石油烃污染土壤植物—微生物复合修复与其影响因素

邓绍云，邱清华*

(1.北部湾大学，广西 钦州 535011；
2.广西船舶数字化设计与先进制造工程技术研究中心，广西 钦州 535011）

土壤是人们赖以生存和生产的极为重要的自然资源，其质量与品质及特性直接影响庄稼和蔬菜等生长，也是人类生存环境的重要物质。随着石油能源大量开发利用，使用不当极易造成石油烃污染，如农机使用时燃料泄漏和燃料不完全燃烧等，都会造成严重的环境污染，污染土壤的修复尤为关键和迫切。

微生物对石油降解的作用已经受到一些科研工作者的证实和注意[1～4]，并进行了石油微生物的降解研究。筛选对石油降解的微生物非常重要和必要，引发很多科研工作者的科研热情和实践[5～8]。但单一的微生物降解石油修复油污土壤效果效果不显著，探究多种石油降解和土壤修复方法，植物—微生物复合修复石油污染土壤是科研工作者重点关注的问题[9～10]。芦苇是众多科研工作者[11～12]看好的石油污染土壤修复植物，是石油污染土壤的植物—微生物复合修复方法技术中的关键植物。芦苇对石油烃的吸收作用并应用于石油烃污染土壤的修复，有其生理生化等方面的机理与作用，一些科研工作者[13～15]探究了芦苇对污染物的净化机理与净化作用，有些科研工作者[16～18]探究芦苇对污染土壤修复的影响因素，这些研究成果对后续研究都具有良好的指导意义和借鉴作用等。

1.1 供试土壤

供试验用的土壤是人为污染土壤，用采集自克拉玛依油田采油二厂的原油，地理位置如图1 所示，原油出自抽油机如图2 所示。将原油浇泼于粉砂质土壤中，该土壤去除上层植被层，1 周浇灌1 次，1 次2.5 L/m2，持续4 周，使原油渗入土层深度达到30 cm 以上。

图1 新疆克拉玛依采油二厂厂址地理位置图

图2 采油场景实况照

为了确保试验结果的准确性，所取土壤来自相同自然场地，自然风干晒干，压碎均匀，并用筛径2 mm 钢丝筛子（土力学用标准筛）过筛，去除土中的各种植物根系杂物、石子、石块、砂砾等，然后用3%福尔马林熏蒸消毒，常温放置3 周后使用。

同时，为了使供种植的土壤盐碱程度大致一样，采用人为加盐法，浇灌同样浓度的NaCl 水溶液，并保证浇灌次数、用量、频率、时间间隔等一致。

为了便于比较分析，将试验用经处理土壤填充在规格为525 mm×360 mm×230 mm 的试验用方形塑料育苗盆中。该育苗盆较大，为确保芦苇苗充分生长，土壤自然倾倒铺填饱满、均匀、各向基本一致，确保土壤空隙率基本相同，土壤中通风条件一致，渗透性基本相同，盛满并刮平。每块试验用方形塑料育苗盆均匀浇洒原油2 kg，拌匀均匀，通风防雨防晒阴凉处放置1周再栽植试验芦苇苗。

1.2 石油烃降解植物的选择

土壤污染修复是广大科研工作者关注的主要问题之一，并取得丰硕的科研成果[19～30]，根据文献[1～30]对一些常见重金属、石油污染物、有机物、垃圾污粪等污染土壤修复吸收植物进行分析判断，归纳如表1 所示。

表1 土壤修复的常用植物

虽然，很多文献将芦苇定性为水生植物，但实际芦苇也适合生长在陆地上，是水陆两生植物。从表1 中可见芦苇具有修复污染土壤的先天优越条件，既能萃取重金属污染物，又能吸收土壤中的石油，且能极为耐盐碱，适合填埋场地种植修复，也适合修复粪尿污染土壤。芦苇是多年水生或湿生高大禾草，常以其迅速扩展的繁殖能力形成连片的芦苇群落，其叶、叶鞘、茎、根状茎和不定根都具有通气组织，在净化污水中可起到重要作用，对污染土壤也具有修复作用。芦苇对水分的适应幅度很宽，从土壤湿润到长年积水，从水深几厘米至1 m 以上都能形成芦苇群落，在新疆北疆兵团七师下辖几个团场的沟渠处大量存在且形成风景。芦苇还具有非常重要的农业价值、工业价值、医药价值、生态价值、经济价值，是造纸、建材等的工业原料；
根部可入药，有利尿、解毒、清凉、镇呕、防脑炎等功能；
此外大面积芦苇还可调节气候，涵养水源，形成良好的湿地生态环境。芦苇生命力强，生物量积累速度惊人，易管理，适应坏境能力强，生长速度快，是景点旅游、水面绿化、河道管理、净化水质、沼泽湿地、置景工程、护土固堤、改良土壤之首选。

1.3 供试芦苇

供试验用的芦苇植物幼苗来自新疆奎屯市园林园艺局苗圃地，采用根植靠分蘖繁殖。种植的芦苇需精心挑选，选择根茎基本等粗、色泽基本一致、生长态势基本相同的芦苇。挑选出供种植的芦苇修剪成相同长度，芦苇苗种植疏密一致，种植点间隔10 cm×10 cm，为试验后期测量芦苇在不同油污土壤中的生长态势提供基础。

为了便于试验比较分析，将经过精心挑选和修剪的粗细均匀、高度基本一致的芦苇幼苗，种植于同样土质的试验方形塑料盘地中，种植数目相同、密度相同，排列形式和试验方形塑料盘地平面定位基本一致。方形塑料盆中只种植芦苇种苗，种苗行间距10 cm，第1 排、第1 列离该方形塑料盘边缘不少于5 cm，种植3 行5 列，共15 株。浇水养护方式一致，栽培种植相同时间。

1.4 供试石油

土壤中的石油烃含量测定利用红外测油仪（Mold 510 型），采用红外分光光度法测定原油含量；
通过植物的耐油长势辅助判断植物耐油生长能力。此外，通过土壤中的石油烃物质量减少量来判断植物对土壤中的石油烃降解量和对石油污染土壤的修复能力。此方法定性分析准确可靠，是现有条件下的较佳试验方案和测定方法。

2.1 试验设计

设计4 种比较方案。

方案A：方形塑料盆中只种植芦苇种苗15 棵，种苗栽植3行5 列，间距10 cm。

方案B：种植方法同方案A，种植芦苇种苗后在土壤中浇洒石油降解菌剂。

方案C：种植方法同方案A，芦苇种苗间隔土壤上均匀撒播苜蓿种子，细洒5%浓度含盐自来水，不在土壤中浇洒石油降解菌剂。

方案D：种植方法同方案C，种植后在土壤中浇洒石油降解菌剂。

为了尽量消减误差，每个方案重复5 次，每天浇洒5%盐水1000 mL，其他条件一致。

试验研究主要是对比4 种方案的石油降解能力，对土壤修复功效可以通过芦苇幼苗的长势进行判断。苜蓿种子的撒播数和菌株Y-12 培养剂的用量不进行精密计算[31～32]，原因是仅进行定性比较试验。菌剂的撒播主要集中在芦苇种苗根部及附近土壤，以充分实现植物根系—微生物—土壤系统的形成。

2.2 试验测定内容与方法

试验结束后，取芦苇根部土壤进行测定，利用环刀取样，每个处理栽培盆中取样5 个，每环刀取土样0.2 kg，分析土壤中石油烃含量、芦苇根际微生物数量变化及芦苇株高、生物量积累等指标。土壤中石油烃含量采用红外测油仪（Model 510 型）和红外分光光度法测定。石油烃组分采用层析色谱法进行分析。微生物数量采用平板菌落计数法测得。采用SPSS 统计软件对试验数据进行统计分析，计算试验平均值和标准偏差。

3.1 石油烃去除结果与分析

4 种方案，每个方案5 次重复，共20 个方形塑料育苗盆，测得栽培地土壤中的石油烃降解率详见表2。

表2 四种比较方案20 块试验地石油烃降解能力比较

由表2 可知，方案D 对于石油污染土壤的修复能力最强，对石油烃的降解能力最高；
方案A 对石油污染土壤的修复能力最差，对石油烃的降解能力最低；
方案B、C 差别不大，方案B对石油污染土壤中的石油烃降解能力略高于方案C。

分析比较可知，芦苇对石油烃有一定吸收能力和降解能力；
同时，石油降解微生物菌对于石油烃的降解能力不可忽略。但土壤盐碱度在一定程度上对石油降解微生物菌的降解石油能力有抑制作用。种植苜蓿对土壤中的盐碱有吸收降解作用，能在一定程度上缓解土壤盐碱胁迫毒害作用。方案D 种植苜蓿同时洒泼石油降解微生物菌剂，可缓解土壤盐碱胁迫毒害环境，有利于石油降解微生物菌株大量繁殖，微生物菌对石油烃的降解能力得到发挥；
同时，叠加芦苇对土壤中石油的降解，让石油污染土壤得到更好修复。

3.2 土壤中石油污染对芦苇生长繁殖的影响

试验地种植的芦苇生长繁殖状况可反映土壤营养成分、水、气状态，芦苇生长越好则供试土壤理化特性越好。了解4 个方案种植芦苇的生命力和生长繁殖情况，测量芦苇的平均株高、平均株径，数值越大表明芦苇生长越好；
平均分蘖率越大，则繁殖状况越好，测量结果详见表3。

由表3 试验结果分析可知，方案A 芦苇生长最差，生长繁殖状况最差；
方案D 芦苇生长最好，生长繁殖状况最佳。方案B与方案C 情况近似，方案B 略好于方案C。

综合表2、表3 可知，可明确西北干旱盐碱石油污染土壤的较佳修复改良方法。在要修复改良的石油污染土壤上浇泼石油降解微生物菌剂，掺拌在土壤中，种植盐碱降解植物和芦苇等高效吸收石油烃的植物。芦苇是种造纸用植物，不会因食物链的作用进入人体，是吸收土壤中石油烃的较佳植物。同时，撒种苜蓿可吸收降解土壤中的盐碱，有利于芦苇生长，同时浇灌掺拌石油降解微生物菌剂效果更佳。

表3 4 种方案芦苇生长繁殖指标

试验结果分析可知，芦苇是吸收污染土壤中石油烃的有效植物，一定程度的石油烃污染不会影响芦苇生长和分蘖繁殖，是吸收污染土壤石油烃的优选植物，值得推广应用。

同时试验结果表明，石油烃降解微生物的生长繁殖有助于改良污染土壤种植芦苇的根系土壤环境，有助于芦苇根系的呼吸生长，间接推动了芦苇对污染土壤中石油烃的吸收作用，加强了芦苇的修复功效。同时，芦苇根系的生理生化作用也促进了微生物的繁殖，加强了微生物对石油烃的降解功效。由此可知，芦苇和微生物耦合利用，可增大和提升两种生物对土壤中石油烃的降解作用。

试验结果还发现，在生长的芦苇空挡撒播苜蓿能促进芦苇生长发育，同时芦苇遮挡阳光形成的阴凉环境也十分适合苜蓿生长发育。种植苜蓿可缓解土壤盐碱胁迫毒害环境，有利于石油烃降解微生物繁殖生长，形成芦苇—苜蓿—微生物石油烃污染土壤复合修复系统，石油烃污染土壤的修复功效得到大幅度提升和加强，具有较高的推广和应用价值。

芦苇—苜蓿—石油降解微生物菌剂系统，其土壤团粒结构较好，微生物、细小动物数量、种类较多，对石油污染物质的净化主要是通过土壤的吸收、截留、沉淀、交换、吸附、氧化还原、代谢等途径完成，以达到逐渐改善土壤中游离的石油烃物质，同时能加快芦苇根部降解石油烃菌繁殖和菌落的形成及壮大，芦苇的生长又促进苜蓿的生长繁殖，而苜蓿的生长及降解盐碱干旱的土壤中的盐碱物质的同时，又增加了土壤的湿度，反过来提供了芦苇生长所需要的水分和养料，如此一来，这种相辅相成的耦合促进作用，加快加大了修复石油污染土壤的系统建立，扩大及提升了这一耦合作用系统的降解修复石油污染土壤的功效。