的PS6環(huán)境與PS1正常環(huán)境對比：出苗率是PS1環(huán)境的90%以上、株高88%和鮮重90%；整個實驗監(jiān)測過程中植株未產(chǎn)生侏儒、葉黃、枯萎等明顯差異，這一結果表明狗牙根植物對土壤鹽和石油復合作用環(huán)境中正常生長。

2.4添加微生物條件下狗牙根對土壤石油的修復效果

植物在被動適應污染環(huán)境土壤同時，其根系分泌氨基酸等低分子有機物，繁衍大量微生物，通過積累吸收與代謝活動，以去除土壤中的石油和鹽污染。本實驗經(jīng)過第120d培養(yǎng)，處理1、處理2的土壤石油污染去除率的統(tǒng)計見表4。

表4　處理1和處理2的土壤石油污染的去除率/%Tab.4 Removal of petroleum pollution on soil by treatment 1 and treatment 2

由表4中數(shù)據(jù)顯示，微生物的添加可顯著促進狗牙根對土壤石油污染的去除效果。處理1、處理2 在15d時的石油污染去除率可達22%左右，這是因為土壤吸附作用與低分子量石油烴的揮發(fā)造成污染物檢出率損失等原因所導致［15］。綜合研究120d時的植物修復的污染去除能力對比顯示，處理1土壤石油污染去除率僅為25.10%，與15d時的石油污染去除率差別不顯著；而處理2是在土壤中添加微生物后，其石油污染去除率達85.32%，直接增加量高達60.22%，表明在種植狗牙根植物時，適當添加微生物后對土壤石油污染去除能力影響非常顯著。

3　結論

（1）通過對狗牙根出苗率、株高、鮮重的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，土壤鹽含量高低對狗牙根生長有一定抑制作用，但影響力不大，說明狗牙根在這種環(huán)境下的適應能力強，可以在油田污染土壤上正常生長發(fā)育。

（2）石油污染在一定濃度范圍內時，使狗牙根出現(xiàn)了生物量指標降低，延緩了狗牙根的生長，但并不能阻止其在石油污染土壤中的生長發(fā)育。可以通過合理翻松土，增施有機肥及灌溉減輕影響促進植物的生長發(fā)育。

（3）120d時，處理1的土壤石油污染去除率僅為25.10%，處理2的土壤石油污染去除率達85.32%，兩者相差60.22%，表明在植物種植時，適當添加微生物對土壤環(huán)境修復影響非常顯著。

總之，狗牙根能在石油和鹽一定濃度污染土壤中正常生長發(fā)育，且對石油污染土壤具良好的修復效果，是石油及其復合污染修復的理想選擇之一。

參考文獻

［1］韓慧龍，陳鎮(zhèn)，楊健民，等.真菌-細菌協(xié)同修復石油污染土壤的場地試驗［J］.環(huán)境科學，2008，29（2）：454- 461.

［2］張松林，董慶士，周喜濱，等.人為石油污染土壤紫花苜蓿田間修復試驗［J］.蘭州大學學報（自然科學版），2008，44（1）：47- 50.

［3］Muratova AY，Turkovskaya OV，Hübner T，et al.Studies of the efficacy of alfalfa and reed in the phytore- mediation of hydrocarbon- pollutedsoil［J］.ApplBiochemMicrobiol，2003，39（6）：599- 605.

［4］Merkl N，Schultze- kraft R，Infante C. Assessment oftropical grasses and legumes for phytoremediation of petroleumcontam in ated soils ［J］. Water Air Soil Pollut，2005，165（1- 4）：195- 209.

［5］Li X，F(xiàn)eng Y，Sawatsky N. Importance of soil water relations in assessing the endpoint of bioremediated soils：I. Plant growth［J］. Plant and Soil，1997，192：219- 226.

［6］李方敏，姚金龍，王瓊山.修復石油污染土壤的植物篩選［J］.中國農(nóng)學通報，2006，22（9）：429- 431.

［7］張興儒，張士權.油氣田開發(fā)建設與環(huán)境響影響［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1998.143- 147.

［8］劉繼朝，崔巖山，張燕平，等.植物與微生物對石油污染土壤修復的影響［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報，2009，25（2）：80- 83.

［9］謝重閣.環(huán)境中石油污染物的分析技術［M］.北京：中國環(huán)境科學出版社，1987.82- 83.

［10］張新中，章玉平.植物生理學［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2007. 227- 229.

［11］喬玉輝，李花粉，馬祥愛.污染生態(tài)學［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2008.63- 67.

［12］宋玉芳，許華夏，任麗萍，等.土壤重金屬對白菜種子發(fā)芽與根伸長抑制的生態(tài)毒性效應［J］.環(huán)境科學，2002，23（1）：103- 107.

［13］呂志萍，程龍飛.石油污染土壤中石油含量對玉米的影響［J］.油氣田環(huán)境保護，2001，11（1）：36- 37.

［13］孫東平，胡凌燕，周伶俐，等.高效石油降解微生物堆制法處理油污土壤［J］.環(huán)境科學與技術，2007，30（6）：86- 89.

Adaptability and remediation of plants in oil-contaminated soil in oil field*

ZHANG Zheng
（Henan Institute of Geological Survey Henan Geochemical Ecological Restoration Engineering Research Center，Zhengzhou 450001，China）

Abstract：Plant treatment of contaminated soil in oil field is one of the fastest developing environmental remediation technologies. We mixed crude oil，salt and soil of Zhongyuan oil field completely in a certain proportion，and studied the adaptability of the Bermuda grass to oil and salt pollution and its repair effect of oil pollution through a pot experiment. Results show that：when the oil and salt pollution levels，respectively，in the 0～45g·kg-1and 0～10g·kg-1range，growth habit of the Bermuda grass is less affected，showing that the Bermuda grass has strong adaptability in oil and salt soil polluted environment.；the rate of degradation of soil oil was 61.12%，21 times than that without the plant in the treatment of 25g·kg-1oil and 4g·kg-1salt respectively after 120days. Bermuda grass shows great potential in the phytoremediation of soil oil contamination.

Key words：oil field exploitation；contaminated soil；plant adaptability；remediation

中圖分類號：P66

文獻標志碼：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20160630

收稿日期：2016- 01- 30

基金項目：河南省人民政府與中國地質調查局合作項目（2004142000 06）；河南省國土廳基金

作者簡介：張箏（1983-），女，湖南桃江人，工程師，碩士，研究方向：環(huán)境地質。