華北油田土壤石油污染對玉米和小麥生長的影響

肖易，李先梅，韋政偉 吳蕓紫，金濤，周建利，田應兵 （長江大學農(nóng)學院，湖北 荊州 434023）

隨著石油工業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的石油污染物進入土壤和水體中，造成了嚴重的環(huán)境污染［1］。對我國北方油田石油污染狀況的調(diào)研結果表明［2］，華北油田采油井場周邊土壤石油污染嚴重，含油量在48～77g／kg，致使油田區(qū)域及周邊地區(qū)土壤受到嚴重污染。石油烴在表層土壤中的積累會破壞土壤結構，影響土壤通透性能，阻礙根系的呼吸與養(yǎng)分的吸收，除了直接導致農(nóng)作物的減產(chǎn)外，還能通過食物鏈在動植物體內(nèi)逐漸富集［3－4］，從而危害人類的健康［5］。玉米 （Zea mays）和小麥 （Triticum aestivum）是2種在華北地區(qū)廣泛種植的糧食作物，且在石油污染脅迫下表現(xiàn)出較好的耐受性［6－8］。本研究以玉米和小麥作為石油污染土壤的修復材料，開展石油污染土壤的植物修復研究，旨在為華北油田石油污染土壤的有效治理和生態(tài)恢復提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試石油取自華北油田。供試土壤取自華北油田采油區(qū)周邊無污染土壤。供試植物玉米 （蠡玉35）和小麥，均購自河北省農(nóng)業(yè)科學研究院。

1.2 試驗方法

根據(jù)華北油田采油區(qū)土壤原油污染實際情況并結合前人的研究成果，設置6種土壤石油污染物濃度，即0、10、20、30、40、60g／kg。試驗前對供試土壤進行風干、磨碎、過5mm篩及混勻處理，每個塑料盆裝入風干土2.5kg，按上述濃度設置分別將石油準確加入到各盆中，并與土壤充分混勻。澆水后靜置20d，使原油、土壤及水分充分混合達到穩(wěn)定狀態(tài)后，進行深翻至底的松土。按1.5cm左右的播種深度均勻播種，玉米每盆播種20粒，小麥每盆播種10粒，每個處理重復4次。出苗4周后對玉米進行剔苗處理，每盆定苗2株。

為了保證各盆缽土壤含水量的一致性，每3d澆水1次，維持到土壤最大含水量的70%。每天定時觀察記載，30d時統(tǒng)計各植株發(fā)芽率，45d時測量各盆植株高度，以后每隔1周測量1次，70d時收割植物，稱取植物地上部分和地下部分的干、鮮重，同時測定土壤石油含量，計算其對應的降解量。

1.3 指標測定與計算

采用索氏抽提法測定土壤含油質量分數(shù)，參照文獻 ［9～10］的方法測定土壤中石油類含量。具體方法如下：稱取試驗后土樣經(jīng)真空干燥后，以丙酮為溶劑，抽提6～8h至抽提筒中無色，測定土壤石油含量，用差值法計算出各種植物的降解量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗所得數(shù)據(jù)采用DPS軟件進行方差分析和多重比較。各試驗結果均以平均數(shù)±標準偏差 （SD）表示。

2 結果與分析

2.1 石油污染物濃度對種子發(fā)芽率的影響

在不同石油污染濃度下，供試植物的種子發(fā)芽率測定結果見表1。

表1 供試植物在不同石油污染水平下的種子發(fā)芽率 %

由表1可知，在無污染物存在的情況下，玉米和小麥的發(fā)芽率均高達90%。隨著污染物濃度的升高，2種植物的發(fā)芽率均有不同程度的下降。但玉米在不同濃度間的發(fā)芽率差異不顯著，小麥在40～60g／kg的濃度范圍內(nèi)，發(fā)芽率急劇下降，與0～30g／kg濃度范圍內(nèi)的發(fā)芽率差異達到極顯著水平。各處理的發(fā)芽率與對照組的發(fā)芽率相比，在0～60g／kg濃度范圍內(nèi)，玉米的發(fā)芽率僅下降了1.73%～15.52%。在10～30g／kg污染范圍內(nèi)，小麥發(fā)芽率也僅下降了2.23%～7.07%，但在40～60g／kg范圍內(nèi)則下降了49.44%～59.48%。

上述結果表明，試驗設計的所有污染水平對玉米的發(fā)芽率影響不大，即使在高濃度 （40～60g／kg）下，發(fā)芽率仍保持在一個相對較高并且較穩(wěn)定的狀態(tài)，對石油污染反應不敏感，在石油污染土壤上具有較強的萌發(fā)能力。小麥在低濃度 （10～30g／kg）污染水平下，發(fā)芽率受影響較小，而高濃度 （40～60g／kg）則對小麥的發(fā)芽有明顯的抑制作用。

2.2 石油污染物濃度對植物株高的影響

圖1 供試植物在不同石油污染物濃度下的株高

不同石油污染濃度下植物的株高測定結果見圖1。由圖1可知，在無污染物存在的情況下，玉米株高在90cm以上，隨著污染物濃度的升高，其株高呈先下降后上升趨勢，與在濃度為30g／kg和40g／kg的株高相比，在濃度為60g／kg的株高受到石油污染的影響反而較小。可能原因在于，濃度為60g／kg的處理因含油量相對較大，污染后短期內(nèi)土壤的結構性與通透性隨之變劣，但隨著石油的生化降解，生成的絮凝狀代謝物有利于土壤結構性的改善，土壤顆粒易粘附成團，導致土壤的孔隙度增大，透氣性增強，植物所受影響亦隨之減小。小麥的株高隨著污染物濃度的升高呈下降趨勢，并且在10～20g／kg濃度范圍內(nèi)的下降幅度較大。上述結果表明，石油污染物對玉米和小麥的生長有抑制作用，且對小麥生長的抑制作用更為明顯。

2.3 石油污染物濃度對植物生物量的影響

不同石油污染物濃度下，玉米和小麥的干、鮮重測量結果見表2。

表2 供試植物在不同石油污染物濃度下的生物量 g

從表2數(shù)據(jù)可知，植物的干、鮮重變化表現(xiàn)出一致性。以地上部鮮重為例，在0～60g／kg污染濃度范圍內(nèi)，玉米鮮重下降了55.85%～69.02%，且呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢。石油污染物濃度在30g／kg和40g／kg時對玉米鮮重的影響反而比濃度在60g／kg時的影響更大，這與石油對株高的影響是相似的。原因在于植物地上部鮮重與株高聯(lián)系較大，一般株高值上升，鮮重值也隨之變大。在濃度10～60g／kg范圍內(nèi)，鮮重下降了55.85%～69.02%。小麥的地上部鮮重隨著污染物濃度的升高呈下降趨勢，在濃度10～60g／kg范圍內(nèi)，鮮重下降了67.05%～89.79%。

植物地下部鮮重變化規(guī)律與地上部鮮重表現(xiàn)類似，地下部根系因直接接觸土壤中的污染物，因而具有較強的敏感性，各濃度處理下，玉米的根鮮重隨著石油污染物濃度的升高呈先下降后上升趨勢，說明在高污染濃度 （40～60g／kg）下，植物根系對石油的耐受性反而增強，也可能是高濃度污染物刺激了根的生長。在濃度為10～60g／kg范圍內(nèi)，鮮重下降了44.21%～62.46%。小麥根鮮重則隨著污染物濃度的升高呈下降趨勢，在濃度為10～60g／kg范圍內(nèi)，鮮重下降了21.05%～88.42%。石油污染物對小麥根系的生長起抑制作用，并且污染物濃度越高，影響越大。

2.4 供試植物對土壤中石油污染物的清除效率

不同石油污染物濃度下，玉米和小麥對土壤中石油污染物的降解量見表3。

表3 供試植物對土壤中石油污染物的降解量（除油量） %

方差分析結果表明，玉米在石油污染濃度為30g／kg時，除油量最大，并且與濃度為10g／kg和60g／kg的石油污染水平下的除油量存在顯著差異。在10～60g／kg的濃度范圍內(nèi)，各處理玉米的除油率分別為57.50%、40.88%、40.25%、23.87%和11.54%。小麥在濃度為40g／kg時除油量最大并且與在濃度為10g／kg和60g／kg時的除油量存在顯著差異。在10～60g／kg的范圍，除油率分別為43.50%、25.00%、28.17%、24.06%和12.25%。在濃度為10g／kg時，玉米和小麥的除油率存在顯著差異。

上述結果表明，在低濃度 （10～30g／kg）的石油污染水平下，玉米對石油污染物具有較高的清除效率，可達40%以上；隨著濃度的升高，清除效率下降。小麥在濃度為10g／kg時具有較高的清除效率。

3 結論

（1）在0～60g／kg的石油污染水平范圍內(nèi)，玉米對石油污染反應不敏感，在石油污染土壤上具有較強的萌發(fā)能力，發(fā)芽率高達80%以上。低濃度 （10～30g／kg）的石油污染對小麥的發(fā)芽率影響較小，而高濃度 （40～60g／kg）的石油污染對小麥的發(fā)芽具有明顯的抑制作用。

（2）隨著污染物濃度的升高，玉米的株高呈先下降后上升趨勢，與在濃度為30g／kg和40g／kg的株高相比，在濃度為60g／kg的株高受到石油污染的影響反而較小。小麥的株高隨著污染物濃度的升高呈下降趨勢，并且在低濃度 （10～20g／kg）污染水平下的下降幅度較大。在濃度為10～60g／kg范圍內(nèi)，玉米鮮重下降了55.85%～69.02%。但石油污染物濃度在30g／kg和40g／kg時對玉米鮮重的影響反而比濃度在60g／kg時的影響更大，與石油對玉米株高的影響相似。小麥的地上部鮮重隨著污染物濃度的升高呈下降趨勢，在濃度為10～60g／kg范圍內(nèi)，鮮重下降了67.05%～89.79%。植物地下部鮮重變化規(guī)律與地上部鮮重表現(xiàn)類似。

（3）在低濃度 （10～30g／kg）的石油污染水平下，玉米對石油污染物具有較高的清除效率，均達到40%以上，隨著濃度的升高，清除效率下降。小麥在濃度為10g／kg時具有較高的清除效率。與小麥相比，玉米對石油污染物的耐受性更強。

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