华北油田土壤石油污染对玉米和小麦生长的影响

肖易，李先梅，韦政伟 吴芸紫，金涛，周建利，田应兵 （长江大学农学院，湖北 荆州 434023）

随着石油工业的迅速发展，越来越多的石油污染物进入土壤和水体中，造成了严重的环境污染［1］。对我国北方油田石油污染状况的调研结果表明［2］，华北油田采油井场周边土壤石油污染严重，含油量在48～77g／kg，致使油田区域及周边地区土壤受到严重污染。石油烃在表层土壤中的积累会破坏土壤结构，影响土壤通透性能，阻碍根系的呼吸与养分的吸收，除了直接导致农作物的减产外，还能通过食物链在动植物体内逐渐富集［3－4］，从而危害人类的健康［5］。玉米 （Zea mays）和小麦 （Triticum aestivum）是2种在华北地区广泛种植的粮食作物，且在石油污染胁迫下表现出较好的耐受性［6－8］。本研究以玉米和小麦作为石油污染土壤的修复材料，开展石油污染土壤的植物修复研究，旨在为华北油田石油污染土壤的有效治理和生态恢复提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试石油取自华北油田。供试土壤取自华北油田采油区周边无污染土壤。供试植物玉米 （蠡玉35）和小麦，均购自河北省农业科学研究院。

1.2 试验方法

根据华北油田采油区土壤原油污染实际情况并结合前人的研究成果，设置6种土壤石油污染物浓度，即0、10、20、30、40、60g／kg。试验前对供试土壤进行风干、磨碎、过5mm筛及混匀处理，每个塑料盆装入风干土2.5kg，按上述浓度设置分别将石油准确加入到各盆中，并与土壤充分混匀。浇水后静置20d，使原油、土壤及水分充分混合达到稳定状态后，进行深翻至底的松土。按1.5cm左右的播种深度均匀播种，玉米每盆播种20粒，小麦每盆播种10粒，每个处理重复4次。出苗4周后对玉米进行剔苗处理，每盆定苗2株。

为了保证各盆钵土壤含水量的一致性，每3d浇水1次，维持到土壤最大含水量的70%。每天定时观察记载，30d时统计各植株发芽率，45d时测量各盆植株高度，以后每隔1周测量1次，70d时收割植物，称取植物地上部分和地下部分的干、鲜重，同时测定土壤石油含量，计算其对应的降解量。

1.3 指标测定与计算

采用索氏抽提法测定土壤含油质量分数，参照文献 ［9～10］的方法测定土壤中石油类含量。具体方法如下：称取试验后土样经真空干燥后，以丙酮为溶剂，抽提6～8h至抽提筒中无色，测定土壤石油含量，用差值法计算出各种植物的降解量。

1.4 数据处理

试验所得数据采用DPS软件进行方差分析和多重比较。各试验结果均以平均数±标准偏差 （SD）表示。

2 结果与分析

2.1 石油污染物浓度对种子发芽率的影响

在不同石油污染浓度下，供试植物的种子发芽率测定结果见表1。

表1 供试植物在不同石油污染水平下的种子发芽率 %

由表1可知，在无污染物存在的情况下，玉米和小麦的发芽率均高达90%。随着污染物浓度的升高，2种植物的发芽率均有不同程度的下降。但玉米在不同浓度间的发芽率差异不显著，小麦在40～60g／kg的浓度范围内，发芽率急剧下降，与0～30g／kg浓度范围内的发芽率差异达到极显著水平。各处理的发芽率与对照组的发芽率相比，在0～60g／kg浓度范围内，玉米的发芽率仅下降了1.73%～15.52%。在10～30g／kg污染范围内，小麦发芽率也仅下降了2.23%～7.07%，但在40～60g／kg范围内则下降了49.44%～59.48%。

上述结果表明，试验设计的所有污染水平对玉米的发芽率影响不大，即使在高浓度 （40～60g／kg）下，发芽率仍保持在一个相对较高并且较稳定的状态，对石油污染反应不敏感，在石油污染土壤上具有较强的萌发能力。小麦在低浓度 （10～30g／kg）污染水平下，发芽率受影响较小，而高浓度 （40～60g／kg）则对小麦的发芽有明显的抑制作用。

2.2 石油污染物浓度对植物株高的影响

图1 供试植物在不同石油污染物浓度下的株高

不同石油污染浓度下植物的株高测定结果见图1。由图1可知，在无污染物存在的情况下，玉米株高在90cm以上，随着污染物浓度的升高，其株高呈先下降后上升趋势，与在浓度为30g／kg和40g／kg的株高相比，在浓度为60g／kg的株高受到石油污染的影响反而较小。可能原因在于，浓度为60g／kg的处理因含油量相对较大，污染后短期内土壤的结构性与通透性随之变劣，但随着石油的生化降解，生成的絮凝状代谢物有利于土壤结构性的改善，土壤颗粒易粘附成团，导致土壤的孔隙度增大，透气性增强，植物所受影响亦随之减小。小麦的株高随着污染物浓度的升高呈下降趋势，并且在10～20g／kg浓度范围内的下降幅度较大。上述结果表明，石油污染物对玉米和小麦的生长有抑制作用，且对小麦生长的抑制作用更为明显。

2.3 石油污染物浓度对植物生物量的影响

不同石油污染物浓度下，玉米和小麦的干、鲜重测量结果见表2。

表2 供试植物在不同石油污染物浓度下的生物量 g

从表2数据可知，植物的干、鲜重变化表现出一致性。以地上部鲜重为例，在0～60g／kg污染浓度范围内，玉米鲜重下降了55.85%～69.02%，且呈现出先下降后上升的趋势。石油污染物浓度在30g／kg和40g／kg时对玉米鲜重的影响反而比浓度在60g／kg时的影响更大，这与石油对株高的影响是相似的。原因在于植物地上部鲜重与株高联系较大，一般株高值上升，鲜重值也随之变大。在浓度10～60g／kg范围内，鲜重下降了55.85%～69.02%。小麦的地上部鲜重随着污染物浓度的升高呈下降趋势，在浓度10～60g／kg范围内，鲜重下降了67.05%～89.79%。

植物地下部鲜重变化规律与地上部鲜重表现类似，地下部根系因直接接触土壤中的污染物，因而具有较强的敏感性，各浓度处理下，玉米的根鲜重随着石油污染物浓度的升高呈先下降后上升趋势，说明在高污染浓度 （40～60g／kg）下，植物根系对石油的耐受性反而增强，也可能是高浓度污染物刺激了根的生长。在浓度为10～60g／kg范围内，鲜重下降了44.21%～62.46%。小麦根鲜重则随着污染物浓度的升高呈下降趋势，在浓度为10～60g／kg范围内，鲜重下降了21.05%～88.42%。石油污染物对小麦根系的生长起抑制作用，并且污染物浓度越高，影响越大。

2.4 供试植物对土壤中石油污染物的清除效率

不同石油污染物浓度下，玉米和小麦对土壤中石油污染物的降解量见表3。

表3 供试植物对土壤中石油污染物的降解量（除油量） %

方差分析结果表明，玉米在石油污染浓度为30g／kg时，除油量最大，并且与浓度为10g／kg和60g／kg的石油污染水平下的除油量存在显著差异。在10～60g／kg的浓度范围内，各处理玉米的除油率分别为57.50%、40.88%、40.25%、23.87%和11.54%。小麦在浓度为40g／kg时除油量最大并且与在浓度为10g／kg和60g／kg时的除油量存在显著差异。在10～60g／kg的范围，除油率分别为43.50%、25.00%、28.17%、24.06%和12.25%。在浓度为10g／kg时，玉米和小麦的除油率存在显著差异。

上述结果表明，在低浓度 （10～30g／kg）的石油污染水平下，玉米对石油污染物具有较高的清除效率，可达40%以上；随着浓度的升高，清除效率下降。小麦在浓度为10g／kg时具有较高的清除效率。

3 结论

（1）在0～60g／kg的石油污染水平范围内，玉米对石油污染反应不敏感，在石油污染土壤上具有较强的萌发能力，发芽率高达80%以上。低浓度 （10～30g／kg）的石油污染对小麦的发芽率影响较小，而高浓度 （40～60g／kg）的石油污染对小麦的发芽具有明显的抑制作用。

（2）随着污染物浓度的升高，玉米的株高呈先下降后上升趋势，与在浓度为30g／kg和40g／kg的株高相比，在浓度为60g／kg的株高受到石油污染的影响反而较小。小麦的株高随着污染物浓度的升高呈下降趋势，并且在低浓度 （10～20g／kg）污染水平下的下降幅度较大。在浓度为10～60g／kg范围内，玉米鲜重下降了55.85%～69.02%。但石油污染物浓度在30g／kg和40g／kg时对玉米鲜重的影响反而比浓度在60g／kg时的影响更大，与石油对玉米株高的影响相似。小麦的地上部鲜重随着污染物浓度的升高呈下降趋势，在浓度为10～60g／kg范围内，鲜重下降了67.05%～89.79%。植物地下部鲜重变化规律与地上部鲜重表现类似。

（3）在低浓度 （10～30g／kg）的石油污染水平下，玉米对石油污染物具有较高的清除效率，均达到40%以上，随着浓度的升高，清除效率下降。小麦在浓度为10g／kg时具有较高的清除效率。与小麦相比，玉米对石油污染物的耐受性更强。

［1］潘峰，耿秋娟，王琼山，等.石油污染土壤中多环芳烃分析及生态风险评价 ［J］.生态与农村环境学报，2011，27（5）：42－47.

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