隋小文，張鳳杰，楊玲玲，王麗巧，劉 璐

(大連民族大學 環(huán)境與資源學院，遼寧 大連 116000)

1 引言

石油是國民經濟發(fā)展中重要的能源和原料。隨著對石油的需求量日漸增加，石油的開采，運輸和加工等活動的加劇使土壤面臨石油污染的風險問題。植物與環(huán)境的相互關系一直是生態(tài)學研究的核心問題。前人關于石油污染對農作物、土壤微生物和土壤理化性質的影響有一些報道，然而關于石油污染對植物葉片功能形狀的影響鮮有報道。石油污染的人為干擾正在改變植物生長的有效資源和關鍵生長因子。植物通過對外部形態(tài)、內部結構及生理生態(tài)特征的調節(jié)來適應石油污染脅迫的環(huán)境變化[1]。功能性狀是植物形態(tài)特征，存活、生長、適應等行為的綜合表現。葉的功能形狀屬性最能反映植物對環(huán)境變化的適應性[2]。植物在干旱條件下通過降低葉片高度，縮短了根際水分到達葉部的距離，提高水分的有效運輸，同時減小葉面積防止水分的過度蒸發(fā)散失[3]。異速生長理論在植物功能性狀與生長關系中得到了越來越多的應用[4]。

羊草(Leymuschinensis)是歐亞大陸草原區(qū)東部草甸草原和典型草原的重要優(yōu)勢物種之一，具有耐旱、耐寒、耐鹽堿、耐牧等多方面的生態(tài)可塑性和較強的生存競爭能力，在污染場地植被恢復中發(fā)揮著舉足輕重的作用。本研究采用完全混合柴油的人工土為研究對象，通過盆栽種植羊草，模擬研究土壤不同石油污染水平對羊草葉片功能形狀的影響，為監(jiān)測土壤石油污染的環(huán)境影響及其生物修復提供理論依據。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

試驗土壤采用人工配置，配置方法如下：取大連民族大學開發(fā)區(qū)校區(qū)未受污染的表層土和細沙過10目篩子，按照土壤、細沙和蛭石的質量比2∶2∶1的比例攪拌均勻，土壤質地為粉砂土，基本理化性質為土壤pH為6.96，有機碳含量為1.39 g/kg，全氮含量為638.88 mg/kg，全磷含量為0.63 mg/kg。

試驗用柴油購自大連金浦新區(qū)五彩城加油站，比重為0.85 kg/L，粘度03.5 mm2/s(20 ℃)，凝固點-5 ℃，羊草(LeymusChinensis)種子由采自內蒙古額爾古納市黑山頭鎮(zhèn)。

2.2 試驗方法

采用溫室盆栽控制實驗，采用60 cm×40 cm×22 cm(l×w×h)的長方形PVC花盆，石油污染設置3個水平，分別為對照組(0 g/kg)、低濃度處理組(15 g/kg)和高濃度處理組(50 g/kg)，每個處理6組重復，共18個處理。

2.3 分析方法

每盆隨機取5片完整的取自植株同一部位葉子來測量葉片性狀。葉片厚度使用游標卡尺測量，株高、葉長、葉寬使用鋼卷尺測量，葉面積(cm2)用MapInfo軟件進行計算得出，根系使用掃描儀(型號 Epson7500，分辨率為 400 bpi)進行掃描后采用WinRhizoPro Vision 5.0a 分析程序對圖像進行分析。

2.4 數據處理

作圖使用 EXCEL 2010軟件，葉片功能特征的平均值差異性的比較采用單因素方差分析，用SPSS 19.0軟件進行計算。

3 結果

3.1 石油污染對羊草葉片形態(tài)特征的影響

植物在異質生境下的性狀特征和構件資源分配的變異是植物克服環(huán)境脅迫的重要途徑之一。葉片作為植物的基本結構和功能單位，是植物進行光合作用的主要器官[5]不僅影響植物的基本行為和功能，而且能夠反映植物對不同生境的適應能力[6]。石油污染對羊草性狀特征具體影響可以參見表1。

表1 石油污染脅迫對羊草葉片形狀的影響

從表1中可以看出在低濃度石油污染下，羊草的葉長寬、株高、葉面積以及生物量都沒有顯著差異(P>0.05)；在高濃度石油污染下，以上指標均與對照組之間差異極顯著(P<0.01)。葉長下降了17.12%，葉寬下降了15.20%，株高下降了35.93 %，葉面積下降了50.00 %，生物量下降了77.49%。而在石油污染脅迫下對羊草的單株葉片數、葉片厚度以及根長沒有顯著的影響(P>0.05)。石油中存在分子量較高的石油烴等成分會吸附在羊草根系的表面粘附在植物根部形成一層粘膜，阻礙根部吸收水分等營養(yǎng)物質[1]。所以在石油污染脅迫下羊草的根長有所增加，增加根與土壤接觸面積，提高根部吸收水和營養(yǎng)物質的能力，減小葉面積和株高，使葉片對碳資源的要求降低，同時減少葉片蒸騰失水提高水分的利用率。

3.2 石油污染對羊草比葉面積的影響

比葉面積是重要的植物葉片性狀之一，反映植物獲取資源的能力。由于葉面積與植物的生長和生存對策有緊密的聯系，能反映植物對不同生境的適應特征，使其成為植物比較生態(tài)學研究中葉片性狀的首選指標[7]。

圖1 石油污染脅迫對羊草比葉面積的影響

圖1表明：對照組羊草比葉面積為0.061；在石油污染濃度為15 g/kg處理下，羊草比葉面積為0.067；在石油污染濃度為50 g/kg處理下，羊草比葉面積為0.092。葉面積對照組與15 g/kg處理組差異不大(P>0.05)，與對照組相比，50 g/kg處理組的比葉面積增加了50.82%(P<0.01)。通常具有較高比葉面積的植物種類，其葉片的光捕獲面積較高會形成較高的凈光合速率[6～8]。說明與對照組和低濃度組相比，相同的生物量下，高濃度處理組羊草的生物量更多的分配給了葉片。可能是因為高濃度的石油污染對羊草有一定的毒害，羊草需要獲得更多的光能才能維持正常的代謝。

3.3 石油污染下葉面積與生物量的異速生長關系

異速生長理論在植物可塑性響應、植物功能性狀間生長關系中得到了越來越多的應用[2]。關于葉性狀間異速生長關系已有大量研究，但影響葉性狀異速生長關系的因子復雜多變而且在不同空間尺度或在不同功能群中均表現出強烈的差異性[3,4]。石油污染脅迫會引起土壤理化性質的改變，而由石油污染脅迫引起的生境條件的變化勢必會影響著植物的生長規(guī)律。因此，研究不同濃度的石油污染脅迫下植物葉性狀間的異速生長關系對揭示植物功能性狀如何適應地形環(huán)境因子具有重要意義[9]。對葉面積和生物量的平均值進行對數(以10為底)轉換后再進行分析，對數轉換使之符合正態(tài)分布。對葉面積與生物量及功能特征關系的研究，采用y=bxa，線性轉換成log(y)=log(b)+alog (x)，式中，x和y表示兩個特征參數，b代表性狀關系的截距，a表示相關性的斜率，即異速生長參數或相對生長的指數，當a=1時，表示兩者是等速關系；當a>1時，表示y的增加程度大于x的增加程度；當a<1時，表示y的增加程度小于x的增加程度[9]。

圖2 石油污染脅迫下葉面積與生物量之間的關系

羊草的葉面積與生物量呈極顯著的正相關關系(R2=0.615，P<0.01)，圖2中石油污染脅迫下葉面積與生物量之間的關系曲線斜率為1.18大于1，說明葉面積的增加程度要小于生物量的加程度。可能原因是在高濃度石油污染脅迫下羊草為了保證生存和發(fā)展從而迫切需求增加碳獲取資源，此時羊草將生物量主要分配給葉片，用來增加光捕獲面積提高光合能力，進行物質積累。而低濃度石油脅迫處理對羊草的毒害作用不明顯，與對照組和低濃度石油污染處理組相比，高濃度石油污染處理葉片需要較大的呼吸和蒸騰的成本[9]。羊草為了適應高濃度石油污染脅迫的土壤環(huán)境，在生長適應過程中發(fā)育出相對較小的葉片。高濃度石油污染處理組株高最低，在水分補充充足的情況下光照成為限制羊草生長的主要因素。根據黨晶晶等的研究[10]，受光照限制的甘肅臭草葉片為了獲得更多光能，將投資更多的生物量用于葉表面積的構建；而受水分限制的甘肅臭草則是選擇面積小而厚度大的葉片，來長降低碳資源獲取成本和提高水分利用效率。本研究中羊草葉片資源利用策略與其研究相符合，體現了羊草面對高濃度石油污染脅迫的生存策略。

4 結論

低濃度石油污染脅迫下對羊草葉片性狀沒有太大的影響，而高濃度石油污染下羊草的葉長、葉寬、株高、葉面積和生物量均有不同程度的下降，比葉面積明顯增加，并且生物量的增加程度要大于葉面積的增加程度。