全 文 ：第21卷 第2期
Vol.21 No.2
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2013年 3月
Mar. 2013
doi:10.11733/j.issn.1007-0435.2013.02.013
黄土区石油污染对土壤及豆科灌草植物的潜在影响
时腾飞1,刘增文1,3∗,田 楠2,李 俊1,陈 昕1,王国保1
(1.西北农林科技大学资源环境学院,陕西 杨凌 712100;2.西北农林科技大学林学院,陕西 杨凌 712100;
3.农业部西北植物营养与农业环境重点实验室,陕西 杨凌 712100)
摘要:以不同程度石油污染的土壤进行盆栽试验,研究黄土区石油污染对土壤和豆科灌草种子发芽和幼苗生长的
潜在影响,由此确定适宜的修复物种。结果表明:石油污染对土壤细菌和真菌呈非单调抑制、对放线菌呈单调抑制
作用;对土壤过氧化氢酶活性影响不明显,对脲酶、多酚氧化酶和蛋白酶活性呈单调抑制作用,对蔗糖酶、磷酸酶和
脱氢酶活性呈单调促进作用;可使得土壤向偏碱性发展,对有机碳含量呈单调提升作用,对氮、磷和钾的有效性均
呈单调抑制作用。在无污染情况下,毛苕子(Viciavillosa)和紫花苜蓿(Medicagosativa)属极易发芽种子,紫穗槐
(Amorphafruticosa)和草木樨(Melilotusofficinalis)属较易发芽种子,胡枝子(Lespedezabicolor)和沙打旺(As-
tragalusadsurgens)属较难发芽种子,而小冠花(Coronillavaria)、柠条(Caraganamicrophylla)和红豆草(Onobry-
chisviciaefolia)属极难发芽种子;其中,胡枝子、毛苕子、紫穗槐、紫花苜蓿和沙打旺属于旺盛生长灌草类型。受到
石油污染后,对柠条、小冠花和红豆草种子发芽率影响不显著或有所促进,其余灌草种子均受到抑制,对所有灌草
幼苗的生物量均表现出明显的抑制作用。从油污土壤修复的角度考虑,柠条、紫穗槐、毛苕子和紫花苜蓿较适宜播
种发芽且后期生长良好,红豆草、小冠花、沙打旺较适宜播种发芽但后期生长不良,草木樨和胡枝子既不适宜播种
发芽且后期生长不良。
关键词:黄土区;石油污染;豆科灌草;土壤修复
中图分类号:X53;S330.2 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2013)02-0295-07
PotentialInfluencesofPetroleumPolutiononSoilandLegumeShrubs
andGrassesintheLoessArea
SHITeng-fei1,LIUZeng-wen1,3∗,TIANNan2,LIJun1,CHENXin1,WANG Guo-bao1
(1.ColegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,ShaanxiProvince712100,China;
2.ForestryColege,NorthwestA&FUniversity,Yangling,ShaanxiProvince712100,China;3.KeyLaboratoryofPlant
NutritionandtheAgri-environmentinNorthwestChina,MinistryofAgriculture,Yangling,ShaanxiProvince712100,China)
Abstract:Potcultureexperimentsbyplantingdifferentlegumeshrubsandgrassesinpetroleumcontamina-
tedsoilwerecarriedouttostudythepotentialinfluencesofpetroleumpolutiononsoilproperties,seed
germinationsandseedlinggrowthsoflegumeshrubsandgrassesintheLoessareatodetermineappropriate
repairspecies.Resultsindicatedthatpetroleumpolutionhadnon-monotonicinhibitiononsoilbacteriaand
fungi,andhadmonotonicinhibitiononsoilactinomycetes.Exceptcatalase,petroleumpolutionshowed
monotonicinhibitionsonurease,polyphenoloxidaseandproteaseactivitiesandhadmonotonicpromotion
oninvertase,phosphataseanddehydrogenaseactivities.Petroleumpolutioncouldmakealkalinesoil,and
increaseorganicCcontent,whileshowedmonotonicinhibitionsontheavailabilitiesofnitrogen,phosphor-
usandpotassium.Forpolution-freeseeds,ViciavillosaandMedicagosativaweretheeasiestgermina-
tion,AmorphafruticosaandMelilotusofficinaliswereeasiergermination,LespedezabicolorandAs-
tragalusadsurgensweredifficultlygermination,Coronillavaria,CaraganamicrophyllaandOnobrychis
viciaefoliawereextremelydifficultgermination.L.bicolor,V.villosa,A.fruticosa,M.sativaandA.
adsurgenswerevigorousgrowthspecies.However,afterpetroleumpolution,theseedgerminationsof
mosttestedspecieswereinhibited,andal plantbiomassesweredecreasedsignificantly,buttheseed
germinationsofC.microphylla,C.variaandO.viciaefoliawerenotobviouslyaffected.Alresults
收稿日期:2012-09-16;修回日期:2012-10-17
基金项目:国家自然科学基金项目(31070630)资助
作者简介:时腾飞(1987-),男,河北邯郸人,硕士研究生,主要从事水土保持与环境生态研究,E-mail:shitengfei_003@163.com;∗通信作
者 Authorforcorrespondence,E-mail:zengwenliu2003@yahoo.com.cn
草 地 学 报 第21卷
suggestedthatC.microphylla,A.fruticosa,V.villosa,andM.sativaweremoreappropriateforsee-
dingandhadwel-growth.O.viciaefolia,C.varia,andA.adsurgenswereappropriateforseedingbut
hadpoor-growth.M.officinalisandL.bicolorneitherwereappropriateforseedingnorhadwel-growth.
Keywords:Loessarea;Petroleumpolution;Legumeshrubsandgrasses;Soilrepair
在石油开采、存放和运输过程中因泄漏和废弃
物不合理排放造成的土壤环境污染已不容忽视。污
染的结果除了部分石油类化学物质被植物吸收造成
植物和人畜受害之外,其他残留土壤中的石油类化
学物质由于黏着力强和残留时间长,使土壤中碳源
大量增加,直接导致土壤中C∶N比失调以及酸碱
度的变化,同时破坏了土壤结构,影响土壤的疏松程
度和通气状况[1-2],对土壤微生物产生危害[3-4],导致
土壤质量急剧下降。已有研究表明,黄土中石油的
最大检出迁移深度可达30cm,且主要集中在20cm
左右的表层[5],而这部分土壤恰恰对植物的生长至关
重要。轻度石油污染会使一些植物种子萌发率下降、
生长发育迟缓、生物量下降,重度污染则会导致植物
死亡、种子无法萌发,从而引起生态系统严重退
化[6-7]。黄土区石油污染的主要对象是天然或人工灌
草地,所以,能够耐受石油污染的灌草植物将是当地
土壤修复和生态植被建设的首选,特别是本身就能改
良土壤的豆科灌草。为此,本研究采用室内相同土壤
和石油污染条件下的盆栽培养试验,系统分析石油污
染对土壤生物化学性质及豆科灌草植物种子萌发和
生长的潜在影响,旨在为当地石油污染区灌草植被建
设和生态修复提供理论指导。
1 材料与方法
1.1 土壤样品、原油和豆科灌草种子采集
于地处黄土高原中部暖温带半干旱丘陵区的陕
北延安市子长县余家坪油田,在采油场附近无污染
地段选取植被很少的荒地(土壤类型为黄绵土,植被
盖度小于10%),均匀设置10个1m×1m的小样
方,全部收集0~10cm层土壤,剔除根系、石砾、动
物残骸等杂物后取足量土壤运回实验室。同时采集
原油若干(由石油烃、胶质及沥青等组成的复合物,
密度为0.85g·cm-3,其元素组成主要是碳85%,
氢13%,硫0.36%,氮0.42%及微量元素等),采集
或购买当地常见的豆科灌草植物种子,包括有柠条
(Caraganamicrophylla)、紫穗槐(Amorphafruti-
cosa)等灌木和胡枝子(Lespedezabicolor)、小冠花
(Coronillavaria)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、红
豆草(Onobrychisviciaefolia)、毛苕子(Viciavillo-
sa)、草木樨(Melilotusofficinalis)、沙打旺(As-
tragalusadsurgens)等。
1.2 油污土壤制备、培养及豆科灌草盆栽试验
在室内,将采集的鲜土磨碎过5mm筛后充分
混合,分别取2.5kg原土(以含水率折算成干土),
按照15,30,45g·kg-1共3个石油污染程度(即每
kg干土中的原油量,参考实际污染程度人为设定),
将原土和石油充分混合后(人工手搓以达到混合均
匀,不使用任何有机溶剂)分装于培养钵中(钵口直
径为18cm,钵体高16cm),并以无污染的原土为对
照,每个处理3次重复,适当压实后(统一距离培养
钵上沿1cm)密封放置2d。
仔细挑选颗粒饱满且大小均匀、无虫蛀的纯净
豆科灌草种子,首先用1‰的升汞消毒后用灭菌蒸
馏水冲洗3次,在室温下蒸馏水浸泡2~4h。然后,
设置原土、原土+石油、原土+植物、原土+石油+
植物4个处理(每个处理3个重复),在需要播种的
培养钵中等间距直接播入50粒(大粒种子,包括柠
条、胡枝子、红豆草和毛苕子等)或100粒(小粒种
子,包括紫穗槐、紫花苜蓿、草木樨、沙打旺和小冠花
等)豆科灌草种子,埋土深度为1cm。播种后在每
个培养钵(包括不播种的对照)中加一定量的蒸馏
水,统一调节土壤湿度为田间持水量的60%(预先
测定土壤的田间持水量,通过计算确定应加水量),
用塑料薄膜覆盖钵口(保湿),并在薄膜上留4个通
气孔,然后将培养钵放在开放大棚内,每隔5d称量
培养钵重量,根据失水情况,揭开钵口用喷水器均匀
补充水分,始终调节土壤湿度不变(培养钵重量保持
恒定)。连续培养,直到种子萌发后开始测定相关试
验指标。
1.3 种子发芽和幼苗生长测定
隔天观察直到种子发芽数不再变化后统计发芽
率,并连续培养165d(4月底-10月中旬)直到当年
生长期结束后,完成盆栽试验,仔细连根拔出所有幼
苗(包括土中残留根系),漂洗干净后在65℃下迅速
烘干,测定每盆幼苗的总生物量(包括地上茎叶和根
系干重)。
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第2期 时腾飞等:黄土区石油污染对土壤及豆科灌草植物的潜在影响
1.4 油污土壤性质测定
将结束盆栽后的原土、3个浓度的原土+石油共
4个处理(每个处理3个重复)所有培养钵的土样分
别充分混合后平摊于干净的瓷盘里,以四分法将部分
鲜土留作微生物数量测定,其他土样风干后过1mm
土壤筛保存。测定项目及试验分析方法如下:
化学性质中,pH值采用PHS-2型酸度计测定
(水土质量比为2.5∶1);有机碳含量采用重铬酸钾
容量法测定;碱解N采用扩散法测定;速效P采用
NaHCO3浸提钼兰比色法测定;速效K采用醋酸铵
浸提火焰光度法测定。
生物学性质中,土壤微生物数量采用平板稀释
法测定(细菌-牛肉膏蛋白胨琼脂培养基,真菌-马铃
薯蔗糖琼脂 PDA 培养基,放线菌-高氏1号培养
基);过氧化氢酶活性采用 KMnO4 滴定法测定;脲
酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定;蔗糖酶活
性采用Na2S2O3 滴定法测定;磷酸酶活性采用磷酸
苯二钠比色法测定(用pH为10硼酸缓冲液测定碱
性磷酸酶);多酚氧化酶活性采用碘量滴定法测定;
脱氢酶采用三苯基四唑氯化物比色法测定;蛋白酶
活性采用茚三酮比色法测定。
1.5 数据处理
应用Excel2003和SPSS17.0软件进行数据
处理,以单因素方差分析和LSD多重检验法检验不
同石油污染程度(包括对照)下土壤性质及豆科灌草
种子发芽率和生物量的差异显著性。
2 结果与分析
2.1 石油污染对土壤生物化学性质的影响
2.1.1 对土壤微生物的影响 石油污染土壤后可
引起土壤中各种微生物种群活细胞数量及组成结构
的变化,进而导致土壤微生物群落和区系发生变
化[2]。由表1可知,土壤受石油污染后,细菌、放线
菌和真菌的数量均较无污染的对照有明显下降,但
3种微生物数量随石油污染程度的增加表现出不同
的趋势,其中细菌数量在土壤受轻度石油污染后下
降明显(下降率达64.99%),而后随污染程度增加
逐渐回升并接近对照水平,但均未超过对照;真菌数
量随着污染程度增加分别较对照下降58.68%,
90.27%和83.42%,说明中度石油污染后土壤真菌
数量下降最明显,其次为重度污染和轻度污染;放线
菌数量受石油污染的影响较大,且随着污染程度增
加分别较对照下降64.66%,75.68%和100%;以上
分析表明,石油污染对土壤细菌和真菌的影响呈非
单调抑制的特点(即随污染程度增加抑制强度并非
增大),而对放线菌的影响则呈单调抑制的趋势。
表1 不同程度石油污染后土壤性质的变化
Table1 Changesofsoilpropertiesafterpetroleumpolution
土壤性质
Characters
ofsoil
无污染(对照)
Nopolution
(CK)
轻度污染
Lightpolution
(15g·kg-1)
中度污染
Moderatepolution
(30g·kg-1)
重度污染
Severepolution
(45g·kg-1)
微生物数量 Microbes
细菌Bacteria/×108cfu·g-1 14.71±3.11a 5.15±1.55b 7.17±2.90c 13.70±3.64d
真菌Fugus/×103cfu·g-1 20.45±4.21a 8.45±2.97b 1.99±0.81c 3.39±1.13d
放线菌Actinomyces/×105cfu·g-1 9.17±2.57a 3.24±1.88b 2.23±1.65c 0.00±0.00d
酶活性Enzymeactivity
过氧化氢酶Catalase/mL·g-1 2.17±0.00a 2.15±0.01a 2.14±0.00a 2.10±0.01a
脲酶Urease/mg·g-1 0.10±0.00a 0.08±0.00b 0.06±0.00c 0.04±0.00d
蔗糖酶Saccharase/mL·g-1 0.93±0.05a 1.09±0.03ab 1.13±0.01b 1.20±0.04c
磷酸酶Phosphatase/mg·kg-1 1.81±0.08a 2.41±0.04b 2.47±0.08b 2.46±0.08b
多酚氧化酶Polyphenoloxidase/mL·g-1 22.35±0.49a 21.05±0.74a 14.30±0.53b 6.85±0.74c
脱氢酶Dehydrogenase/μg·g-1 3.07±0.12a 3.76±0.11a 5.34±0.18b 7.08±0.19c
蛋白酶Protease/mg·g-1 4.28±0.08a 4.02±0.04a 3.69±0.04b 2.69±0.14c
养分含量 Nutrientscontent
pH 7.62±0.07a 8.17±0.04b 8.02±0.04b 8.23±0.02b
有机碳OrganicC/g·kg-1 16.54±1.44a 16.56±1.43a 18.24±1.18b 21.12±2.26c
碱解氮AvailableN/mg·kg-1 23.52±0.32a 18.64±0.21b 12.20±0.20c 8.85±0.16d
速效磷 AvailableP/mg·kg-1 8.43±0.12a 6.32±0.10b 5.23±0.06c 3.35±0.05d
速效钾AvailableK/mg·kg-1 88.05±2.08a 91.02±1.39a 82.54±1.04b 60.91±1.95c
注:表中同行数据标注字母相异表示差异显著(P<0.05),下同
Note:Differentsmallettersinthesamerowindicatesignificantdifference(P<0.05),thesameasbelow
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草 地 学 报 第21卷
2.1.2 对土壤酶活性的影响 土壤中不同酶类对
石油污染的敏感程度不同(表1),其中,过氧化氢酶
活性在不同污染程度和对照之间差异不显著,表明
石油污染对土壤过氧化氢酶活性影响不明显;脲酶
活性随着石油污染程度的增加呈直线抑制趋势,轻
度、中度和重度污染后分别较对照下降20%,40%
和60%;蔗糖酶活性在轻度和中度石油污染后变化
不明显,但在重度石油污染后较对照增加29.03%,
基本呈单调促进趋势;磷酸酶活性在石油污染后较
对照增大33.15%~36.46%,但在不同污染程度之
间差异并不显著;多酚氧化酶活性在轻度石油污染
后无明显变化,但随着污染程度增加呈单调抑制趋
势,中度和重度污染后较对照分别下降36.02%和
69.35%;脱氢酶活性在轻度污染后变化不明显,但
随着污染程度增加呈单调促进趋势,中度和重度污
染后较对照分别增加73.94%和130.62%;蛋白酶
活性在轻度污染后变化不明显,但随着污染程度增
加呈单调抑制趋势,中度和重度污染后较对照分别
降低13.79%和37.15%。由此可知,石油污染除了
对过氧化氢酶活性影响不明显外,对脲酶、多酚氧化
酶和蛋白酶活性有明显抑制作用,而对蔗糖酶、磷酸
酶和脱氢酶活性有明显促进作用。
2.1.3 对土壤养分有效性的影响 石油污染对土
壤养分的影响主要在于改变养分的有效性。由于石
油污染一般造成土壤盐分积累,使得土壤表现为弱
碱性或碱性[8],同时石油本身是一种含碳的有机化
合物,因此石油污染后土壤中的有机碳含量会明显
增加。根据本试验测定结果表明(表1),土壤受到
石油污染后,pH均较对照增大了5.25%~8.01%,
但在不同程度污染之间差异并不显著;有机碳含量
在轻度污染后较对照变化不明显,但中度和重度污
染后分别较对照提高了10.27%和27.70%,表明随
石油污染程度增加对土壤有机碳含量呈单调提升趋
势(其中石油碳源的增加可能是主要原因);碱解氮
含量在石油污染后均较对照发生明显减少,分别减
少20.75%,48.13%和62.37%,表明随石油污染程
度增加对碱解氮含量呈单调压降趋势;速效磷含量
在石油污染后也均较对照发生明显减少,分别减少
25.03%,37.96%和60.26%,表明随石油污染程度
增加对速效磷含量也呈单调压降趋势;速效钾含量
在轻度石油污染后较对照略有增加但变化不明显,
而中度和重度污染后分别较对照减少6.26%和
30.82%,表明随石油污染程度增加对速效磷含量也
基本呈单调压降趋势。由此可知,石油污染使得土
壤向偏碱性发展,有机碳含量均有所提高,但对氮、
磷和钾的有效性均呈抑制作用。
2.2 油污土壤对豆科灌草种子发芽和幼苗生长的
影响
在未受石油污染土壤上的盆栽试验结果表明
(表2),对照种子的发芽率大小顺序为:毛苕子
(75.00%)>紫花苜蓿(60.50%)>紫穗槐(48.00%)>
草木樨(47.33%)>胡枝子(37.00%)>沙打旺
(33.00%)>小冠花(26.50%)>柠条(16.00%)>红豆
草(4.00%),可见,毛苕子和紫花苜蓿属极易发芽种子,
紫穗槐和草木樨属较易发芽种子,胡枝子和沙打旺属
较难发芽种子,而小冠花、柠条和红豆草属极难发芽种
子。从完成一个生长期的幼苗总生物量来看,每盆播
种50粒大粒种子时大小顺序为:胡枝子(4.02
g·盆-1)>毛苕子(3.91g·盆-1)>柠条(3.44
g·盆-1)>红豆草(2.03g·盆-1),每盆播种100粒小
粒种子时大小顺序为:紫穗槐(7.06g·盆-1)>紫花苜
蓿(6.18g·盆-1)>沙打旺(5.19g·盆-1)>小冠花
(3.55g·盆-1)>草木樨(2.96g·盆-1),可见,胡枝
子、毛苕子、紫穗槐、紫花苜蓿和沙打旺属于旺盛生长
灌草类型。
通过石油污染土壤的盆栽试验表明(表2),柠
条种子发芽率在受到轻度和中度石油污染后较对照
均有所提高,而受重度污染后较对照下降,生物量均
随着污染程度的增加逐渐下降,说明一定的石油污
染虽然促进了柠条种子发芽,但终会抑制柠条的生
长。紫穗槐种子发芽率在受到轻度石油污染后较对
照差异不显著,而后随着污染程度增加迅速下降,生
物量也随着污染程度的增加逐渐大幅度下降,说明
石油污染最终会抑制紫穗槐种子发芽和幼苗生长。
胡枝子种子发芽率和生物量均在受到石油污染后较
对照大幅度下降。小冠花种子发芽率在受到轻度和
重度石油污染后与对照之间差异不显著,而受到中
度污染后较对照有所提高,生物量均较对照大幅度
下降,但不同污染程度之间差异不显著。紫花苜蓿
种子发芽率在受到石油污染后随污染程度增加而依
次下降,而生物量在受到石油污染后较对照均大幅
度下降,但轻度和中度污染之间差异不显著。红豆
草种子发芽率在受到石油轻度污染后略有提高但差
异不显著,受中度污染后显著提高,而受重度污染后
又急剧下降到最低,生物量在受到石油污染后较对
照均大幅度下降,但在轻度和中度污染之间差异不
显著。毛苕子种子发芽率在受到石油轻度污染后变
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第2期 时腾飞等:黄土区石油污染对土壤及豆科灌草植物的潜在影响
化不显著,受中度和重度污染后依次下降,生物量在
受到石油污染后较对照均有所下降,但在轻度和中
度污染之间差异不显著。草木樨种子发芽率在受到
石油轻度和中度污染后依次急剧下降,但在受到重
度污染后却又有所回升,生物量在受到石油污染后
均随污染程度增加依次显著下降,但中度和重度污
染之间差异不显著。沙打旺种子发芽率在受到石油
轻度污染后较对照差异不显著,但随污染程度增加
依次下降,生物量在受到石油污染后较对照均显著
下降,但不同污染程度之间差异不显著。
表2 不同程度土壤石油污染后豆科灌草种子发芽率和生物量
Table2 Ggerminationratesandbiomassesoflegumeshrubsandgrassesaftersoilpetroleumpolution
豆科灌草
Legumeshrubs
andgrasses
无污染(对照)
Nopolution
(CK)
轻度污染
Lightpolution
(15g·kg-1)
中度污染
Moderatepolution
(30g·kg-1)
重度污染
Severepolution
(45g·kg-1)
柠条Caraganamicrophylla 发芽率 Germinationrate/% 16.00±2.00a 36.67±1.15b 20.00±2.50c 2.67±3.06d
生物量Biomass/g·盆-1 3.44±0.70a 2.22±0.21b 0.29±0.21c 0.07±0.08d
紫穗槐Amorphafruticosa 发芽率 Germinationrate/% 48.00±3.61a 50.50±3.54a 44.00±3.46b 28.67±2.52c
生物量Biomass/g·盆-1 7.06±0.78a 2.77±0.50b 1.40±0.41c 0.79±0.32d
胡枝子Lespedezabicolor 发芽率 Germinationrate/% 37.00±1.41a 13.00±1.41b 14.67±1.11b 1.00±1.41c
生物量Biomass/g·盆-1 4.02±0.38a 0.63±0.50b 0.11±0.09c 0.03±0.05d
小冠花Coronillavaria 发芽率 Germinationrate/% 26.50±3.54a 27.67±2.08a 35.50±3.36b 26.00±3.61a
生物量Biomass/g·盆-1 3.55±0.57a 0.07±0.05b 0.05±0.02b 0.08±0.10b
紫花苜蓿Medicagosativa 发芽率 Germinationrate/% 60.50±0.71a 51.50±4.95b 38.50±6.36c 23.00±2.65d
生物量Biomass/g·盆-1 6.18±0.23a 1.05±0.35b 0.89±0.26b 0.64±0.21c
红豆草Onobrychisviciaefolia 发芽率 Germinationrate/% 4.00±2.00a 5.33±1.15a 9.00±4.24b 0.00±0.00c
生物量Biomass/g·盆-1 2.03±0.47a 0.23±0.11b 0.21±0.16b 0.00±0.00c
毛苕子ViciavillosaRothvar 发芽率 Germinationrate/% 75.00±4.24a 75.33±4.16a 64.00±2.83b 34.00±2.83c
生物量Biomass/g·盆-1 3.91±0.95a 2.87±0.07b 2.23±0.52b 1.97±0.28c
草木樨Melilotusofficinalis 发芽率 Germinationrate/% 47.33±3.06a 22.33±2.50b 9.67±1.53c 16.00±1.00d
生物量Biomass/g·盆-1 2.96±0.49a 0.25±0.06b 0.04±0.03c 0.02±0.01c
沙打旺Astragalusadsurgens 发芽率 Germinationrate/% 33.00±2.83a 31.00±3.61a 26.00±2.00b 14.33±4.51c
生物量Biomass/g·盆-1 5.19±0.82a 0.11±0.08b 0.04±0.03b 0.06±0.02b
由此分析可知,轻度石油污染后种子发芽率基
本不受影响的有紫穗槐、小冠花、红豆草、毛苕子和
沙打旺,而受到显著抑制的有胡枝子、紫花苜蓿和草
木樨,受到促进的有柠条;中度石油污染后种子发芽
率受到显著抑制的有紫穗槐、胡枝子、紫花苜蓿、毛
苕子、草木樨和沙打旺,受到明显促进的有柠条、小
冠花和红豆草;重度石油污染后种子发芽率除了小
冠花外均受到显著抑制。而各石油污染处理对所有
灌草的幼苗生物量均表现出明显的抑制作用。
2.3 油污土壤修复物种选择
植物耐受土壤石油污染的能力是选择修复物种
的依据。由表2可知,柠条、小冠花和红豆草种子发
芽率受一定程度石油污染后影响不显著或反而有所
促进,促进作用大小顺序为柠条(24%,平均较对照
提高率,下同)>红豆草(19%)>小冠花(12%),其
他灌草种子发芽率均会受到抑制,且抑制作用大小
顺序为:紫穗槐(-14%)<毛苕子(-23%)<沙打
旺(-28%)<紫花苜蓿(-38%)<草木樨(-66%)
<胡枝子(-74%)。而受到石油污染后各个灌草的
生物量受到抑制作用大小顺序为:毛苕子(-40%)<
柠条<(-75%)<紫穗槐(-77%)<紫花苜蓿
(-86%)<红豆草(-93%)<胡枝子(-94%)<草
木樨(-97%)<小冠花(-98%)<沙打旺(-99%)。
综合分析表明,为了修复油污土壤,从发芽率的
角度,在石油污染土壤上最适宜播种的灌草为柠条、
红豆草、小冠花,较适宜的灌草为紫穗槐、毛苕子、沙
打旺、紫花苜蓿,不适宜的灌草为草木樨和胡枝子。
而从后期生长(生物量)的角度,在石油污染土壤上
最适宜生长的灌草为毛苕子,较适宜的灌草为柠条、
紫穗槐和紫花苜蓿,不适宜的灌草为红豆草、胡枝
子、草木樨、小冠花和沙打旺。因此,相对而言,在石
油污染土壤上,柠条、紫穗槐、毛苕子和紫花苜蓿既
较适宜播种发芽也较适宜生长,而红豆草、小冠花、
沙打旺较适宜播种发芽但后期生长不良,草木樨和
胡枝子不适宜播种发芽且后期生长也不良。
992
草 地 学 报 第21卷
3 讨论与结论
3.1 关于土壤微生物
本研究表明,在黄绵土中细菌数量在土壤受轻
度石油污染后下降明显,而后随污染程度增加逐渐
回升并接近对照水平;真菌数量在受中度石油污染
后下降幅度明显高于重度污染和轻度污染;而放线
菌数量随石油污染程度增加而渐次降低。这一结果
与他人研究不尽相同,因为根据已有的大量研究表
明,石油污染对土壤微生物的影响结果并不一致。
据Brito等[9]的研究,石油污染除了能增加石油烃
降解微生物外,总体上降低了土壤的微生物数量;
Kolesnikov等[10]研究也表明,石油污染后导致了土
壤氨化细菌、真菌和固氮菌数量的减少。而据 Mar-
gesin等[11]的研究,石油污染可以增加土壤微生物
的生物量;Kirk等[12]的研究表明,石油污染后黑麦
草(Loliumperenne)根际异养菌和石油烃降解菌的
数量是对照的233.37倍;陈嫣等[13]研究表明,石油
污染后紫花苜蓿和披碱草(Elymusdahuricus)的根
际微生物数量要高出对照1~2个数量级;鲁莽
等[14]的研究也表明,石油污染后根际土壤石油降解
菌能够选择性富集。其他如 Hemandez-Raquet
等[15]的研究表明,石油烃的存在增加了降解微生物
的多样性;Yakimov等 [16]对南极地区的研究表明,
石油污染能够刺激土壤中γ-变形菌(proteobacte-
ria)的大量繁殖。本研究中,分析细菌对石油污染
的响应表现出与放线菌和真菌不同的原因,可能是
因为石油污染刺激了土壤中石油降解类细菌的生
长,并以易降解的石油组分作为其碳源,从而在土壤
中逐渐富集的缘故[17]。
3.2 关于土壤酶活性
本研究表明,在黄绵土中石油污染除了对过氧
化氢酶活性影响不明显外,对脲酶、多酚氧化酶和蛋
白酶活性有明显抑制作用,对蔗糖酶、磷酸酶和脱氢
酶活性有明显促进作用。而 Kolesnikov等[18]研究
表明,在大多数情况下受石油污染的黑钙土土壤酶
活性呈下降趋势,且氧化还原酶类对石油污染的敏
感性高于水解酶类;吕桂芬等[19]、王梅等[20]、蔺昕
等[21]和宫璇等[22]研究表明,石油污染后对土壤酶的
影响随石油成分、不同剂量和土壤类型的不同而异。
可见,石油污染对土壤酶活性的影响比较复杂。
本研究中,分析石油污染对酶活性的作用机理
可能包括:①石油直接作用于酶分子后改变酶的构
象,使酶的活性中心受到抑制或促进;②石油影响土
壤微生物的生长繁殖,导致微生物体内酶的合成和
分泌量发生改变;③石油影响植物的代谢活力,使根
分泌和释放酶的能力发生改变[20];④石油中含有的
烃类、酚类等物质可能为某些酶类提供了营养物质。
此外,经分析表明,脱氢酶活性与土壤 TPHs含量
成极显著正相关(r=0.853,P<0.01),即土壤石油
浓度越高脱氢酶活性越高,这与张晶等[23]及李惠
等[2]的研究结果一致,其原因是脱氢酶参与了石油
污染物的降解过程,而土壤石油浓度的增加为微生
物提供大量的可生物降解基质,故土壤脱氢酶活性
增加。
3.3 关于土壤养分有效性
本研究表明土壤受到石油污染后,pH 均较对
照略有增大。而其他学者的研究结果一般倾向于没
有显著的影响或造成一定程度的下降[24],仅有少数
学者如 Wang等[25]的研究得出与本文相似的结果,
这可能与受试土壤的类型不同有关。关于土壤养分
问题,本研究表明石油污染对有机碳含量均有所提
高,但对氮、磷和钾的有效性均呈抑制作用。这是由
于石油中富含反应基,能与无机氮、磷结合并限制硝
化作用和脱磷酸作用,从而使土壤中有效氮、磷的含
量减少。
3.4 关于石油污染对灌草的影响
本研究表明,除了对柠条、小冠花和红豆草种子
发芽率影响不显著或反而有所促进外,其他灌草种
子均会受到抑制,而对所有灌草的幼苗生物量均表
现出明显的抑制,这与相关研究的结果相似[26]。因
为据研究表明[27],种子本身具有一定的生理生化保
护机制,对低浓度石油污染具有一定的抵御能力,但
随着污染程度增加这种抵御能力不断下降。而对柠
条、小冠花和红豆草种子发芽起促进作用的原因可
能是因为这几种种子均属于极难发芽类型,石油污
染可能有助于打破种皮,促进发芽。
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:①形成油膜包裹种子,影响种子内部的
生理生化功能,使种子处于缺水、缺氧状态,导致萌
发率降低[28];②在植物根系上形成一层石油烃粘
膜,阻碍根系对营养元素的吸收和呼吸功能,甚至引
起根系腐烂,而石油中的轻组分可以直接进入植物
体内对植物造成直接伤害[29];③破坏土壤结构,使
土壤的透水性降低,从而阻碍植物生长[30];④幼苗
003
第2期 时腾飞等:黄土区石油污染对土壤及豆科灌草植物的潜在影响
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[31]。
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