翅堿蓬修復(fù)鹽堿土壤多環(huán)芳烴污染的研究

王真 郭長城

摘 要：堿蓬是鹽堿化土壤的優(yōu)勢物種之一，在鹽堿化土壤的生態(tài)修復(fù)研究中具有重要的應(yīng)用價值。本文綜述了翅堿蓬在鹽堿化土壤污染修復(fù)方面的國內(nèi)外研究進(jìn)展，總結(jié)了翅堿蓬的耐鹽特性及耐鹽機理，回顧了翅堿蓬應(yīng)用于有機污染物污染土壤修復(fù)的研究，并探討了鹽堿化土壤石油污染修復(fù)的難點與熱點，為翅堿蓬在濱海鹽堿化土壤多環(huán)芳烴污染生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：翅堿蓬;鹽堿化土壤;多環(huán)芳烴

中圖分類號：X55文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）12-0144-03

Study on Suaeda Salsa （L.） Pall. Remediation of Polycyclic

Aromatic Hydrocarbon Pollution in Saline-Alkali Soil

WANG zhen1 GUO Changcheng2

（1. Binzhou Ecological Environment Monitoring Center of Shandong Province，Binzhou Shandong 256600;2. Tianjin Key Laboratory of Water Resources and Water Environment， Tianjin Normal University，Tianjin 300387）

Abstract： Suaeda salsa is one of the dominant species in saline-alkali soil， and it has important application value in the research of ecological restoration of saline-alkali soil. This paper reviews the domestic and international research progress of Suaeda salsa （L.） Pall. in the remediation of saline-alkali soil pollution， summarizes the salt tolerance characteristics and mechanisms of Suaeda salsa （L.） Pall.， and reviews the research of Suaeda salsa （L.） Pall. applied to the remediation of soil contaminated by organic pollutants， and discusses the difficulties and hotspots of salinized soil oil pollution remediation， so as to provide technical reference for the application of Suaeda salsa （L.） Pall. in the ecological remediation of polycyclic aromatic hydrocarbon pollution in coastal saline soil.

Keywords： Suaeda salsa （L.） Pall.;saline soil;polycyclic aromatic hydrocarbons

據(jù)不完全統(tǒng)計，世界鹽堿化土壤面積達(dá)10億hm2。在我國，東至海濱，西至塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地，從海南島到內(nèi)蒙古呼倫貝爾高原，鹽堿化土壤均有分布。山東、河北、遼寧等長江以北地區(qū)的鹽堿化土壤面積達(dá)100萬hm2。翅堿蓬（Suaeda salsa （L.） Pall.）是藜科（Chenopodiaceae）堿蓬屬（Suaeda）一年生草本植物，是肉質(zhì)化的稀鹽耐鹽植物，翅堿蓬抗鹽堿性強、易繁殖，是一種真鹽生植物，是一種改良利用鹽堿土壤的首選植物[1]。多環(huán)芳烴類化合物（簡稱PAHs）是指含兩個以上苯環(huán)的化合物，惰性較強，廣泛存在于水土環(huán)境中。多環(huán)芳烴通過大氣、水、食物等途徑對人體健康造成威脅，我國土壤多環(huán)芳烴污染嚴(yán)重，了解水土環(huán)境中多環(huán)芳烴的遷移轉(zhuǎn)化與污染狀況，開發(fā)多環(huán)芳烴污染修復(fù)的方法具有非常重要的意義。石油開采、運輸?shù)壬a(chǎn)過程造成的污染是多環(huán)芳烴污染的重要來源之一，石油污染改變土壤原有理化性質(zhì)，阻礙植物根系對水分和養(yǎng)分的吸收與轉(zhuǎn)運，對土壤環(huán)境微生物的生存產(chǎn)生影響，并通過食物鏈危害人體健康。因此，石油污染土壤的修復(fù)已成為國際研究的熱點問題，但鹽堿化土壤由于其高鹽環(huán)境對微生物有一定的毒害作用，且適宜生長的植物種類有限，因此鹽堿化土壤的修復(fù)有很多需要克服的難點。

1 翅堿蓬對鹽堿化土壤的適應(yīng)性

翅堿蓬對濱海鹽堿地具有明顯的改善作用，種植堿蓬的根際土壤有機質(zhì)與對照組相比增加43%，電導(dǎo)率下降了13%，總氮量增加18%，根際土壤的放線菌和真菌則分別比對照組增加了500%和1 600%，提高了優(yōu)勢菌群的耐鹽性[2]。研究表明，翅堿蓬在土壤含鹽量介于2.5%～3.0%時均可很好地生長，是鹽堿土壤生態(tài)修復(fù)的首選先鋒植物[3]。一定濃度的鹽有助于鹽生植物生長，但對非耐鹽植物的組織和器官的生長和分化起抑制作用。在鹽堿化土壤環(huán)境中，植物受礦質(zhì)元素缺乏、離子毒害等因素影響，其生長和生殖受限，嚴(yán)重影響植物正常的生理生化反應(yīng)，導(dǎo)致植物生長緩慢甚至死亡。但翅堿蓬屬于稀鹽鹽生植物，在鹽漬環(huán)境下生長發(fā)育明顯好于非鹽漬化環(huán)境[4]。

從機理上講，肉質(zhì)化是堿蓬適應(yīng)高鹽環(huán)境的一個重要方法，翅堿蓬通過肉質(zhì)化的葉片，保存水分，提高其耐鹽程度。促進(jìn)葉片肉質(zhì)化、對細(xì)胞內(nèi)離子進(jìn)行區(qū)域化、合成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及增強抗氧化系統(tǒng)能力是堿蓬屬植物響應(yīng)和適應(yīng)鹽堿脅迫的重要途徑[5]。翅堿蓬對鹽堿土壤的生物修復(fù)主要是改善土壤結(jié)構(gòu)、降低土壤鹽度和容重、增加土壤孔隙率、增加有機質(zhì)和總氮，提高土壤微生物和土壤酶活性。管博等研究了種植堿蓬對黃河三角洲重度退化濕地的生態(tài)修復(fù)能力：種植堿蓬能使重度退化鹽堿地的土壤含鹽量和Na+含量降低，同時土壤脲酶和磷酸酶活性顯著提高，改善土壤肥力[6]。堿蓬在生長過程中能夠?qū)︹c離子選擇吸收，從而顯著降低鹽堿土壤中的含鹽量和堿化度。有研究表明，種植堿蓬3年后，鹽堿化土壤的脫鹽率可達(dá)26.83%[7]。目前，很多地區(qū)利用翅堿蓬修復(fù)鹽堿土壤，應(yīng)用效果顯著。例如，天津市大港鹽漬化土壤區(qū)翅堿蓬生長狀況良好，其土壤修復(fù)前后效果對比如圖1所示。

2 翅堿蓬對有機污染物土壤的修復(fù)

近年來，沿海工業(yè)化發(fā)展快速，有機污染物通過降雨、地表徑流等方式對海岸帶區(qū)域造成嚴(yán)重的污染。同時，石油開采、加工等生產(chǎn)過程及意外事故導(dǎo)致數(shù)量不等的石油廢棄物排放到周圍土壤，使土壤生態(tài)系統(tǒng)受到不同程度的破壞。多環(huán)芳烴（PAHs）微量水平就可嚴(yán)重威脅人體健康，致癌、致畸、致變。同時，其會對海岸帶生態(tài)環(huán)境造成不良影響，土壤結(jié)構(gòu)被破壞，有效氮、磷等含量減少，生態(tài)系統(tǒng)衰變和退化。

目前用作石油烴污染修復(fù)的植物主要有苜蓿、黑麥草和酥油草等非鹽生植物。然而，非鹽生植物難以適應(yīng)高鹽堿環(huán)境。堿蓬則具有巨大優(yōu)勢。翅堿蓬較適用于低濃度石油污染土壤的植物修復(fù)。翅堿蓬種子萌發(fā)和生長受影響很小，體內(nèi)SOD、CAT和POD能夠快速地提高活性來抵御逆境，并能長時間地保持在一個相對較高的水平，抵御石油毒害。翅堿蓬對石油烴的降解率保持在31.7%～47.9%，對多氯聯(lián)苯（PCBs）、十溴聯(lián)苯醚（BDE209）、有機氯農(nóng)藥（OCPs）和多環(huán)芳烴均有不同程度的累積吸收能力。

堿蓬對石油烴、PAHs等污染物有較強的耐受性，且可有效吸收PAHs、石油烴等，是鹽堿化土壤多環(huán)芳烴污染修復(fù)的首選植物。秦曉等研究了土壤含鹽量對石油污染土壤生物修復(fù)的影響，發(fā)現(xiàn)生物刺激及生物刺激加生物強化處理均可促使土壤含鹽量降低，從而有效提高石油烴的降解率。當(dāng)土壤含鹽量為0.22%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時，添加4%菌劑修復(fù)3 d時，石油烴降解率達(dá)24.98%，當(dāng)土壤含鹽量為0.01%時，生物刺激加生物強化處理28 d后，石油烴的降解率是單純生物強化的1.1倍，低含鹽土壤添加4%菌劑處理下土壤石油烴降解率是高含鹽土壤添加4%菌劑處理的1.22倍。低的土壤含鹽量更有利于石油烴的降解，由此說明，通過堿蓬吸收降低石油烴污染土壤的鹽分含量，更有利于生物方法對污染土壤的修復(fù)。

石油污染鹽堿化土壤的特點一般是油鹽混合污染，具有較大的難度。石油類污染物使土壤顆粒疏水，增加了水洗鹽的難度，也抑制了土壤中水溶性營養(yǎng)物質(zhì)的傳遞，對植物和微生物的生長不利，另外，當(dāng)土壤鹽度大于3%時，非耐鹽微生物的代謝會受到抑制，降低甚至喪失其修復(fù)能力，由此說明，單純的堿蓬修復(fù)石油烴污染并不具有優(yōu)勢，受根際效應(yīng)的影響，植物微生物聯(lián)合修復(fù)優(yōu)于單一修復(fù)技術(shù)，是當(dāng)前發(fā)展的趨勢。微生物修復(fù)是利用土壤中的土著菌或向污染土壤中接種選育的高效降解菌，在優(yōu)化的環(huán)境條件下，加速石油污染物的降解。土壤鹽堿化和石油污染會對石油烴降解菌產(chǎn)生雙重毒害作用，降低土壤鹽堿含量和提高石油烴的生物可利用性是增強微生物修復(fù)效果的根本途徑。石油烴降解菌的菌劑與有機肥聯(lián)合修復(fù)石油污染土壤的研究表明，有機肥和菌劑（4%處理）的加入可使石油烴降解率達(dá)到73%，采用淋洗施肥法修復(fù)石油污染鹽堿土壤，可明顯提高石油烴降解菌的數(shù)量和土壤微生物活性，促進(jìn)土壤中油脂的降解，說明降低鹽度、增加有機質(zhì)等更有利于降解菌對石油烴污染物的降解。

石油烴污染土壤修復(fù)有物理法、化學(xué)法、生物法等方法。其中，生物法具有降解效率高、生物利用性強、不破壞土壤結(jié)構(gòu)和組成等優(yōu)點，植物和微生物聯(lián)合應(yīng)用是最為廣泛的一類生物修復(fù)方法。植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)中，植物的作用主要表現(xiàn)為對有機污染物的直接吸收、釋放分泌物或活性酶，強化根際微生物，改善土壤條件等，而微生物在降解污染物的同時減輕了其對植物的毒性作用，提高了植物對污染物的耐受性，提高降解效率。植物-微生物聯(lián)合修復(fù)越來越受重視，研究和實踐也越來越多。王新新等通過研究石油污染鹽堿土壤的翅堿蓬根際細(xì)菌多樣性，篩選得到耐鹽石油烴降解菌戈登氏菌屬（Gordonia）、無色桿菌屬（Achromobacter）、迪茨菌屬（Dietzia）、芽孢桿菌屬（Bacillus）和假單胞菌屬（Pseudomonas）。

土壤有機污染物修復(fù)方法對比如表1所示。

一般功能性微生物無法適應(yīng)高鹽環(huán)境，微生物的生長繁殖受到限制，使其失去降解能力。中度嗜鹽菌是一類能夠適應(yīng)3%～15%鹽濃度環(huán)境且具有最佳生長能力的極端微生物類群。中度嗜鹽菌（Moderately halophilic bacteria）分布極其廣泛，對環(huán)境適應(yīng)能力強，營養(yǎng)要求簡單，其在有氧條件下對苯酚有很好的降解效果。隨著研究的繼續(xù)深入，中度嗜鹽菌和堿蓬聯(lián)合修復(fù)高鹽土壤環(huán)境多環(huán)芳烴污染的實踐和應(yīng)用也日益得到發(fā)展。

3 結(jié)論

堿蓬是鹽漬化區(qū)域土壤的優(yōu)勢種群，對鹽漬化區(qū)域的重金屬污染、有機物污染的修復(fù)等都具有重大意義。土壤多環(huán)芳烴的污染和修復(fù)一直是實踐過程中的難點，利用翅堿蓬進(jìn)行鹽堿化土壤多環(huán)芳烴污染土壤的修復(fù)是重要的生物措施，目前已經(jīng)取得一些成果。但翅堿蓬與微生物進(jìn)行聯(lián)合修復(fù)時，其協(xié)同機理有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]王遵親.中國鹽漬土[M].北京：科學(xué)出版社，1993：325-344.

[2]林學(xué)政，沈繼紅.種植鹽地堿蓬修復(fù)濱海鹽漬土效果的研究[J].海洋科學(xué)進(jìn)展，2005（1）：65-69.

[3]MOR I S，YOSHIBA M，TADANO T.Growth response of SUAEDA SALSA（I）Pall to graded NaCl concentrations and the role of chlorine in growth stimulation[J].Soil Science and Plant Nutrition，2006（52）：610-617.

[4]趙秀芳，張清，王振宇.微地形對天津濱海吹填土土壤理化性質(zhì)和植被狀況的影響[J].土壤通報，2014（2）：281-285.

[5]高世珍，趙興茹，崔世茂，等.典型持久性有機污染物在翅堿蓬中的分布特征[J].環(huán)境科學(xué)，2010（10）：2456-2461.

[6]管博，于君寶，陸兆華，等.黃河三角洲重度退化濱海濕地鹽地堿蓬的生態(tài)修復(fù)效果[J].生態(tài)學(xué)報，2011（17）：4835-4840.

[7]高乃媛，劉憲斌，趙興茹.石油烴對翅堿蓬生理特性的影響及植物微生物聯(lián)合降解[J].環(huán)境工程學(xué)報，2013（4）：1578-1582.