石油污染土壤對植物種子發芽的影響研究

金 晶，張忠智，李 佳，柏春蔭，張 敏，唐雪冰

(中國石油大學(北京)化學工程學院，北京 102249)

在石油開采、貯運、煉制加工、使用和運輸過程中，往往伴隨著石油的泄露，造成了嚴重的石油污染[1，2]。石油中的許多成分如苯、甲苯、乙苯、菲、苯并[a]芘等都被美國環保局(EPA)列為優先污染物范圍，這些污染物具有潛在的致突變性和致癌性，可通過直接或間接方式對環境和人體健康帶來嚴重損害[3，4]。傳統上治理石油污染土壤有多種方法，生物修復技術是目前使用最廣泛、低成本的石油污染土壤處理技術。近年來，出現了一種新的生物修復技術——微生物-植物聯合修復，利用微生物、植物的共同作用來控制、去除環境污染物或使其無害化，被認為是一種綠色的生物技術，能加速土壤和沉積物中污染物的去除[5～7]。李方敏等[8]研究石油污染土壤對狼尾草、玉米、黑麥草等植物發芽率的影響發現，隨著污染物濃度升高，發芽率呈下降趨勢；程國玲等[9]研究了礦物油對小麥和苜蓿種子萌發和生長的影響，結果表明礦物油對植物生長有明顯的抑制作用。

作者在此選擇草坪綠化常用植物[三得利(Sanditi)、考拉(Koala)、頂峰Ⅱ(PinnacleⅡ)、百絲(Festucaarundinacea)]，觀察其接種高效石油降解菌Ⅰ在不同石油污染條件下的種子發芽數和生長情況，旨在篩選出具有較好石油耐受性的植物，以期為深入研究植物修復污染土壤提供參考。

1 實驗

1.1 供試土壤與植物、菌株

實驗所用土壤采自中國石油大學草坪表層，采集后風干、過篩，備用。

實驗用植物種子(發芽率>95%)購自北京百綠公司。

I菌：屬于芽孢桿菌屬，為自行保藏的具有石油降解能力的菌株，活化培養后，置于4 ℃冰箱備用。

1.2 儀器

MC1系列AC型電子天平，HZQ-C型空氣浴振蕩器，JJT-900型超凈工作臺，YXQ.SG41.280型滅菌鍋，RQX-300B智能型人工氣候箱。

1.3 方法

1.3.1 水模擬培養發芽實驗

三得利、考拉、頂峰、百絲4種供試植物種子各取30粒，分2組，放入培養皿中，一組只加蒸餾水，另一組先加5 mL I菌液，再加入適量蒸餾水沒過種子浸泡2 h，分開放入智能人工氣候箱。調節人工氣候箱為：白天16 h、溫度28 ℃，夜間8 h、溫度20 ℃，光照66%，濕度60%。每天觀察，保證培養皿中的水量，適時加入蒸餾水保證種子被水浸泡。記錄種子發芽情況。

1.3.2 無石油污染土壤培養發芽實驗

選取上面2組已發芽的4種植物種子分別在鋪好土的培養皿中種植：第一組用蒸餾水澆灌至土完全濕潤；第二組用2% I菌液澆灌至土完全濕潤；第三組種植經I菌液浸泡發芽的種子，但是澆灌蒸餾水。每種植物每組3個平行。調節智能人工氣候箱為：白天16 h、溫度30 ℃，夜間8 h、溫度20 ℃，光照66%，濕度60%。每天觀察，保證培養皿中的土壤濕潤，記錄種子發芽數量和生長情況。

1.3.3 石油污染土壤培養發芽實驗

采用稱重稀釋法[10]配制含油量為500 mg·kg-1、1000 mg·kg-1、1500 mg·kg-1、2000 mg·kg-14個濃度梯度的石油污染土壤，以不加油土壤作為對照組。選取發芽率較高的已發芽植物種子在石油污染土壤中種植：第一組澆灌蒸餾水；第二組澆灌2% I菌液，每組3個平行。每天觀察，保證培養皿中的土壤濕潤，記錄種子發芽數量和生長情況。

2 結果與討論

2.1 水模擬培養發芽

4種植物水模擬培養發芽實驗結果如圖1所示。

a.不加菌 b.I菌液預浸泡

由圖1可以看出，三得利和考拉的發芽數均在實驗前期一周內達到最大值。經I菌預浸泡處理的種子發芽數均稍多于未加菌組，說明加菌可以促進植物種子發芽。

2.2 無石油污染土壤培養發芽

4種植物無石油污染土壤培養發芽實驗結果如圖2所示。

a.不加菌，只澆水 b.澆灌2% I菌液 c.I菌液預浸泡，澆灌水

由圖2可知，根據澆灌方式的不同，種子的發芽數多少順序為：第三組(I菌液預浸泡，澆灌水)>第一組(不加菌，只澆水)>第二組(澆灌2% I菌液)。用I菌液預浸泡種子有利于種子發芽，但是無污染土壤條件下一直澆灌I菌液對植物種子發芽有抑制作用，使種子發芽數下降。

2.3 石油污染土壤培養發芽

選取發芽率較高的百絲、三得利種子進行不同濃度梯度石油污染土壤中培養發芽實驗，結果如圖3、圖4所示。

由圖3、圖4可知，隨著土壤污染濃度的增大， 植物種子的發芽數均呈減少趨勢。在相同濃度梯度下，澆灌I菌液的種子發芽數均多于蒸餾水澆灌的植物，尤其當濃度為2000 mg·kg-1時，加菌組發芽數比不加菌組高70%～75%。由此可見，在石油污染的土壤中I菌可以提高植物的抵抗力，增強其對石油污染物的脅迫作用，從而有利于植物的發芽。

a.不加菌 b.澆灌2% I菌液 500 mg·kg-1 1000 mg·kg-1 1500 mg·kg-1 2000 mg·kg-1

a.不加菌 b.澆灌2% I菌液 500 mg·kg-1 1000 mg·kg-1 1500 mg·kg-1 2000 mg·kg-1

2.4 植物根部的生長

植物通過其根部的須根吸收水分和無機鹽，供植物生長，而根表面面積越大越有利于植物吸收土壤中的水分和無機鹽，促進植物生長[11]。在顯微鏡下觀察4種植物的根須，結果如圖5所示。

a.三得利 b.考拉 c.頂峰 d.百絲

由圖5可知，三得利和考拉植物根部須根很少，而頂峰和百絲植物根部須根非常豐富。且三得利、考拉屬豆科植物，百絲和頂峰屬禾本科植物。禾本科植物較豆科植物根系更加發達，作為禾本科具有代表性意義的百絲更適合作為石油污染土壤修復的植物。

3 結論

采用三得利、考拉、百絲和頂峰為實驗植物進行不同條件下的發芽實驗，結果表明：

(1)先用I菌液浸泡植物種子2 h對植物種子發芽有促進作用，無污染條件下每天接種I菌液對植物種子發芽有一定抑制作用。

(2)隨著土壤石油污染濃度的增大，植物的發芽數呈減少趨勢，且接種I菌液的發芽數多于未接種的發芽數。說明接種I菌可以增強植物的抵抗力，提高其對石油污染物的脅迫作用，促進植物種子發芽，利于植物的生長。

(3)百絲不僅發芽率較高，且作為禾本科植物與豆科植物三得利相比有較豐富的須根系，應用廣泛，適合作為石油污染土壤修復的植物，為進一步研究污染土壤植物修復提供參考。

參考文獻：

[1] Lu Mang，Zhang Zhongzhi，Sun Shanshan,et al.Enhanced degradation of bioremediation residues in petroleum-contaminated soil using a two-liquid-phase bioslurry reactor[J].Chemosphere,2009,77(2):161-168.

[2] Balba M T，Al-Awadhi N，Al-Daher R.Bioremediation of oil-contaminated soil：Microbiological methods for feasibility assessment and field evaluation[J].Journal of Microbiological Methods，1998,32(2):155-164.

[3] 詹研.中國土壤石油污染的危害及治理對策[J].環境污染與防治，2008,30(3):91-96.

[4] 程國玲,李培軍.石油污染土壤的植物與微生物修復技術[J].環境工程學報,2007,1(6):91-96.

[5] 李凱峰,溫青,夏淑梅.石油污染土壤的生物處理技術[J].應用科技,2002,29(10):62-64.

[6] Huesemann Michael H,Hausmann Tom S，Fortman Tim J.Microbial factors rather than bioavailability limit the rate and extent of PAH biodegradation in aged crude oil contaminated model soils[J].Bioremediation，2002，6(4):321-336.

[7] Escalante-Espinosa E，Gallegos-Martnez M E，Favela-Torres E，et al.Improvement of the hydrocarbon phytoremediation rate byCyperuslaxusLam.inoculated with a microbial consortium in a model system[J].Chemosphere，2005,59(3):405-413.

[8] 李方敏,姚金龍,王瓊山.修復石油污染土壤的植物篩選[J].農業資源與環境科學,2006,22(9):429-431.

[9] 程國玲,李培軍.礦物油對小麥、苜蓿種子萌發和生長的影響[J].種子,2007,26(6):24-27.

[10] 魯莽,張忠智,孫珊珊,等.植物根際強化修復石油污染土壤的研究[J].環境科學,2009,30(12):3703-3709.

[11] 王靖,張忠智,蘇幼明,等.石油污染土壤植物修復根際效應研究[J].石油化工高等學校學報,2008,21(2):36-40.