紫花苜蓿对油污土壤的耐胁迫响应及修复效果研究

徐艳 王曙光 南卡俄吾 杨建强

摘要近年来，土壤修复研究中植物修复技术以其过程简单、成本低廉和无二次污染等特点受到人们的广泛关注。目前已有不少试验研究表明，紫花苜蓿对石油类有机污染物具有较高的富集作用，是一种很有应用前景的土壤修复植物。通过大量文献调研，基于已有试验研究，综述紫花苜蓿对油污土壤的耐胁迫响应及修复效果研究现状，以期为后期紫花苜蓿石油污染修复研究提供一定借鉴。

关键词紫花苜蓿;石油污染土壤;耐胁迫响应;修复效果

中图分类号X53文献标识码

A文章编号0517-6611（2017）32-0115-03

Stress Response and Remediation Effect of Alfalfa to Petroleumpolluted Soil

XU Yan， WANG Shuguang*， Namkha Norbu et al（Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co.， Ltd，xi′an ，Shaanxi 710075）

AbstractRecently， phytoremediation technology has been widely concerned， and it has some advantages such as simple process， lowcost and no secondary pollution. At present，a lot of experimental researches showed that alfalfa could repair the petroleumpolluted soil efficiently. Alfalfa was a kind of soil restoration plant which could be applied widely in future .Through a large number of literature researches and based on the existing experiments， this paper summarized the stress response and remediation effect of alfalfa to petroleumpolluted soil to provide some reference for the later

research by alfalfa of petroleumpolluted soil remediation.

Key wordsAlfalfa; Petroleumpolluted soil; Stress response; Remediation effect

石油被誉为“黑金”，是现代社会赖以生存与发展的血液。在石油生产、贮运、炼制加工及使用过程中，常常因事故、不正常操作及检修等原因，造成石油烃类的溢出和排放，对环境（土壤、地表和地下水）造成严重污染[1]。近年来，土壤修复研究的主要治理方式有物理修复、化学修复和生物修复。生物修复以其过程简单、成本低廉、无二次污染等特点受到人们的广泛关注。植物修复技术是一种很有潜力的环境修复技术，主要通过适生修复植物吸收、降解和挥发等方式减少石油类有机污染物在土壤中的含量，达到土壤修复的目的[2]。目前已有不少试验研究表明，草本植物紫花苜蓿对石油类有机污染物具有较高的修复作用，是一种很有应用前景的土壤修复植物。该研究主要通过大量文献调研，基于已有试验研究综述紫花苜蓿对油污土壤的耐胁迫响应及修复效果，以期为后期紫花苜蓿石油污染修复实践提供一定借鉴。

1紫花苜蓿的特性和生态功能

苜蓿为多年生豆科草本植物，素有“牧草之王”之称，在世界范围内分布广泛 [3]，原产于小亚细亚、伊朗、外高加索一带，经“丝绸之路”传入我国后，已有2 000多年栽培历史。据有关种植实践证明，紫花苜蓿具有以下生态功能[4]：①主根发达，通过机械穿插、根部代谢及产生大量分泌物等方式可有效疏松土壤，改善土壤通气状况、分散特性及团粒结构;耐干旱、耐瘠薄、耐刈割且适应性强;②营养价值高，适口性好，侧根生有大量根瘤，与根系共生的根瘤菌能将空气中的游离氮转化为易被植物利用的氮肥，具固氮作用，是一种改良土壤、保持水土、改造环境的优良牧草;③可吸收、去除环境中的某些污染物，如石油类有机污染物、铜铅锌等重金属离子。

2植物修复油污土壤的机理

植物修复是依据特定植物对某种环境污染物的吸收、超量积累、降解、固定、轉移、挥发及促进根际微生物共存体等特性，修复土壤中有毒重金属、有机物、放射性核素等污染物。有机污染物的修复机理包括直接吸收、根系分泌物降解和挥发[5-6]。植物吸收主要是通过植物直接吸收污染物并将其转运蓄积到该植株的地上可收割部分;降解是植物本身及相关微生物和各种酶将有机污染物降解为毒性较弱或非植物毒性的代谢物;挥发是指与植物吸收相互联系，利用本身吸收、积累、挥发而减少土壤中的挥发性污染物[7-9]。

3石油污染对紫花苜蓿生长指标的影响

就土壤而言，80%以上的落地原油被截留在50 cm以上的表层土壤中，逐渐积累导致土壤结构破坏，对植物生长造成负面影响[10]。油污土壤对植物种子发芽和幼苗生长的影响机理可能包括[11-12]：①形成油膜包裹种子，使种子处于缺水、缺氧状态，导致萌发率降低;②在植物根系上形成一层石油烃黏膜，阻碍其对营养元素的吸收和呼吸功能，甚至引起根系腐烂，某些有毒组分可直接进入植物体内对植物造成伤害;③破壞土壤结构，使土壤的透水性降低，阻碍植物生长;

④幼苗养分失衡和生理脱水。由于土壤碳氮比增加，微生物从土壤中吸收大量氮素来合成体细胞，导致微生物与植物争夺土壤有效氮素，同时土壤颗粒吸附石油烃干扰了营养元素从土壤颗粒进到土壤溶液。

目前，对紫花苜蓿部分生长指标的影响研究主要通过将供试的石油类有机污染物与研究区附近无污染土壤混合，人为设置一定浓度梯度，进行紫花苜蓿盆栽试验（为主）或田间试验研究。在一定试验周期内定期测定不同污染浓度下紫花苜蓿的发芽时间、发芽率、株高、地上和根系干重等基本生理指标来初步探索紫花苜蓿对石油污染的耐受性（表1、2）。随着不同地区土壤中原油浓度增大，紫花苜蓿发芽率和株高均受到抑制作用，且株高对石油等有机污染物的反应更为敏感，浓度越大，抑制作用越明显。张松林等[6]研究发现，紫花苜蓿种子发芽率与土壤中石油污染质量分数呈指数关系，随着浓度的增加仍具有一定发芽率，主要是由于种子结构具有多种物理和生化防范功能，能够有效阻止有毒物质的进入，因而土壤污染对种子发芽的毒害作用在一定范围内仅表现为部分抑制，只有土壤污染严重时，种子发芽才会完全被抑制。

另外，植物株高和生物量是修复原油污染度的指示指标，一般认为相同时间内植物生长发育形成的生物量越大，修复效果越好。岳冰冰等[12]选取东北林业大学场地0～10 cm表土为供试土壤，选取大庆油田原油为供试原油，对0、2 500、5 000、7 500 mg/kg石油污染梯度下紫花苜蓿的叶片数、生物量、可溶性蛋白、淀粉和叶绿素等进行了测定，结果发现随浓度增加，叶片数和生物量在超过5 000 mg/kg时大幅减小;而可溶性蛋白和淀粉含量先增后减，叶绿素含量增加。可能原因是为了适应石油污染胁迫，紫花苜蓿产生了更多的营养物质以维持正常代谢。

4紫花苜蓿对石油污染土壤的修复效果研究

目前，大部分试验研究主要通过测定不同浓度石油污染下紫花苜蓿盆栽或田间试验周期内土壤或紫花苜蓿中总石油烃（TPH）、多环芳烃某一组分（菲、芘、苯并[a]芘、三氯联苯等）含量等来定量研究紫花苜蓿对石油污染的修复效果。

4.1紫花苜蓿单一修复

李先梅等[13]结合华北油田原油污染实际情况，设置6种污染浓度0、10、20、30、40、60 g/kg，70 d后测定的紫花苜蓿石油烃降解率依次为0、59.00%、19.00%、33.00%、24.25%和10.00%。王丽萍等[14]以新疆农业大学试验田灰漠土为供试土壤，克拉玛依采油二厂原油为供试原油，设置原油浓度为0、6、12、34 g/kg，通过盆栽试验测定土壤石油烃降解率依次为0、87.70%、45.75%、21.31%。上述研究表明，当石油浓度超过10%时，紫花苜蓿降解率呈大幅下降，可以看出土壤中石油污染物浓度影响紫花苜蓿的降解率。一般随污染物浓度增大，植物生长发育会受到抑制，发芽率、株高及生物量等有所降低，对石油的去除率也相应降低，且浓度越大，影响越显著[15-16]。另外，赵首彩等[17]通过紫花苜蓿田间试验表明，紫花苜蓿非常适合修复石油污染土壤，且富集污染物主要位于植株地上部分叶部为主，茎部次之，便于收获、集中处理（表3）。

4.2紫花苜蓿-微生物联合修复

因石油污染物较为复杂，植物单一修复效果有限，因此不少学者选取紫花苜蓿-微生物联合修复技术进行试验研究。刘世亮等[18]选取中科院南京土壤研究所常熟农业生态试验站潜育水耕人为土作为供试土壤，以苯并芘为石油污染物，苏格兰球囊霉为丛枝菌根真菌展开研究，试验结果如表4，当不种植物时，在相同苯并[a]芘浓度下，接菌与不接菌处理下降解率几乎没有区别，说明在没有寄主植物时，单纯接入菌根真菌并不起作用。而在种植紫花苜蓿后，同一浓度下苯并[a]芘降解率显著增加，且接菌处理后降解率明显高于不接菌处理，说明接菌使紫花苜蓿根际土壤中苯并[a]芘的降解进一步得到了强化。

4.3施肥-紫花苜蓿联合修复

张松林等[6]以西北师范大学校园清洁区土壤为供试土壤，以塔里木盆地原油为供试原油，施加底肥后进行人工石油污染土壤植物修复田间试验发现，土壤石油污染尽管存在一定程度的自然降解，但是紫花苜蓿的植物修复作用依然很显著;种植紫花苜蓿对石油污染土壤具有很好的修复效果，且施肥有助于促进紫花苜蓿对土壤中石油污染物的去除[20]（表5）。

5问题与展望

大量文献调研发现，目前对紫花苜蓿部分生长指标的影响及修复效果主要通过将供试的石油类有机污染物与研究区附近无污染土壤混合，人为设置一定浓度梯度，以盆栽试验为主。如何将初步试验成果进一步规模化应用到工程实践中，还需进一步展开研究。

石油主要是由各种烃类组成的复杂混合物，组分包括饱和烃、芳香烃和非烃类化合物，各组分降解先后顺序为饱和烃>环烷芳香烃>多环芳烃>非烃类化合物[21]。目前，大部分研究以紫花苜蓿对总石油烴降解率为主，而对石油中各组分的降解率研究较少，尤其是紫花苜蓿对土壤中难以降解的多环芳烃类污染物的修复效果如何需要进一步展开研究。

种植紫花苜蓿对石油污染土壤具有很好的修复效果，且已有部分研究表明，紫花苜蓿-微生物联合修复、施肥-紫花苜蓿联合修复、紫花苜蓿与其他修复植物混种等对油污土壤的修复效果更好，因此，后期可大量展开以紫花苜蓿为主要修复植物的多种方式（微生物、施肥、混种等）的联合修复研究。

综上所述，紫花苜蓿对不同地区不同浓度的石油污染土壤都具有较好的修复效果，是进行植物修复研究的优选物种。在进行试验研究中，需要尽可能结合研究区石油污染土壤的实际情况，建立最适合该区域的植物修复技术体系，以达到最佳的试验效果。

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