何潔，吉志新，王慶芝，劉長發(fā)，周一兵

（1.大連海洋大學海洋科技與環(huán)境學院，遼寧大連116023；2.大連海洋大學遼寧省高校近岸海洋環(huán)境科學與技術重點實驗室，遼寧大連116023；3.大連海洋大學遼寧省海洋生物資源恢復與生境修復重點實驗室，遼寧 大連116023；4.大連海洋大學水產(chǎn)與生命學院，遼寧大連116023）

翅堿蓬栽培對原油污染土壤理化性質的影響

何潔1、2、3，吉志新3、4，王慶芝1、3，劉長發(fā)2，周一兵3、4

（1.大連海洋大學海洋科技與環(huán)境學院，遼寧大連116023；2.大連海洋大學遼寧省高校近岸海洋環(huán)境科學與技術重點實驗室，遼寧大連116023；3.大連海洋大學遼寧省海洋生物資源恢復與生境修復重點實驗室，遼寧 大連116023；4.大連海洋大學水產(chǎn)與生命學院，遼寧大連116023）

為研究植物對原油污染土壤的生物修復作用，以中國北方灘涂優(yōu)勢種植物翅堿蓬Suaeda heteroptera為試驗對象，將其在含不同原油濃度 （0、4000、8000、12 000、16 000、20 000 mg/kg）的土壤中進行盆栽試驗，測定翅堿蓬栽培前后土壤的pH、總有機碳 （TOC）、全氮、全磷含量和脫氫酶活性，分析翅堿蓬對原油污染土壤理化性質的影響。結果表明：翅堿蓬能夠降低偏堿土壤的pH值，使之趨近中性，能使土壤TOC值略升高，使脫氫酶活性明顯提高，全氮含量明顯升高，而低濃度原油試驗組土壤全磷含量基本正常。研究表明，翅堿蓬對輕度原油污染土壤有較好的修復功能。

翅堿蓬；原油；土壤理化性質

在土壤受石油污染日趨嚴重的情況下，尋求行之有效的修復方式迫在眉睫。在現(xiàn)有修復技術中，生物修復具有費用低、環(huán)境影響小、應用范圍廣、無二次污染的特點，比用物理和化學方法修復更具有發(fā)展前途。目前，生物修復技術已由細菌修復拓展到真菌修復、植物修復和微生物-植物聯(lián)合修復，其中植物修復是首選的方法。長期以來，人們一直在篩選或選育能夠促進石油烴分解的植物，希望通過植物種群多樣性和植物生長來改善根際土壤微生物的種類和數(shù)量，強化對污染石油烴的分解和利用。但是，石油污染環(huán)境中存在著很多依賴自然演替而適應污染的植物，如野生狗牙根Cynodon dactylon的生長可增加土壤微生物的種類，改善根際土壤的微環(huán)境，修復石油污染土壤［1］，它不但能夠降低土壤中的石油烴含量［2］，而且能夠改善土壤中酶的活性［3］。因此，挖掘自然生態(tài)系統(tǒng)中能修復石油污染土壤的植物資源顯得尤為重要。

翅堿蓬Suaeda heteroptera為一年生草本耐鹽植物，是一種優(yōu)良的耐鹽牧草［4］。翅堿蓬的開發(fā)和人工種植，有益于鹽堿環(huán)境的綠化和植被修復，可以消除裸露的鹽堿荒地，防止水土流失，維護和挽救瀕臨破壞的生態(tài)系統(tǒng)［5］。同時，翅堿蓬在對原油污染土壤的生物修復方面具有較大潛力，有被用于參與植物修復土壤的趨勢［6］。目前，國內(nèi)外已有原油污染土壤對不同植物生長發(fā)育影響的研究，以及個別植物在原油污染土壤中生長對生物修復的作用研究［7］。

本研究中，通過不同濃度原油污染對翅堿蓬生長的影響試驗，確定原油對翅堿蓬危害的閾值及性狀特征，并通過翅堿蓬對土壤理化性質的改善，研究翅堿蓬對土壤原油污染的耐性、抗性和修復能力，以期為翅堿蓬用于原油污染土壤的修復提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料

翅堿蓬種子購于山東省東營市農(nóng)業(yè)科學研究所，試驗土壤取自大連市旅順龍王塘海灘，海水為沙濾海水，淡水為自來水，石油取自遼河油田。

1.2方法

1.2.1試驗設計 取一定量的試驗土壤以原油作為暴露污染物，分別按照原油添加量為0、4000、8000、12 000、16 000、20 000 mg/kg（土壤）設置6個原油濃度處理組，分別噴灑在試驗土壤中，邊噴邊攪拌，以保證原油的均勻分布，于室內(nèi)干濕交替平衡1個月，每個處理組設3個平行。

取上述6種濃度的原油污染土壤各0.2 kg分別置于塑料花盆 （直徑為9.5 cm）中，翅堿蓬種子用高錳酸鉀消毒后，每盆平均播種1.2 g，約為283粒，記為種植組。同時，在每種濃度原油污染土壤下設置未種植翅堿蓬的對照組。翅堿蓬的培養(yǎng)條件：光暗比為14∶10，光強為8800 lx，土壤鹽度為10～16，白天溫度為22℃，夜間溫度為18℃，相對濕度為75%，每日早晚各澆水一次，每盆分別澆水25 mL（鹽度為35），保證含水率為20%～30%。

發(fā)芽后第30、60、90、120、150、180天分別測定土壤中的pH值、總有機碳含量；試驗第180天時測定土壤中的脫氫酶活性和全氮、全磷含量。

1.2.2指標的測定 采用玻璃電極-甘汞電極pH計法 （JENCO6010）測定pH值；采用總有機碳分析儀測定土壤的總有機碳 （TOC）含量；分別用氯化三苯基四氮挫 （TTC）比色法、凱氏定氮法（GB 7173-87）、酸溶-鉬銻抗比色法 （GB 7853-87）測定土壤的脫氫酶活性和全氮、全磷含量。

2 結果與分析

2.1翅堿蓬對土壤pH的影響

種植翅堿蓬前后，不同濃度原油污染土壤的pH隨濃度和時間的變化如表1所示。從表1可見：相同原油濃度下，種植組土壤pH高于對照組，隨著時間的變化，種植組土壤pH整體呈先升高后降低的趨勢，這是因為土壤pH受到翅堿蓬根系分泌物及微生物酸堿性的影響，而變化趨勢與植物的生長周期有關；同一時間下，不同原油濃度的種植組，隨著原油濃度的增加，土壤pH雖有波動但變化不大。

表1　翅堿蓬對不同濃度原油污染土壤pH的影響Tab.1 Effect of seepweed herb Suaeda heteroptera on pH in the oil polluted soil

2.2翅堿蓬對土壤TOC含量的影響

種植翅堿蓬前后不同濃度原油污染土壤的TOC含量隨時間和濃度的變化如表2所示。從表2可見：相同原油濃度下，種植組土壤中TOC含量均有隨時間的延長總體上呈先升高后降低的趨勢，0、4000、8000 mg/kg低濃度原油污染土壤種植組，在試驗的前90 d內(nèi)，土壤TOC含量升高明顯，90 d后，TOC含量逐漸降低，12 000、16 000、20 000 mg/kg高濃度原油污染土壤種植組，在試驗的前60 d內(nèi)，TOC含量升高明顯，90 d時，略有下降，至120 d時再次升高，之后逐漸下降，其變化趨勢與植物的生長周期有關；同一時間下，低濃度原油污染試驗組中對照組與種植組TOC含量差別不大，而高濃度原油污染試驗組中種植組TOC含量大多高于對照組，說明翅堿蓬對高濃度原油污染土壤的TOC含量有一定的影響。

2.3翅堿蓬對土壤脫氫酶活性的影響

從表3可見：種植翅堿蓬180 d時，除原油濃度為12 000 mg/kg的種植組土壤脫氫酶活性略低于不種植的對照組外，其余原油濃度下種植組土壤脫氫酶活性均高于對照組，這可能是由于翅堿蓬根系能夠分解釋放有益于酶類形成的物質，并為酶類的產(chǎn)生提供了必要的條件；除原油濃度為4000 mg/kg的對照組和種植組土壤脫氫酶活性較不加原油的土壤下降外，其他原油濃度組較不加原油的土壤脫氫酶活性均有所升高。脫氫酶活性的升高，有利于對原油組分的降解。

表2　翅堿蓬對不同濃度原油污染土壤TOC含量的影響Tab.2 Effect of seepweed herb Suaeda heteroptera on total organic carbon content in the oil polluted soil　mg/g

表3　翅堿蓬對不同濃度原油污染土壤脫氫酶活性的影響 （180 d）Tab.3 Effect of seepweed herb Suaeda heteroptera on dehydrogenase activity in the oil polluted soil（180 d）　U/g

2.4翅堿蓬對土壤全氮含量的影響

從表4可見：種植翅堿蓬180 d時，除原油濃度為12 000 mg/kg的種植組土壤全氮含量低于對照組外，其余原油濃度下種植組土壤全氮含量均高于對照組；隨著原油濃度的逐漸增加，翅堿蓬組土壤中的全氮含量呈逐漸升高的趨勢，而對照組土壤中全氮含量則呈先升高后下降的趨勢，但均高于試驗初始值；除原油濃度為4000、8000 mg/kg的種植組外，其余原油濃度種植組土壤全氮含量均較不加原油的土壤有所升高。

表4　翅堿蓬對不同濃度原油污染土壤全氮含量的影響 （180 d）Tab.4 Effect of seepweed herb Suaeda heteroptera on total nitrogen content in the oil polluted soil（180 d）　mg/g

2.5翅堿蓬對土壤全磷含量的影響

從表5可見：種植翅堿蓬180 d，除原油濃度為4000、8000 mg/kg的種植組土壤全磷含量低于對照組外，其他原油濃度種植組土壤全磷含量均高于對照組，說明在原油濃度低于8000 mg/kg的土壤中，種植翅堿蓬能夠保持全磷含量的基本正常，但種植翅堿蓬對高濃度原油污染的土壤則無任何影響。

表5　翅堿蓬對不同濃度原油污染土壤全磷含量的影響 （180 d）Tab.5 Effect of seepweed herb Suaeda heteroptera on total phosphorus content in the oil polluted soil（180 d）　mg/g

3 討論

一般來說，各土壤理化指標相互影響。土壤酸堿度又稱土壤反應，它是土壤溶液的酸堿反應，主要取決于土壤溶液中氫離子的濃度，以pH表示。土壤酸堿度一般可分為以下幾級：pH＜4.5時為極強酸性，pH=4.5～5.5時為強酸性，pH=5.5～6.5時為酸性，pH=6.5～7.5時為中性，pH= 7.5～8.5時為堿性，pH=8.5～9.5時為強堿性，pH＞9.5時為極強堿性。

根系分泌物可以改變土壤的pH值，主要原因是根系分泌物中含有氫離子和大量低分子量有機酸，如乳酸、醋酸、甲酸、蘋果酸、草酸、丙酮酸等，它們增加了土壤中氫離子的濃度，酸化了根際土壤［8］。由此推斷，在翅堿蓬根際環(huán)境中會形成一個緩沖體系，調節(jié)土壤的pH值，而緩沖體系的調節(jié)能力與翅堿蓬的生長周期和原油對植物的毒性有關。本試驗中，180 d時翅堿蓬種植組pH維持在7.18～7.68，表明翅堿蓬在本試驗條件下，能夠調節(jié)土壤pH，使之趨近中性。試驗中土壤TOC含量變化較大，相同原油濃度下的種植組與對照組，種植組土壤中TOC含量隨時間的延長呈先升高后降低的趨勢，這與土壤中TOC的來源和翅堿蓬的分泌物及根際微生物有關，而分泌物又與微生物的量及翅堿蓬的生長周期相關。對不同原油濃度的試驗組，高濃度原油組 （16 000、20 000 mg/kg）的土壤會刺激翅堿蓬釋放更多的分泌物，進一步增加根際微生物總量，故高濃度原油種植組土壤TOC含量低于對照組，而原油的降解也影響土壤TOC含量。

土壤酶在土壤物質循環(huán)中發(fā)揮著重要的作用，并與多種土壤因子密切相關，能反映土壤品質的變化。土壤酶活性變化受多種因素作用，如土壤酸堿性、pH、可溶性鹽等［9］，而原油污染的加入，能夠改變土壤的理化性質，從而影響脫氫酶活性。原油污染與土壤酶的相互作用可表現(xiàn)在兩個方面：（1）原油組分直接與其發(fā)生作用，抑制土壤酶的活性；（2）原油組分本身能夠直接被酶分解，成為可被微生物利用的營養(yǎng)物質，使土壤中微生物數(shù)量增加，酶活性呈現(xiàn)激活效應。即使不能被酶分解，且毒性較大的組分，經(jīng)過適應變異后，這些微生物將會產(chǎn)生分解酶，使得該組分被分解。實際上，原油組分、酶、土壤微生物之間是相互作用和相互影響的，且土壤酶活性與微生物活性相關［10］。本試驗中，不同原油濃度下種植翅堿蓬的各組土壤脫氫酶活性明顯高于對照組，說明翅堿蓬根系的存在有益于土壤酶活性的提高。

土壤中的氮、磷、鉀營養(yǎng)元素是土壤的重要組成部分，又是生態(tài)系統(tǒng)中極其重要的生態(tài)因子，能顯著影響生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力［11］。本試驗中，從各試驗組氮、磷測定結果來看，氮含量變化不大，而磷含量則隨原油濃度有較大波動，原油濃度為8000、12 000 mg/kg的試驗組磷含量較高，說明氮和磷作為主要營養(yǎng)元素，與翅堿蓬的生長有關。曾從盛等［12］對閩江口濕地不同土地利用方式下表層土壤氮、磷、鉀含量的研究中也曾指出，研究土壤中主要營養(yǎng)元素的分布特征是濕地生態(tài)系統(tǒng)地球化學馴化研究的重要基礎，有助于植物根際生態(tài)系統(tǒng)的研究。土壤有機碳與磷具有相關性，是因為磷的移動性小，主要受有機質和成土母質的共同影響，它和有機質一樣，均呈上多下少分布［13］。

綜上，種植翅堿蓬試驗組的土壤理化性質，如土壤TOC含量、脫氫酶活性、pH等指標能夠直接反映土壤的營養(yǎng)指標和生態(tài)狀況，說明翅堿蓬對改善土壤的理化指標有益。

4 結論

本試驗中研究了不同原油濃度污染下，種植翅堿蓬前后土壤的理化性質，包括pH、TOC含量、脫氫酶活性、全氮含量、全磷含量的變化。結果表明：

（1）各濃度原油污染土壤的pH有波動，種植組pH值維持在7.18～7.68之間，表明翅堿蓬在本試驗條件下能夠調節(jié)土壤pH，使之趨近中性。

（2）相同濃度原油污染土壤種植組中TOC含量隨時間的增加呈先升高后降低的趨勢，外源原油污染對土壤中的TOC含量也有影響，但隨著試驗的進行，翅堿蓬根際的調節(jié)能夠使土壤中的原油組分有所變化，土壤TOC含量開始下降。

（3）種植翅堿蓬的試驗組土壤中脫氫酶活性明顯高于對照組，說明根系的存在有益于脫氫酶活性的保持。

（4）種植翅堿蓬的試驗組土壤中全氮含量隨原油濃度的升高呈逐漸升高的趨勢，種植組土壤中的全氮含量基本上高于對照組，且高于初始值，說明翅堿蓬根系的活動有利于土壤全氮含量的升高。

（5）種植翅堿蓬對低濃度 （≤8000 mg/kg）原油濃度污染土壤，能夠保持土壤中全P含量基本正常，但對高濃度 （＞8000 mg/kg）原油污染土壤則無任何影響。

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Influence of seepweed herb Suaeda heteroptera on physical and chemical properties in soil contaminated by oil

HE Jie1，2，3，JI Zhi-xin3，4，WANG Qing-zhi1，3，LIU Chang-fa2，ZHOU Yi-bing3，4
（1.College of Marine Science and Environment，Dalian Ocean University，Dalian 116023，China；2.Key Laboratory of Nearshore Marine Environmental Science and Technology in Liaoning Province，Dalian Ocean University，Dalian 116023，China；3.Key Laboratory of Marine Bio-resources Restoration and Habitat Reparation in Liaoning Province，Dalian Ocean University，Dalian 116023，China；4.College of Fisheries and Life Science，Dalian Ocean University，Dalian 116023，China）

Seepweed herb Suaeda heteroptera as a plant in north China was cultivated in soil containing crude petroleum at a rate of 0，4000，8000，12 000，16 000，and 20 000 mg/kg in a pot，and the soil physical and chemical properties including pH，contents of total organic carbon（TOC），total nitrogen，and total phosphorus and dehydrogenase activity were determined 30，60，90，120，150 and 180 days after cultivation to understand the roles of seepweed herb in bioremediation of the soil contaminated by the different concentrations of crude oil.The results showed that the cultivation of seepweed herb led to lower pH，near to neutral，in the slightly alkaline soil，and resulted in promotion of the TOC to a favorable level.In addition，there were significantly higher dehydrogenase activity and total nitrogen content in soil in the experimental groups than those in the control group.Even in the soil in low crude petroleum concentration group，the total phosphorus content was in a normal level，indicating that the seepweed herb has good bioremediation in the soil contaminated lightly by crude oil.

Suaeda heteroptera；crude oil；soil physical and chemical property

Q93-3

A

10.16535/j.cnki.dlhyxb.2016.01.013

2095-1388（2016）01-0075-05

2015-05-26

遼寧省自然科學基金資助項目 （2015020616）；國家自然科學基金資助項目 （41171389）；國家海洋公益性行業(yè)科研專項（201305002，201305043）；大連海洋大學博士啟動基金資助項目 （017027）

何潔 （1966—），女，博士，副教授。E-mail：hejie@dlou.edu.cn