油田污染土壤的植物適應(yīng)性及修復(fù)治理*

張箏（河南省地質(zhì)調(diào)查院河南省地球化學(xué)生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)研究中心，鄭州450001）

?

油田污染土壤的植物適應(yīng)性及修復(fù)治理*

張箏
（河南省地質(zhì)調(diào)查院河南省地球化學(xué)生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)研究中心，鄭州450001）

摘要：對(duì)油田區(qū)污染土壤進(jìn)行植物治理，是當(dāng)前發(fā)展最快的環(huán)境修復(fù)技術(shù)之一。我們選取中原油田的原油、鹽和土壤按一定比例完全混合，通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)研究狗牙根對(duì)石油和鹽污染的適應(yīng)性及對(duì)石油污染的修復(fù)效果。結(jié)果表明：當(dāng)石油和鹽的污染水平分別處于0～45與0～10g·kg-1范圍內(nèi)時(shí)，狗牙根的生長(zhǎng)習(xí)性所受影響較小，表明在石油和鹽的土壤污染環(huán)境中狗牙根具有較強(qiáng)的適應(yīng)性；當(dāng)石油和鹽污染水平分別是25和4g· kg-1時(shí)，經(jīng)120d后，種植狗牙根的土壤中石油污染去除率達(dá)61.12%，是不種植狗牙根處理的21倍，表明種植狗牙根對(duì)油田區(qū)污染土壤具有很好的修復(fù)效果。

關(guān)鍵詞：油田開(kāi)采；污染土壤；植物適應(yīng)性；修復(fù)治理

石油的開(kāi)采、加工等過(guò)程中伴隨著高礦化度的油田產(chǎn)出水，因此，土壤的石油污染常伴隨著鹽污染。以中原油田為例，被污染的土壤中石油烴含量分布不均，全鹽量嚴(yán)重超標(biāo)［1］。油田區(qū)土地中石油污染日益嚴(yán)重，已成為生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一，已投入了大量人力、財(cái)力和物力，生物修復(fù)技術(shù)近年來(lái)成為治理污染最新、發(fā)展最快的治理技術(shù)。歐美國(guó)家利用微生物或者植物來(lái)治理污染物，集中治理于油田、河床、土壤和淤泥污染，可以在根本上除去水和土壤中的污染物。由于它的經(jīng)濟(jì)有效，無(wú)再生污染，在美國(guó)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，節(jié)省了大量的資金。為此，在我國(guó)，國(guó)家自然科學(xué)基金重大重點(diǎn)項(xiàng)目、“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃等基金項(xiàng)目及省市基金項(xiàng)目都將油類污染生態(tài)修復(fù)技術(shù)列為重點(diǎn)研究課題。

目前，利用植物法土壤原位生態(tài)修復(fù)，采取成本低、方法快捷、無(wú)二次污染的技術(shù)手段［2］，正成為包括石油污染在內(nèi)的土壤修復(fù)主攻方向［3，4］，涌現(xiàn)出了大量的土壤石油污染修復(fù)報(bào)道，如：在土壤石油含量4%時(shí)大麥的萌發(fā)率與對(duì)照組之間無(wú)顯著差異［5］、石油烴的降解情況很大程度取決于植物的吸收代謝能力［6］、上玉米（Zea mexicana）適合在石油污染的土壤上種植［7］、在自然條件下，小麥（Triticum aestivum L）和棉花（Gossypiumhirsutum L.）對(duì)土壤原油污染的降解率在70%以上［8］等等，而針對(duì)油鹽復(fù)合污染修復(fù)治理的報(bào)道卻非常少見(jiàn)。對(duì)中原油田地區(qū)石油污染土壤的實(shí)地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，石油污染土壤上有野生狗牙根（Cynodon dactylon）種群生長(zhǎng)，其根莖粗壯（直莖3 mm以上）。因此，以狗牙根（Cynodon dactylon）作為研究對(duì)象，通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)研究其對(duì)土壤石油和鹽污染的適應(yīng)性及其對(duì)石油的去除能力，以期為中原油田采油區(qū)治理提供實(shí)用性技術(shù)參數(shù)。

1　材料與方法

1.1材料制備

本實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)土壤于中原油田周圍農(nóng)田采集，全鹽量為632mg·kg-1。所用石油來(lái)自于中原油田采油廠。供試用鹽為中原油田含油水量高的氯化物和鈉、鉀的硫酸鹽。微生物培養(yǎng)液來(lái)自前期石油降解菌篩選試驗(yàn)，具體方法見(jiàn)文獻(xiàn)［9］。狗牙根種子于河南省農(nóng)科院院內(nèi)種子公司購(gòu)買。試驗(yàn)容器采用深20cm×直徑26cm的陶盆。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

中原油田地區(qū)土壤全鹽量一般小于10g·kg-1，石油含量多為45g·kg-1以下。通過(guò)室內(nèi)選用多種植物盆栽試驗(yàn)表明，向日葵、棉花、高丹草、狗牙根在試驗(yàn)設(shè)計(jì)石油污染水平范圍內(nèi)發(fā)芽率、株高及鮮重受影響較小，對(duì)石油污染土壤環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)。其中狗牙根在實(shí)驗(yàn)時(shí)分4組進(jìn)行。第一組為土壤鹽污染實(shí)驗(yàn)，共設(shè)計(jì)6個(gè)環(huán)境，其對(duì)應(yīng)的鹽含量添加水平對(duì)應(yīng)為S1（0g·kg-1）、S2（2g·kg-1）、S3（4g·kg-1）、S4（6g·kg-1）、S5（8g·kg-1）、S6（10g·kg-1）；第二組是土壤石油污染實(shí)驗(yàn)，共設(shè)計(jì)6個(gè)環(huán)境，其對(duì)應(yīng)的石油添加水平分別為P1（0g·kg-1）、P2（5g·kg-1）、P3（15g· kg-1）、P4（25g·kg-1）、P5（35g·kg-1）、P6（45g·kg-1）；第三組為石油和鹽復(fù)合污染試驗(yàn)，設(shè)計(jì)6個(gè)環(huán)境的石油和鹽添加水平分別為PS1（0g·kg-1、0g·kg-1）、PS2（5g· kg-1、2g·kg-1）、PS3（15g·kg-1、4g·kg-1）、PS4（25g·kg-1、6g·kg-1）、PS5（35g·kg-1、8g·kg-1）、PS6（45g·kg-1、10g· kg-1），括號(hào)中前者為石油含量，后者為鹽含量，添加量均以干土計(jì)；第四組為狗牙根在鹽與微生物共同作用下對(duì)石油污染土壤的修復(fù)試驗(yàn)。土壤中石油與含鹽量分別為處理1（25g·kg-1）與處理2（4g·kg-1），均以干土計(jì)，定期采集處理1及處理2的土壤樣品監(jiān)測(cè)石油降解情況。實(shí)驗(yàn)中采用完全混合的方式在過(guò)2mm篩的干土中按各處理的設(shè)計(jì)含量分別加入石油和鹽制成實(shí)驗(yàn)用土壤，每個(gè)容器內(nèi)裝入4kg（以干土計(jì)）。澆水后靜置2d，每盆播種100粒。實(shí)驗(yàn)采用野外盆栽方式進(jìn)行，并適時(shí)松土，為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性，每個(gè)處理均重復(fù)3次。分析認(rèn)為，植物修復(fù)土壤主要是植物根系吸收、帶出和分解作用，但在植物生長(zhǎng)和修復(fù)過(guò)程中受環(huán)境因素的影響較大，直接制約了植物的污染去除能力。狗牙根具根系發(fā)育，能夠穿透較深的土層，生長(zhǎng)力旺盛，能產(chǎn)生較多的生物量，給微生物活動(dòng)提供較大的根表面積，對(duì)以石油污染因子為主的土壤去污能力較強(qiáng)，是一種原地修復(fù)的較理想的植物。

1.3分析方法

采用重量法測(cè)定土壤中石油含量［10］。采用SPSS 11.5版本進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1狗牙根對(duì)可溶性鹽含量的適應(yīng)性

土壤溶液濃度隨土壤中可溶性鹽含量的增加而增高，當(dāng)其濃度達(dá)到一定程度后時(shí)會(huì)阻礙植物根系從土壤中吸收水分，造成鹽害，使植物生長(zhǎng)發(fā)育不良［11］。

狗牙根用出苗率、株高和鮮重對(duì)可溶性鹽適應(yīng)性進(jìn)行判斷。具體做法：播種后20d時(shí)，統(tǒng)計(jì)出苗數(shù)，取其與播種種子數(shù)的百分比作為出苗率；生長(zhǎng)50d時(shí)，進(jìn)行植物的株高測(cè)量并稱鮮重。不同鹽含量水平下適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1　狗牙根對(duì)不同鹽含量的適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistics of adaptability of Bermuda grass on different salt content

由表1中出苗率數(shù)據(jù)顯示，與正常土壤S1環(huán)境相比，S2、S3個(gè)環(huán)境中出苗率較為接近；S4、S5、S63個(gè)環(huán)境中，出苗率略低；S6環(huán)境（鹽含量最高）出苗率僅下降1.4%，說(shuō)明狗牙根的出苗率隨著土壤鹽含量水平逐漸增高而呈下降趨勢(shì)，土壤鹽含量高低對(duì)出苗率有一定抑制作用。但出苗率下降僅1.4%，也可以證明，狗牙根這種植物對(duì)土壤鹽含量高低水平的適應(yīng)能力強(qiáng)，適合在油田區(qū)污染土壤中試驗(yàn)種植。

表1中株高、鮮重顯示，與正常土壤環(huán)境（S1）相比，S2、S3、S4、S54個(gè)不同濃度鹽含量環(huán)境的株高、鮮重比值差異較小，形態(tài)正常，未發(fā)現(xiàn)異常情況。其中S2環(huán)境對(duì)狗牙根生長(zhǎng)發(fā)育較好，說(shuō)明土壤中適量的鹽含量對(duì)植物生長(zhǎng)有益。S6環(huán)境鹽含量最高，植物的株高降低2.3%，鮮重降低6%，對(duì)植物生長(zhǎng)有一定抑制影響?？梢钥闯?，狗牙根生長(zhǎng)期株高和鮮重隨著土壤中鹽含量的增加呈下降趨勢(shì)，其生長(zhǎng)發(fā)育受到影響，但不足以對(duì)狗牙根生長(zhǎng)造成鹽害。

2.2狗牙根對(duì)石油污染的適應(yīng)性

環(huán)境污染對(duì)植物個(gè)體的毒害性主要表現(xiàn)為生長(zhǎng)發(fā)育受阻，生物量指標(biāo)明顯降低，失綠泛黃和早衰等，有的還會(huì)引起異常的生長(zhǎng)反應(yīng)［12］。播種后20d時(shí)統(tǒng)計(jì)出苗數(shù)，計(jì)算不同石油污染水平環(huán)境下植物的出苗率；對(duì)生長(zhǎng)50d時(shí)植物進(jìn)行測(cè)量株高并稱鮮重。不同石油污染水平下適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2　狗牙根對(duì)不同石油污染水平的適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistics of adaptability of Bermuda grass on different pollution of petroleum

表2中出苗率顯示，當(dāng)P6（污染程度高）環(huán)境與P1（正常土壤）環(huán)境對(duì)比，出苗率有差異，但P6環(huán)境出苗率仍達(dá)到P1環(huán)境93%，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)中的狗牙根出苗率隨著土壤石油污染物的增加而下降。分析認(rèn)為，種子自身結(jié)構(gòu)具有多種物理和生化防范功能，在一定濃度范圍內(nèi)種子萌發(fā)會(huì)被污染土壤部分抑制，當(dāng)污染超出某個(gè)限度，即土壤污染對(duì)種子的毒害作用超出其自身的調(diào)節(jié)能力下，種子萌發(fā)才會(huì)被完全抑制［13］。93%的狗牙根種子正常出苗表明在石油污染土壤上種植狗牙根無(wú)須對(duì)種子做特殊處理。

表2中鮮重和株高的數(shù)據(jù)顯示，P6處理的鮮重和株高與P1相比分別降低了9%和11%，在土壤石油污染物毒害作用的影響下，狗牙根出現(xiàn)了生長(zhǎng)發(fā)育受阻，生物量指標(biāo)降低現(xiàn)象，鮮重和株高的方差分析結(jié)果表明有一定影響。但分析鮮重與株高的比值可知，P6處理鮮重與株高的比與P1處理的差異不顯著，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)有失綠泛黃和早衰及異常的生長(zhǎng)反應(yīng)等癥狀的植株。分析認(rèn)為，石油污染物只是延緩了狗牙根的生長(zhǎng)，而并不能阻止其在石油污染土壤中的生長(zhǎng)發(fā)育。石油污染會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響土壤通透性和植物吸水性［14］，是延緩植物生長(zhǎng)發(fā)育的因素之一，因引，可以通過(guò)合理翻松土，增施有機(jī)肥及灌溉減輕影響促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。

2.3狗牙根對(duì)土壤中石油和鹽復(fù)合作用的適應(yīng)性

研究表明，植株個(gè)體在多種污染物的復(fù)合作用下，其生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)受影響［11］。我們按前面工作方法采集出苗率、株高和鮮重基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，研究狗牙根對(duì)土壤中石油和鹽復(fù)合作用的適應(yīng)性。不同復(fù)合污染水平下植物生長(zhǎng)特征值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3　不同鹽和石油復(fù)合污染水平的狗牙根生長(zhǎng)特征值統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Growth characteristics statistics of Bermuda grass under different combined pollution of salts and petroleum

綜合表1～3中的數(shù)據(jù)分析，土壤在石油和鹽在復(fù)合作用下，兩者互不相容，毒性沒(méi)有簡(jiǎn)單疊加現(xiàn)象。如復(fù)合作用最嚴(yán)重的PS6環(huán)境與PS1正常環(huán)境對(duì)比：出苗率是PS1環(huán)境的90%以上、株高88%和鮮重90%；整個(gè)實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)過(guò)程中植株未產(chǎn)生侏儒、葉黃、枯萎等明顯差異，這一結(jié)果表明狗牙根植物對(duì)土壤鹽和石油復(fù)合作用環(huán)境中正常生長(zhǎng)。

2.4添加微生物條件下狗牙根對(duì)土壤石油的修復(fù)效果

植物在被動(dòng)適應(yīng)污染環(huán)境土壤同時(shí)，其根系分泌氨基酸等低分子有機(jī)物，繁衍大量微生物，通過(guò)積累吸收與代謝活動(dòng)，以去除土壤中的石油和鹽污染。本實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)第120d培養(yǎng)，處理1、處理2的土壤石油污染去除率的統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

表4　處理1和處理2的土壤石油污染的去除率/%Tab.4 Removal of petroleum pollution on soil by treatment 1 and treatment 2

由表4中數(shù)據(jù)顯示，微生物的添加可顯著促進(jìn)狗牙根對(duì)土壤石油污染的去除效果。處理1、處理2 在15d時(shí)的石油污染去除率可達(dá)22%左右，這是因?yàn)橥寥牢阶饔门c低分子量石油烴的揮發(fā)造成污染物檢出率損失等原因所導(dǎo)致［15］。綜合研究120d時(shí)的植物修復(fù)的污染去除能力對(duì)比顯示，處理1土壤石油污染去除率僅為25.10%，與15d時(shí)的石油污染去除率差別不顯著；而處理2是在土壤中添加微生物后，其石油污染去除率達(dá)85.32%，直接增加量高達(dá)60.22%，表明在種植狗牙根植物時(shí)，適當(dāng)添加微生物后對(duì)土壤石油污染去除能力影響非常顯著。

3　結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)狗牙根出苗率、株高、鮮重的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，土壤鹽含量高低對(duì)狗牙根生長(zhǎng)有一定抑制作用，但影響力不大，說(shuō)明狗牙根在這種環(huán)境下的適應(yīng)能力強(qiáng)，可以在油田污染土壤上正常生長(zhǎng)發(fā)育。

（2）石油污染在一定濃度范圍內(nèi)時(shí)，使狗牙根出現(xiàn)了生物量指標(biāo)降低，延緩了狗牙根的生長(zhǎng)，但并不能阻止其在石油污染土壤中的生長(zhǎng)發(fā)育?？梢酝ㄟ^(guò)合理翻松土，增施有機(jī)肥及灌溉減輕影響促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。

（3）120d時(shí)，處理1的土壤石油污染去除率僅為25.10%，處理2的土壤石油污染去除率達(dá)85.32%，兩者相差60.22%，表明在植物種植時(shí)，適當(dāng)添加微生物對(duì)土壤環(huán)境修復(fù)影響非常顯著。

總之，狗牙根能在石油和鹽一定濃度污染土壤中正常生長(zhǎng)發(fā)育，且對(duì)石油污染土壤具良好的修復(fù)效果，是石油及其復(fù)合污染修復(fù)的理想選擇之一。

參考文獻(xiàn)

［1］韓慧龍，陳鎮(zhèn)，楊健民，等.真菌-細(xì)菌協(xié)同修復(fù)石油污染土壤的場(chǎng)地試驗(yàn)［J］.環(huán)境科學(xué)，2008，29（2）：454- 461.

［2］張松林，董慶士，周喜濱，等.人為石油污染土壤紫花苜蓿田間修復(fù)試驗(yàn)［J］.蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，44（1）：47- 50.

［3］Muratova AY，Turkovskaya OV，Hübner T，et al.Studies of the efficacy of alfalfa and reed in the phytore- mediation of hydrocarbon- pollutedsoil［J］.ApplBiochemMicrobiol，2003，39（6）：599- 605.

［4］Merkl N，Schultze- kraft R，Infante C. Assessment oftropical grasses and legumes for phytoremediation of petroleumcontam in ated soils ［J］. Water Air Soil Pollut，2005，165（1- 4）：195- 209.

［5］Li X，F(xiàn)eng Y，Sawatsky N. Importance of soil water relations in assessing the endpoint of bioremediated soils：I. Plant growth［J］. Plant and Soil，1997，192：219- 226.

［6］李方敏，姚金龍，王瓊山.修復(fù)石油污染土壤的植物篩選［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，22（9）：429- 431.

［7］張興儒，張士權(quán).油氣田開(kāi)發(fā)建設(shè)與環(huán)境響影響［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1998.143- 147.

［8］劉繼朝，崔巖山，張燕平，等.植物與微生物對(duì)石油污染土壤修復(fù)的影響［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，25（2）：80- 83.

［9］謝重閣.環(huán)境中石油污染物的分析技術(shù)［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1987.82- 83.

［10］張新中，章玉平.植物生理學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007. 227- 229.

［11］喬玉輝，李花粉，馬祥愛(ài).污染生態(tài)學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.63- 67.

［12］宋玉芳，許華夏，任麗萍，等.土壤重金屬對(duì)白菜種子發(fā)芽與根伸長(zhǎng)抑制的生態(tài)毒性效應(yīng)［J］.環(huán)境科學(xué)，2002，23（1）：103- 107.

［13］呂志萍，程龍飛.石油污染土壤中石油含量對(duì)玉米的影響［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2001，11（1）：36- 37.

［13］孫東平，胡凌燕，周伶俐，等.高效石油降解微生物堆制法處理油污土壤［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2007，30（6）：86- 89.

Adaptability and remediation of plants in oil-contaminated soil in oil field*

ZHANG Zheng
（Henan Institute of Geological Survey Henan Geochemical Ecological Restoration Engineering Research Center，Zhengzhou 450001，China）

Abstract：Plant treatment of contaminated soil in oil field is one of the fastest developing environmental remediation technologies. We mixed crude oil，salt and soil of Zhongyuan oil field completely in a certain proportion，and studied the adaptability of the Bermuda grass to oil and salt pollution and its repair effect of oil pollution through a pot experiment. Results show that：when the oil and salt pollution levels，respectively，in the 0～45g·kg-1and 0～10g·kg-1range，growth habit of the Bermuda grass is less affected，showing that the Bermuda grass has strong adaptability in oil and salt soil polluted environment.；the rate of degradation of soil oil was 61.12%，21 times than that without the plant in the treatment of 25g·kg-1oil and 4g·kg-1salt respectively after 120days. Bermuda grass shows great potential in the phytoremediation of soil oil contamination.

Key words：oil field exploitation；contaminated soil；plant adaptability；remediation

中圖分類號(hào)：P66

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20160630

收稿日期：2016- 01- 30

基金項(xiàng)目：河南省人民政府與中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局合作項(xiàng)目（2004142000 06）；河南省國(guó)土廳基金

作者簡(jiǎn)介：張箏（1983-），女，湖南桃江人，工程師，碩士，研究方向：環(huán)境地質(zhì)。