鄧紹云，邱清華*

(1.北部灣大學(xué)，廣西 欽州 535011；2.廣西船舶數(shù)字化設(shè)計(jì)與先進(jìn)制造工程技術(shù)研究中心，廣西 欽州 535011）

土壤是人們賴以生存和生產(chǎn)的極為重要的自然資源，其質(zhì)量與品質(zhì)及特性直接影響莊稼和蔬菜等生長(zhǎng)，也是人類生存環(huán)境的重要物質(zhì)。隨著石油能源大量開發(fā)利用，使用不當(dāng)極易造成石油烴污染，如農(nóng)機(jī)使用時(shí)燃料泄漏和燃料不完全燃燒等，都會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，污染土壤的修復(fù)尤為關(guān)鍵和迫切。

微生物對(duì)石油降解的作用已經(jīng)受到一些科研工作者的證實(shí)和注意[1～4]，并進(jìn)行了石油微生物的降解研究。篩選對(duì)石油降解的微生物非常重要和必要，引發(fā)很多科研工作者的科研熱情和實(shí)踐[5～8]。但單一的微生物降解石油修復(fù)油污土壤效果效果不顯著，探究多種石油降解和土壤修復(fù)方法，植物—微生物復(fù)合修復(fù)石油污染土壤是科研工作者重點(diǎn)關(guān)注的問題[9～10]。蘆葦是眾多科研工作者[11～12]看好的石油污染土壤修復(fù)植物，是石油污染土壤的植物—微生物復(fù)合修復(fù)方法技術(shù)中的關(guān)鍵植物。蘆葦對(duì)石油烴的吸收作用并應(yīng)用于石油烴污染土壤的修復(fù)，有其生理生化等方面的機(jī)理與作用，一些科研工作者[13～15]探究了蘆葦對(duì)污染物的凈化機(jī)理與凈化作用，有些科研工作者[16～18]探究蘆葦對(duì)污染土壤修復(fù)的影響因素，這些研究成果對(duì)后續(xù)研究都具有良好的指導(dǎo)意義和借鑒作用等。

1 試驗(yàn)材料與儀器設(shè)備

1.1 供試土壤

供試驗(yàn)用的土壤是人為污染土壤，用采集自克拉瑪依油田采油二廠的原油，地理位置如圖1 所示，原油出自抽油機(jī)如圖2 所示。將原油澆潑于粉砂質(zhì)土壤中，該土壤去除上層植被層，1 周澆灌1 次，1 次2.5 L/m2，持續(xù)4 周，使原油滲入土層深度達(dá)到30 cm 以上。

圖1 新疆克拉瑪依采油二廠廠址地理位置圖

圖2 采油場(chǎng)景實(shí)況照

為了確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，所取土壤來自相同自然場(chǎng)地，自然風(fēng)干曬干，壓碎均勻，并用篩徑2 mm 鋼絲篩子（土力學(xué)用標(biāo)準(zhǔn)篩）過篩，去除土中的各種植物根系雜物、石子、石塊、砂礫等，然后用3%福爾馬林熏蒸消毒，常溫放置3 周后使用。

同時(shí)，為了使供種植的土壤鹽堿程度大致一樣，采用人為加鹽法，澆灌同樣濃度的NaCl 水溶液，并保證澆灌次數(shù)、用量、頻率、時(shí)間間隔等一致。

為了便于比較分析，將試驗(yàn)用經(jīng)處理土壤填充在規(guī)格為525 mm×360 mm×230 mm 的試驗(yàn)用方形塑料育苗盆中。該育苗盆較大，為確保蘆葦苗充分生長(zhǎng)，土壤自然傾倒鋪填飽滿、均勻、各向基本一致，確保土壤空隙率基本相同，土壤中通風(fēng)條件一致，滲透性基本相同，盛滿并刮平。每塊試驗(yàn)用方形塑料育苗盆均勻澆灑原油2 kg，拌勻均勻，通風(fēng)防雨防曬陰涼處放置1周再栽植試驗(yàn)蘆葦苗。

1.2 石油烴降解植物的選擇

土壤污染修復(fù)是廣大科研工作者關(guān)注的主要問題之一，并取得豐碩的科研成果[19～30]，根據(jù)文獻(xiàn)[1～30]對(duì)一些常見重金屬、石油污染物、有機(jī)物、垃圾污糞等污染土壤修復(fù)吸收植物進(jìn)行分析判斷，歸納如表1 所示。

表1 土壤修復(fù)的常用植物

雖然，很多文獻(xiàn)將蘆葦定性為水生植物，但實(shí)際蘆葦也適合生長(zhǎng)在陸地上，是水陸兩生植物。從表1 中可見蘆葦具有修復(fù)污染土壤的先天優(yōu)越條件，既能萃取重金屬污染物，又能吸收土壤中的石油，且能極為耐鹽堿，適合填埋場(chǎng)地種植修復(fù)，也適合修復(fù)糞尿污染土壤。蘆葦是多年水生或濕生高大禾草，常以其迅速擴(kuò)展的繁殖能力形成連片的蘆葦群落，其葉、葉鞘、莖、根狀莖和不定根都具有通氣組織，在凈化污水中可起到重要作用，對(duì)污染土壤也具有修復(fù)作用。蘆葦對(duì)水分的適應(yīng)幅度很寬，從土壤濕潤(rùn)到長(zhǎng)年積水，從水深幾厘米至1 m 以上都能形成蘆葦群落，在新疆北疆兵團(tuán)七師下轄?zhēng)讉€(gè)團(tuán)場(chǎng)的溝渠處大量存在且形成風(fēng)景。蘆葦還具有非常重要的農(nóng)業(yè)價(jià)值、工業(yè)價(jià)值、醫(yī)藥價(jià)值、生態(tài)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是造紙、建材等的工業(yè)原料；根部可入藥，有利尿、解毒、清涼、鎮(zhèn)嘔、防腦炎等功能；此外大面積蘆葦還可調(diào)節(jié)氣候，涵養(yǎng)水源，形成良好的濕地生態(tài)環(huán)境。蘆葦生命力強(qiáng)，生物量積累速度驚人，易管理，適應(yīng)壞境能力強(qiáng)，生長(zhǎng)速度快，是景點(diǎn)旅游、水面綠化、河道管理、凈化水質(zhì)、沼澤濕地、置景工程、護(hù)土固堤、改良土壤之首選。

1.3 供試蘆葦

供試驗(yàn)用的蘆葦植物幼苗來自新疆奎屯市園林園藝局苗圃地，采用根植靠分蘗繁殖。種植的蘆葦需精心挑選，選擇根莖基本等粗、色澤基本一致、生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)基本相同的蘆葦。挑選出供種植的蘆葦修剪成相同長(zhǎng)度，蘆葦苗種植疏密一致，種植點(diǎn)間隔10 cm×10 cm，為試驗(yàn)后期測(cè)量蘆葦在不同油污土壤中的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)提供基礎(chǔ)。

為了便于試驗(yàn)比較分析，將經(jīng)過精心挑選和修剪的粗細(xì)均勻、高度基本一致的蘆葦幼苗，種植于同樣土質(zhì)的試驗(yàn)方形塑料盤地中，種植數(shù)目相同、密度相同，排列形式和試驗(yàn)方形塑料盤地平面定位基本一致。方形塑料盆中只種植蘆葦種苗，種苗行間距10 cm，第1 排、第1 列離該方形塑料盤邊緣不少于5 cm，種植3 行5 列，共15 株。澆水養(yǎng)護(hù)方式一致，栽培種植相同時(shí)間。

1.4 供試石油

土壤中的石油烴含量測(cè)定利用紅外測(cè)油儀（Mold 510 型），采用紅外分光光度法測(cè)定原油含量；通過植物的耐油長(zhǎng)勢(shì)輔助判斷植物耐油生長(zhǎng)能力。此外，通過土壤中的石油烴物質(zhì)量減少量來判斷植物對(duì)土壤中的石油烴降解量和對(duì)石油污染土壤的修復(fù)能力。此方法定性分析準(zhǔn)確可靠，是現(xiàn)有條件下的較佳試驗(yàn)方案和測(cè)定方法。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)定

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)4 種比較方案。

方案A：方形塑料盆中只種植蘆葦種苗15 棵，種苗栽植3行5 列，間距10 cm。

方案B：種植方法同方案A，種植蘆葦種苗后在土壤中澆灑石油降解菌劑。

方案C：種植方法同方案A，蘆葦種苗間隔土壤上均勻撒播苜蓿種子，細(xì)灑5%濃度含鹽自來水，不在土壤中澆灑石油降解菌劑。

方案D：種植方法同方案C，種植后在土壤中澆灑石油降解菌劑。

為了盡量消減誤差，每個(gè)方案重復(fù)5 次，每天澆灑5%鹽水1000 mL，其他條件一致。

試驗(yàn)研究主要是對(duì)比4 種方案的石油降解能力，對(duì)土壤修復(fù)功效可以通過蘆葦幼苗的長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行判斷。苜蓿種子的撒播數(shù)和菌株Y-12 培養(yǎng)劑的用量不進(jìn)行精密計(jì)算[31～32]，原因是僅進(jìn)行定性比較試驗(yàn)。菌劑的撒播主要集中在蘆葦種苗根部及附近土壤，以充分實(shí)現(xiàn)植物根系—微生物—土壤系統(tǒng)的形成。

2.2 試驗(yàn)測(cè)定內(nèi)容與方法

試驗(yàn)結(jié)束后，取蘆葦根部土壤進(jìn)行測(cè)定，利用環(huán)刀取樣，每個(gè)處理栽培盆中取樣5 個(gè)，每環(huán)刀取土樣0.2 kg，分析土壤中石油烴含量、蘆葦根際微生物數(shù)量變化及蘆葦株高、生物量積累等指標(biāo)。土壤中石油烴含量采用紅外測(cè)油儀（Model 510 型）和紅外分光光度法測(cè)定。石油烴組分采用層析色譜法進(jìn)行分析。微生物數(shù)量采用平板菌落計(jì)數(shù)法測(cè)得。采用SPSS 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算試驗(yàn)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 石油烴去除結(jié)果與分析

4 種方案，每個(gè)方案5 次重復(fù)，共20 個(gè)方形塑料育苗盆，測(cè)得栽培地土壤中的石油烴降解率詳見表2。

表2 四種比較方案20 塊試驗(yàn)地石油烴降解能力比較

由表2 可知，方案D 對(duì)于石油污染土壤的修復(fù)能力最強(qiáng)，對(duì)石油烴的降解能力最高；方案A 對(duì)石油污染土壤的修復(fù)能力最差，對(duì)石油烴的降解能力最低；方案B、C 差別不大，方案B對(duì)石油污染土壤中的石油烴降解能力略高于方案C。

分析比較可知，蘆葦對(duì)石油烴有一定吸收能力和降解能力；同時(shí)，石油降解微生物菌對(duì)于石油烴的降解能力不可忽略。但土壤鹽堿度在一定程度上對(duì)石油降解微生物菌的降解石油能力有抑制作用。種植苜蓿對(duì)土壤中的鹽堿有吸收降解作用，能在一定程度上緩解土壤鹽堿脅迫毒害作用。方案D 種植苜蓿同時(shí)灑潑石油降解微生物菌劑，可緩解土壤鹽堿脅迫毒害環(huán)境，有利于石油降解微生物菌株大量繁殖，微生物菌對(duì)石油烴的降解能力得到發(fā)揮；同時(shí)，疊加蘆葦對(duì)土壤中石油的降解，讓石油污染土壤得到更好修復(fù)。

3.2 土壤中石油污染對(duì)蘆葦生長(zhǎng)繁殖的影響

試驗(yàn)地種植的蘆葦生長(zhǎng)繁殖狀況可反映土壤營(yíng)養(yǎng)成分、水、氣狀態(tài)，蘆葦生長(zhǎng)越好則供試土壤理化特性越好。了解4 個(gè)方案種植蘆葦?shù)纳蜕L(zhǎng)繁殖情況，測(cè)量蘆葦?shù)钠骄旮?、平均株徑，?shù)值越大表明蘆葦生長(zhǎng)越好；平均分蘗率越大，則繁殖狀況越好，測(cè)量結(jié)果詳見表3。

由表3 試驗(yàn)結(jié)果分析可知，方案A 蘆葦生長(zhǎng)最差，生長(zhǎng)繁殖狀況最差；方案D 蘆葦生長(zhǎng)最好，生長(zhǎng)繁殖狀況最佳。方案B與方案C 情況近似，方案B 略好于方案C。

綜合表2、表3 可知，可明確西北干旱鹽堿石油污染土壤的較佳修復(fù)改良方法。在要修復(fù)改良的石油污染土壤上澆潑石油降解微生物菌劑，摻拌在土壤中，種植鹽堿降解植物和蘆葦?shù)雀咝帐蜔N的植物。蘆葦是種造紙用植物，不會(huì)因食物鏈的作用進(jìn)入人體，是吸收土壤中石油烴的較佳植物。同時(shí)，撒種苜蓿可吸收降解土壤中的鹽堿，有利于蘆葦生長(zhǎng)，同時(shí)澆灌摻拌石油降解微生物菌劑效果更佳。

表3 4 種方案蘆葦生長(zhǎng)繁殖指標(biāo)

4 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果分析可知，蘆葦是吸收污染土壤中石油烴的有效植物，一定程度的石油烴污染不會(huì)影響蘆葦生長(zhǎng)和分蘗繁殖，是吸收污染土壤石油烴的優(yōu)選植物，值得推廣應(yīng)用。

同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果表明，石油烴降解微生物的生長(zhǎng)繁殖有助于改良污染土壤種植蘆葦?shù)母低寥拉h(huán)境，有助于蘆葦根系的呼吸生長(zhǎng)，間接推動(dòng)了蘆葦對(duì)污染土壤中石油烴的吸收作用，加強(qiáng)了蘆葦?shù)男迯?fù)功效。同時(shí)，蘆葦根系的生理生化作用也促進(jìn)了微生物的繁殖，加強(qiáng)了微生物對(duì)石油烴的降解功效。由此可知，蘆葦和微生物耦合利用，可增大和提升兩種生物對(duì)土壤中石油烴的降解作用。

試驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，在生長(zhǎng)的蘆葦空擋撒播苜蓿能促進(jìn)蘆葦生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)蘆葦遮擋陽光形成的陰涼環(huán)境也十分適合苜蓿生長(zhǎng)發(fā)育。種植苜蓿可緩解土壤鹽堿脅迫毒害環(huán)境，有利于石油烴降解微生物繁殖生長(zhǎng)，形成蘆葦—苜?！⑸锸蜔N污染土壤復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)，石油烴污染土壤的修復(fù)功效得到大幅度提升和加強(qiáng)，具有較高的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

蘆葦—苜?！徒到馕⑸锞鷦┫到y(tǒng)，其土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較好，微生物、細(xì)小動(dòng)物數(shù)量、種類較多，對(duì)石油污染物質(zhì)的凈化主要是通過土壤的吸收、截留、沉淀、交換、吸附、氧化還原、代謝等途徑完成，以達(dá)到逐漸改善土壤中游離的石油烴物質(zhì)，同時(shí)能加快蘆葦根部降解石油烴菌繁殖和菌落的形成及壯大，蘆葦?shù)纳L(zhǎng)又促進(jìn)苜蓿的生長(zhǎng)繁殖，而苜蓿的生長(zhǎng)及降解鹽堿干旱的土壤中的鹽堿物質(zhì)的同時(shí)，又增加了土壤的濕度，反過來提供了蘆葦生長(zhǎng)所需要的水分和養(yǎng)料，如此一來，這種相輔相成的耦合促進(jìn)作用，加快加大了修復(fù)石油污染土壤的系統(tǒng)建立，擴(kuò)大及提升了這一耦合作用系統(tǒng)的降解修復(fù)石油污染土壤的功效。