郭軍權(quán)

（延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，延安 陜西 716000）

0 引言

石油作為國(guó)家戰(zhàn)略能源在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著舉足輕重的作用，但石油在開(kāi)采、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中造成了土壤污染。石油污染直接導(dǎo)致土壤的生產(chǎn)力降低甚至喪失，影響正常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。另外石油烴經(jīng)過(guò)植物富集沿著食物鏈進(jìn)入人體，危害人類(lèi)健康，因此土壤石油污染修復(fù)已經(jīng)成為專(zhuān)家學(xué)者研究的一個(gè)重要課題。植物技術(shù)修復(fù)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(yīng)；徐艷等[2]紫花苜蓿對(duì)石油污染土壤的修復(fù)響應(yīng)；宋曦等[3]研究了紫花苜蓿對(duì)隴東黃土高原油污土壤場(chǎng)地生態(tài)修復(fù)的綜合響應(yīng)。微生物修技術(shù)復(fù)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(fù)中的作用；黃廷林等[5]室內(nèi)研究了鄰單胞菌SY23 菌株對(duì)石油降解率的影響；周際海等[6]通過(guò)在石油污染土壤中接種不同種類(lèi)食細(xì)菌線(xiàn)蟲(chóng)，探究土壤微生物活性和多樣性的變化。微生物植物聯(lián)合修復(fù)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(duì)石油污染鹽堿土壤細(xì)菌群落與石油烴降解的影響。植物修復(fù)方法作為一種高效、價(jià)廉的方法受到學(xué)者的普遍關(guān)注，但當(dāng)前對(duì)植物修復(fù)研究主要集中在室內(nèi)栽培試驗(yàn)，直接對(duì)野外野生植物對(duì)石油污染的自然修復(fù)鮮有報(bào)道。以延安市川口油田廢棄油井區(qū)為研究對(duì)象，在其上選取野生植物生長(zhǎng)較好典型樣方測(cè)定其自然生長(zhǎng)的野生植物的種類(lèi)、數(shù)量、生物量，并對(duì)植物富集石油烴含量和土壤石油降解情況進(jìn)行分析研究，為陜北土壤石油污染修復(fù)提供科學(xué)方法和幫助。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處陜北黃土高原中部丘陵溝壑區(qū)。地處于北緯36°11′至37°09′，東經(jīng)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(wú)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(qiáng)，黃綿土，有機(jī)質(zhì)質(zhì)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(yàn)材料

試驗(yàn)地點(diǎn)選取川口油田具有代表性的廢棄油井區(qū)。在同一廢棄油井區(qū)選取了3 個(gè)石油質(zhì)量比為7 780，14 564，19 324 mg/kg 的不同石油污染梯度樣區(qū)，分別為樣區(qū)1、樣區(qū)2、樣區(qū)3。試驗(yàn)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(yōu)勢(shì)植物種子，種子飽滿(mǎn)，并且浸泡24 h，每個(gè)樣區(qū)中選取3 個(gè)面積為1 m×1 m 試驗(yàn)重復(fù)樣方的進(jìn)行種植，每個(gè)樣區(qū)10 種植物的播種量相同，對(duì)每個(gè)樣區(qū)進(jìn)行翻耕，保證土壤石油含量均勻。樣方所有測(cè)定數(shù)據(jù)取平均值，每個(gè)樣區(qū)設(shè)置一個(gè)空白對(duì)照，空白對(duì)照中無(wú)植物生長(zhǎng)僅測(cè)量土壤石油天然降解率。試驗(yàn)時(shí)間為120 d，從4月底開(kāi)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(gè)樣區(qū)3 個(gè)樣方樣品混合均勻，裝入塑料袋密封，用于測(cè)定土壤中石油烴含量，120 d 對(duì)樣方中所有植物進(jìn)行整株取樣，同一樣區(qū)同一類(lèi)植物樣放置一起，裝塑料袋，帶回實(shí)驗(yàn)室，用于測(cè)定植物生物量和體內(nèi)的石油烴含量。

2.2 研究方法

對(duì)采回的植物進(jìn)行數(shù)量、種類(lèi)的測(cè)定。生物量測(cè)定用重量法，將植物地上和地下部分分開(kāi)，剪碎，在烘箱中80 ℃烘24 h 至恒重，測(cè)定干重。將采集的土樣在陰涼處風(fēng)干后，除去土樣中石子和動(dòng)植物殘?bào)w等異物，用研缽研碎，通過(guò)0.150 mm 土篩，用快速溶劑抽提總石油烴重量的重量法測(cè)定土壤中石油烴含量[8]。植物體內(nèi)石油污染物含量的測(cè)定采用索氏提取總石油烴重量法測(cè)定[9]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用EXCEL2010 和SPSS18.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤初始石油濃度對(duì)樣區(qū)中野生植物群落的影響

通過(guò)對(duì)樣區(qū)采回的植物種類(lèi)和數(shù)量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)樣區(qū)1 植物種類(lèi)最多，10 種野生植物均存在，樣方內(nèi)平均植株數(shù)量29 株；樣區(qū)2 中植物種類(lèi)變?yōu)?種，平均植株數(shù)量20 株；樣區(qū)3 中植物種類(lèi)為5 種，樣方中平均植株為14 株。與樣區(qū)1 相比，在樣區(qū)2，3中植物的種類(lèi)、株數(shù)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(duì)石油的耐受性較強(qiáng)，對(duì)植物生長(zhǎng)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(fā)芽和植物生長(zhǎng)，部分植物不能適應(yīng)環(huán)境而被淘汰，導(dǎo)致植株種類(lèi)和數(shù)量減少。3 樣區(qū)中野生植物的種類(lèi)見(jiàn)表1。

表1 不同樣區(qū)主要野生植物種類(lèi)、數(shù)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(guò)對(duì)這5 種野生植物在樣區(qū)內(nèi)所占的比重進(jìn)行測(cè)定分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這5 中野生植物在數(shù)量總和上分別占3 個(gè)樣區(qū)的78%，93%，100%，生物量總和上占整個(gè)樣區(qū)的89%，95%，100%，說(shuō)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(fù)石油污染土壤的潛力。

3.2 不同土壤初始石油含量對(duì)野生植物生物量的影響

3 個(gè)樣區(qū)中5 種植物的地下、地上和總生物量見(jiàn)圖1。

圖1 3 個(gè)樣區(qū)中5 種植物的地下、地上和總生物量

從圖1 可以看出，3 個(gè)樣區(qū)中，5 種優(yōu)勢(shì)植物的生物量大小表現(xiàn)為： 鐵桿蒿>豬毛蒿>虎尾草>冰草>白羊草。土壤初始石油質(zhì)量比從樣區(qū)1 中7 780 mg/kg 增大至樣區(qū)2 中14564mg/kg 及樣區(qū)3中19324 mg/kg，單獨(dú)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(xiàn)減少趨勢(shì)，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(lái)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(shuō)明在5種植物中，石油含量對(duì)豬毛蒿的生長(zhǎng)抑制作用最大，對(duì)白羊草的生長(zhǎng)抑制作用最小。

3 個(gè)樣區(qū)中植物總生物量（各類(lèi)植物生物量之和）與土壤初始石油含量的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 不同土壤初始石油含量下120 d 樣區(qū)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(jié)以上分析可知，樣區(qū)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(duì)土壤中石油降解率的影響

樣區(qū)土壤石油烴降解率和植物生長(zhǎng)時(shí)間關(guān)系見(jiàn)圖3。從圖3 可以看出，3 個(gè)樣區(qū)中，石油烴降解率隨著植物生長(zhǎng)時(shí)間逐漸增大。3 樣區(qū)120 d 植物生長(zhǎng)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(duì)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(xiàn)為，60和90 d 各樣區(qū)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(gè)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(zhǎng)最快，代謝量最大，產(chǎn)生生物量最多的時(shí)期，對(duì)土壤石油烴類(lèi)降解也最多。

圖3 不同樣區(qū)中土壤石油降解率隨時(shí)間的變化關(guān)系

120 d 植物樣區(qū)總生物量和石油降解率的關(guān)系見(jiàn)圖4。從圖4 可以看出，樣區(qū)中土壤石油總降解率是隨著其上生長(zhǎng)野生植物的生物量增大而增大，石油降解率和樣區(qū)總生物量成線(xiàn)性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R2=0.978，說(shuō)明石油土壤修復(fù)過(guò)程中，植物的生長(zhǎng)量和長(zhǎng)勢(shì)直接影響著土壤石油污染物的去除。

圖4 樣區(qū)中總生物量與石油烴降解率的關(guān)系

3.4 植物中石油烴含量與土壤石油烴含量的關(guān)系

3 樣區(qū)中5 種野生植物體內(nèi)石油烴含量和土壤初始石油含量的關(guān)系見(jiàn)圖5。從圖5 可以看出，5 中植物體內(nèi)石油烴含量和土壤中的石油烴含量成正相關(guān)關(guān)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(qū)1 和樣區(qū)2 中，其體內(nèi)石油烴質(zhì)量比最高分別為2 665，6 314 mg/kg，白羊草石油烴質(zhì)量比最低為1 201，2 541 mg/kg，其他3 種植物處于中間；樣區(qū)3 中鐵桿蒿體內(nèi)的石油烴質(zhì)量比最高為7 632 mg/kg，白羊草最低為3 177 mg/kg。在樣區(qū)中比較5 種植物的富集順序，樣區(qū)1 中順序是： 豬毛蒿＞虎尾草＞冰草＞鐵桿蒿＞白羊草；樣區(qū)2 中順序： 豬毛蒿＞鐵桿蒿＞虎尾草＞冰草＞白羊草；樣區(qū)3 中：鐵桿蒿＞豬毛蒿＞虎尾草＞冰草＞白羊草。分析3 個(gè)樣區(qū)植物富集石油的順序，發(fā)現(xiàn)土壤初始石油含量低時(shí)，草本類(lèi)植物對(duì)石油富集效果越明顯，土壤石油含量高時(shí)，木本類(lèi)植物對(duì)石油富集的效果明顯。從圖5 還可以看出，5 中植物體內(nèi)的石油烴含量均小于土壤初始石油烴含量，但是已經(jīng)接近120 d 時(shí)土壤石油烴含量。

圖5 5 種不同野生植物體內(nèi)石油烴含量與種植土壤中石油烴含量的關(guān)系

4 討論

（1）試驗(yàn)區(qū)選擇在廢棄油井區(qū)，主要是考慮正常作業(yè)的油井區(qū)周?chē)耐寥乐械氖秃扛淖?，影響因素較多，不是一個(gè)定數(shù)，可能還會(huì)出現(xiàn)土壤含量不降反升的現(xiàn)象，選取廢舊油井區(qū)研究土壤石油污染相對(duì)穩(wěn)定，不會(huì)有新污染發(fā)生，有利于控制影響石油含量的影響因子。

（2）對(duì)陜北典型的野生植物與土壤中石油含量的關(guān)系進(jìn)行研究，通過(guò)野外種植試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(zhǎng)，可以作為優(yōu)勢(shì)植物修復(fù)石油污染土壤，這個(gè)研究結(jié)果與張麟君等[11]的研究結(jié)果一致。試驗(yàn)中土壤石油質(zhì)量比大于14 000 mg/kg，樣區(qū)2 和樣區(qū)3 中的植物發(fā)芽和生物量受到抑制[5]，植物種類(lèi)分別減少了4 種和5 種，植物減少了9 株和15 株，導(dǎo)致植物的種類(lèi)和數(shù)量減少，生物量減少，最終降低了土壤石油降解率[12]。

（3）對(duì)5 種植物的根冠比進(jìn)行研究，隨著土壤石油含量的增加，5 種優(yōu)勢(shì)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(jié)果一致。

（4）研究5 種植物對(duì)石油的富集能力，發(fā)現(xiàn)豬毛蒿和鐵桿蒿對(duì)石油富集能力最強(qiáng)，特別是石油質(zhì)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(shuō)明以后在進(jìn)行石油污染土壤修復(fù)時(shí)，對(duì)于不同濃度石油污染土壤，選取不同的野生植物，才能達(dá)到預(yù)期效果[14]。

5 結(jié)論

（1）在試驗(yàn)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(shù)量總和上和生物量總和上分別占3 樣區(qū)的78%，93%，100%和89%，95%，100%，為石油污染土壤上的優(yōu)勢(shì)植物。

（2）隨著3 個(gè)樣區(qū)土壤石油含量的增大，5 種植物的種類(lèi)和數(shù)量不斷減小。土壤石油含量與樣區(qū)總生物量成負(fù)相關(guān)關(guān)系，樣區(qū)中植物總生物量順序與樣區(qū)的石油含量大小順序相反： 樣區(qū)1 ＞樣區(qū)2 ＞樣區(qū)3。120 d 樣區(qū)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(duì)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(qū)總生物量成線(xiàn)性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R2=0.978。

（3）在試驗(yàn)土壤石油含量低條件下，虎尾草、冰草、白羊草對(duì)石油烴有較高的富集量，石油含量較高，虎鐵桿蒿、豬毛蒿對(duì)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(guān)關(guān)系。