漢麻對石油污染土壤的修復能力研究

宋淑敏 王曉楠 潘靜 高宇 劉偉偉 高寶昌 王云云

摘要 [目的]研究能源植物漢麻對石油污染土壤的修復能力，為植物修復技術的推廣應用奠定基礎。[方法] 通過盆栽試驗，研究不同濃度石油烴對漢麻生長發育的影響，分析漢麻對不同濃度石油烴的耐受能力和降解能力。[結果]結果表明，漢麻對石油污染具有較好的耐受性，土壤中石油烴濃度為4 000 mg/kg時，石油烴對漢麻生長發育的影響不顯著;在土壤石油烴濃度在4 000～7 000 mg/kg時，漢麻能夠有效促進土壤中石油烴的降解;漢麻對石油烴降解率可達55.68% ～65.52%，明顯高于空白對照（18.52%～23.86%）。[結論]漢麻適于修復中低濃度石油（≤7 000 mg/kg）污染土壤。

關鍵詞 漢麻;石油污染;植物修復

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2014）33-11822-02

Study on Remedial Capability of Oil-Contaminated Soil by Hemp

SONG Shu-min， WANG Xiao-nan， PAN Jing et al （Daqing Branch of Heilongjiang Academy of Sciences， Daqing， Heilongjiang 163319）

Abstract [Objective] The aim was to research the remediation of energy plant hemp to the oil-contaminated soil， and to lay the foundation for promotion and application of phytoremediation. [Method] The container experiment was conducted to study the effects of petroleum hydrocarbon on the development of hemp and to analyze the endurance and degradation ability of hemp to the different concentrations petroleum hydrocarbon. [Result]The results showed that hemp had good endurance to the oil contamination. Development of hemp wasnt affected significantly when concentration of petroleum hydrocarbon was 4 000 mg/kg. When the concentration reached 4 000-7 000 mg/kg of petroleum hydrocarbon， hemp could effectively promote degradation of petroleum hydrocarbon in the soil. Degradation rate of hemp could reach to 55.68%-65.52%， that was significantly higher than the control （18.52%-23.86%）. [Conclusion] Hemp was suitable for remediation of medium-low concerntration oil contaminated soil（≤7 000 mg/kg）.

Key words Hemp; Oil contamination; Phytoremediation

基金項目 黑龍江省財政廳黑龍江省院所基本應用技術研究專項（DJZ2014-05）。

作者簡介 宋淑敏（1968- ），女，黑龍江肇東人，研究員，從事植物生物技術及植物修復技術研究。

收稿日期 2014-10-15

石油污染已成為世界性公害之一，據統計，僅石油污染一項每年全世界就有800萬t進入環境，對土壤和地下水資源構成持久性危害。隨著我國工業化進程的不斷加快，土壤石油污染問題同樣呈現日趨嚴重的趨勢，特別是北方產油區污染面積逐年擴大，部分重污染區土壤表層含油量30%～50%。石油污染對生態環境、食品安全和人體健康構成嚴重威脅，已成為我國可持續發展所面臨的重要問題[1]。

目前國際上對石油污染土壤的修復，大多采用物理修復、化學修復和生物修復。由于傳統物理、化學修復都存在成本較高且易導致二次污染的發生，致使推廣受到阻礙。植物修復技術以其處理成本低、無二次污染、自然美觀、對環境和人類安全等特點，正逐步成為未來石油污染治理研究的一個重要方向[2-3]。植物對有機污染土壤的修復作用主要表現在植物對有機污染物的直接吸收、植物釋放的各種分泌物或酶類促進有機污染物生物降解及強化根際微生物的礦化作用等方面。此外，植被可以有效改善土壤條件、增強土壤透氣性，從而提高降解效率。研究表明，目前應用于修復石油污染土壤的植物多為牧草和作物類[4]，由于植物的吸收和富集作用，可使有害物質進入食物鏈系統，易對人和動物產生危害，也限制了牧草和作物類植物在修復石油污染土壤中的應用。目前采用能源植物來修復石油污染土壤還鮮見報道。

漢麻也稱為工業大麻（Cannabis sativa L.），是大麻科大麻屬一年生草本植物，因其四氫大麻酚含量低于0.3%，不具備毒品利用價值，所以很多發達國家都在大力開發利用漢麻。漢麻是利用價值和應用領域非常廣泛的生物基材料，其整個植株都可以開發利用，廣泛應用于紡織、造紙、新材料等領域。漢麻具有適應性強、生物量大、抗逆性強、生長速度快、生育期短、根系龐大、碳匯能力強等特點[5]，具備了高效修復植物的特性。此外選擇漢麻作為修復材料，修復后的植株可以作為工業原料，可防止因植物富集作用使有害物質進入食物鏈系統，從而減少石油污染對人和動物的危害;還能在美化環境的同時，產生一定的經濟價值、社會效益和生態效益。為此，該研究利用漢麻修復石油污染土壤，研究漢麻對不同濃度石油烴的耐性及對石油烴的降解能力，以期彌補修復植物種類有限的不足，為植物修復技術的推廣應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用清潔土樣采自大慶市林甸縣星火牧場三連大田0～20 cm 的表層土。土壤供試原油采自大慶油田。供試漢麻種子由黑龍江省科學院大慶分院亞麻研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 盆栽試驗。試驗共設3個石油濃度處理：0 mg/kg、4 000 mg/kg、7 000 mg/kg;每個處理設3次重復。清潔土樣經自然風干后，過2 mm 篩，與不同濃度的原油混合均勻，在室溫放置3 d。盆栽試驗在室內進行，光照時間為10 h，每個花盆裝入3 kg的污染土壤，澆透水后放置2 d后進行播種，每盆播種漢麻種子20粒，播種10 d后統計發芽率，當苗高3 cm左右時間苗，每盆留3株。出苗后每隔一段時間測量株高。在植物的生長時期內定期澆水，補充光照，漢麻生長4個月后收獲，將收獲的植株去除泥土，同時分別對植株株高、根重、鮮重、土壤中石油烴含量進行檢測。將植株放在70 ℃的烘干箱中烘干至恒重，并測定植株干重。

1.2.2 土壤中總石油烴含量的檢測。試驗采用索氏抽提重量法對土壤中石油烴含量進行測定。索氏抽提是用有機溶劑將固體長時間浸潤而將目標成分浸出來，通過連續循環回流進行提取的一種方法。試驗中采用的萃取溶劑為正己烷與丙酮體積比為3∶1的混合溶劑，作為索氏抽提溶劑。

2 結果與分析

2.1 不同石油烴濃度對漢麻發芽率的影響

由表1可以看出，空白對照組的平均發芽率為86.2%，當土壤中石油烴含量為4 000 mg/kg和7 000 mg/kg時，漢麻種子平均發芽率分別為83.5%和63.7%。當石油烴濃度為4 000 mg/kg時，種子的發芽率與空白對照組發芽率相比，發芽率降低了3.13%，差異不顯著;當石油烴濃度為7 000 mg/kg時，種子的發芽率與空白對照組發芽率相比，發芽率降低了26.07%，具有顯著的差異。漢麻種子發芽率隨著土壤中石油烴含量的增加，其發芽率也隨之下降。

表1 不同石油烴濃度對漢麻發芽率的影響

2.2 不同濃度石油烴對漢麻株高的影響

漢麻出苗后每隔10 d測量漢麻的株高，共計測量3次，試驗結果如表2所示。在石油烴濃度為4 000 mg/kg處理下，漢麻株高比對照平均降低了17.13%;在石油烴濃度為7 000 mg/kg處理下，漢麻株高比對照平均降低了45.23%。通過試驗結果可以看出，隨著石油烴濃度的增加，漢麻的株高逐漸降低;但隨著生長日期的延長，株高的降低頻率逐漸減少，也就是說，隨著漢麻生長日期的延長，漢麻根系伸長，對石油烴的耐性也隨之增強，株高下降的幅度隨之減緩。

表2 不同濃度石油烴對漢麻株高的影響cm

2.3 不同濃度的石油烴對漢麻各項生長指標的影響

植株收獲后對植株的株高、根重、鮮重、干重進行檢測。試驗結果表明（表3）：不同濃度的石油烴對漢麻的生長發育有影響。當土壤中石油烴濃度為4 000 mg/kg時，漢麻對石油烴具有較強的耐性，生物產量與對照（清潔土壤）相比差異不顯著，與清潔土壤的各項生物量指標相比，石油烴濃度為4 000 mg/kg處理下，石油烴對漢麻的株高、根重、鮮重、干重的抑制率分別為3.80%、10.00%、 7.78%、11.11%;在濃度為7 000 mg/kg處理下，石油烴對漢麻的株高、根重、鮮重、干重的抑制率分別為23.79%、40.00%、32.00%、31.11%，對漢麻的抑制比較明顯。由此可見，隨著石油烴濃度的增加，對漢麻生長發育的抑制作用也隨之加強，因此，漢麻適于修復的石油烴濃度不應超過7 000 mg/kg。

表3 不同濃度的石油烴對漢麻生物量的影響

2.4 漢麻對不同濃度石油烴的降解率

如圖2所示，H1、H2分別代表在石油烴濃度為4 000 mg/kg、7 000 mg/kg處理下的種植漢麻的總石油烴降解率，C1、C2分別代表未種植漢麻的石油烴濃度為4 000 mg/kg、7 000 mg/kg的處理下總石油烴的自然降解率。試驗結果表明，在石油烴濃度為4 000 mg/kg、7 000 mg/kg的處理下，種植漢麻總石油烴降解率分別為64.52%、55.68%;未種植漢麻的石油烴濃度為4 000 mg/kg、7 000 mg/kg的處理下總石油烴的自然降解率分別為23.86%、18.52%;種植漢麻的石油烴降解率是空白對照的2.7～3.0倍，證明漢麻對中低濃度（≤7 000 mg/kg）石油污染土壤的修復效果非常顯著。在石油污染物濃度在4 000 mg/kg時，石油烴的降解率最高，隨著石油烴濃度的增高，降解率降低。也就是說，在石油烴濃度達到一定量（4 000 mg/kg）時，隨著石油烴濃度的增加，降解速率隨之降低。因此該研究推薦的漢麻修復石油烴濃度≤7 000 mg/kg。

圖1 漢麻對不同濃度石油烴的降解率

3 結論與討論

（1）不同濃度石油烴對漢麻的生長發育有影響。漢麻種子發芽率隨著土壤中石油烴含量的增加，其發芽率隨之下降。隨著石油烴濃度的增加，對漢麻生長發育的抑制作用也隨之加強。在石油烴濃度為4 000 mg/kg、7 000 mg/kg的處理下，種植漢麻總石油烴降解率分別為64.52%、55.68%。種植漢麻的石油烴降解率是空白對照的2.7～3.0倍，證明漢麻對中低濃度（≤7 000 mg/kg）石油污染土壤的修復效果非常顯著。

（2）漢麻對中低濃度石油污染土壤具有較好的修復能力。該研究是在室內盆栽試驗中進行的，由于漢麻的根系龐大，根長可達2 m，而花盆的容量有限，對根系的發育會有抑制作用，因而不能充分發揮漢麻對石油烴的降解能力。下一步筆者將進行田間試驗，進一步驗證漢麻對石油污染土壤的修復能力。

參考文獻

[1]劉鵬，李大平，王曉梅，等.石油污染土壤的生物修復技術研究[J].化工環保，2006，26（2）：91-94.

[2] 周啟星，宋玉方.污染土壤修復原理與方法[M].北京：科學出版社，2004：22-42.

[3] 李小利，劉國彬，薛蓬，等.土壤石油污染對植物苗期生長和土壤呼吸的影響[J].水土保持學報，2007，21（3）：95-98.

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[5] 陳其本， 余立惠， 楊明， 等. 大麻栽培利用及發展對策[M]. 成都：電子科技大學出版社，1993：92-109.