全 文 ：第 35 卷第 3 期
2014 年 3 月
环 境 科 学
ENVIＲONMENTAL SCIENCE
Vol． 35，No． 3
Mar．，2014
6 种陕北适生豆科植物生长对原油污染土壤的响应
山宝琴，张永涛，曹巧玲，康振妍，李淑媛
(延安大学石油工程与环境工程学院，延安 716000)
摘要:为筛选优良的石油污染土壤修复植物，选取陕北适生的 6 种豆科乡土植物，对不同浓度原油污染土壤中植物的生长差
异进行研究． 采用混油法盆栽试验，分设 0、5 000、10 000、20 000、40 000 mg·kg －1共 5 个不同的原油污染浓度，分析其对土
壤理化性质的改变，对植物出芽时间、出芽率、株高、植物干重、叶绿素含量和枯萎率的影响． 结果表明，原油污染显著改变
土壤理化性质． 5 000 mg·kg －1低浓度原油污染，对受试植物的发芽率和植物株高有促进作用，后随原油浓度加大植物生长受
到明显抑制． 原油污染浓度低时草本植物耐受力较强，其中紫花苜蓿(Medicago sativa)在出芽时间、出芽率、株高及枯萎率等
方面综合表现较优． 从40 000 mg·kg －1 浓度时枯萎率及叶绿素含量分析，刺槐(Ｒobinia pseudoacacia)表现较高的耐受力． 相关
分析表明，原油污染浓度与植物出芽时间、出芽率、株高、干重均呈显著负相关，但与叶绿素含量呈极显著正相关．
关键词:陕北;豆科植物;原油污染;土壤;耐受力
中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:0250-3301(2014)03-1125-06 DOI:10． 13227 / j． hjkx． 2014． 03． 043
收稿日期:2013-07-24;修订日期:2013-09-22
基金项目:陕西省自然科学基金项目(2010JQ5007);陕西省教育厅
科研项目 (2010JK920);延安大学校内基金项目
(YD2009- 03 ) ;国 家 大 学 生 创 新 性 实 验 项 目
(201307123)
作者简介:山宝琴(1970 ～)，女，博士，副教授，主要研究方向石油污
染土壤生物修复，E-mail:xiaoshanbao@ 163. com
Growth Ｒesponses of Six Leguminous Plants Adaptable in Northern Shaanxi to
Petroleum Contaminated Soil
SHAN Bao-qin，ZHANG Yong-tao，CAO Qiao-ling，KANG Zhen-yan，LI Shu-yuan
(School of Petroleum Engineering and Environmental Engineering，Yanan University，Shaanxi 716000，China)
Abstract:To select appropriate native species in Northern Shaanxi for phytoremediation，the growth index of six kinds of leguminous
plants planted in petroleum contaminated soils were investigated through pot culture． Petroleum concentrations were set at 0，5 000，
10 000，20 000，40 000 mg·kg －1 respectively with three replicates． Using different levels of seed germination rate，germination time，
individual height，wilting rate，dry weight and chlorophyll content in leaves of tested plants as the ecological indicator． The results
showed that tested plants have significantly different responses to petroleum pollution． Compared with those planted in clean soils，seed
germination rate and individual height were promoted when petroleum concentration was lower than 5 000 mg·kg －1，but inhibition
occurred when petroleum concentrations were higher than 10 000 mg·kg －1 ． Strong endurance of Medicago sativa was observed to
petroleum polluted soil，especially at lower petroleum concentration． Leaf wilting of Ｒobinia pseudoacacia was unobserved even when
petroleum concentration was 40 000 mg·kg －1，thus displaying the potential of remediating petroleum contaminated soils． The petroleum
concentration was significantly and negatively correlated with seed germination rate，individual height and dry weight，but positively
correlated with chlorophyll content in leaves．
Key words:Northern Shaanxi;leguminous plants;petroleum contamination;soil;endurance
陕北作为中国重要的能源基地，石油探明储量
已达 11 亿 t． 在长期勘探开采、储运炼制过程中，由
于操作不当、事故泄漏及钻井液影响，石油烃类污
染已造成严重的土壤环境破坏［1 ～ 3］． 陕北油井井场
土壤普遍存在原油污染［4］，原油堵塞土壤孔隙、使
土壤结构破坏、生物多样性降低，特别是多环芳烃
的致癌致畸性会随食物链影响人体健康，因此污染
土壤的修复迫在眉睫．
原油开采区土壤污染的修复技术研究已经成为
当 今 环 保 领 域 新 热 点［5 ～ 7］． 植 物 修 复
(phytoremediation)技术是以植物忍耐和超积累特定
污染物的理论为基础，利用植物及共存微生物体系
对环境污染物质进行清除、分解、吸收或吸附，使
土壤环境重新得以恢复的新兴应用技术［8］，因为成
本低、无二次污染等优点备受青睐［9，10］． 植物修复
在降解污染物的同时也增加植被覆盖、控制风沙水
蚀、改善生态环境及野生生物繁衍生境，并给人以
美的享受． 由于其所具有的巨大发展潜力，植物修
复技术需要系统化应用性的研究．
针对具体的地域环境，筛选出最佳的土壤类别-
适生植物-耐油污力的组合，是植物修复技术的前期
环 境 科 学 35 卷
基础工作，也是决定未来修复效果的核心技术． 石
油烃具有的生态毒性会使强致癌物质随农作物采收
进入食物链并传播，修复植物的选用因而需要更为
慎重，寻找耐油污的花卉、牧草等植物作为新的修
复介质一直是研究的热点［11 ～ 13］． 选择修复植物必
须坚持“适生”的原则，将乡土物种应用于退化生态
系统修复，并利用植被的演替而渐次削弱土壤的生
态毒性应是一个良好的思路，针对陕北区域特征，进
行适生乡土植物原油耐受力的筛选研究尚鲜见报
道． 陕北黄土高原属生态脆弱区，气候干旱少雨，寒
暑温差显著，土壤瘠薄，植被分布因而有其独特的地
域性． 豆科植物因为耐阴寒、干旱、瘠薄，根系发达
且适应性强，成为陕北地区野外分布的优势种群．
本研究针对陕北地区油井周边优势植物种类，选取
6 种豆科乡土植物沙打旺(Astragalus adsurgens)、紫
花苜蓿 (Medicago sativa)、红三叶草 (Trifolium
pratense)、柠条 (Caragana korshinskii)、胡枝子
(Lespedeza bicolor)和刺槐(Ｒobinia pseudoacacia)作
为供试植物［14］，就植物对原油污染物的耐受力差异
性进行了研究，采用混油法盆栽试验，分设 0、
5 000、10 000、20 000、40 000 mg·kg －1 这 5 个不同
的原油污染浓度，分析它们对土壤理化性质的改变，
对植物出苗率、株高、植物干重、叶绿素含量和枯
萎率的影响，并进行相关性分析． 旨在筛选出最佳
土壤类别-适生植物-耐油污能力的组合，为后期深
入研究其原油污染的降解力，利用乡土物种的生命
力和适生性降低修复成本，增加陕北油污土壤修复
效果提供科学依据．
1 材料与方法
1. 1 研究材料
试验用植物种子均采自野外． 原油污染物取自
延长石油集团七里村采油厂． 供试土壤取自延安市
宝塔区杨家岭后山黄绵土． 土壤样品风干后压碎成
细小颗粒过 2 mm筛，再同细沙以 3∶ 1的比例混匀，
待用． 供试花盆的规格为直径 20 cm，深 20 cm，每
盆定值 20 粒种子．
1. 2 土壤理化性质的测定
用 1∶ 1水浸提液测定土壤 pH，土壤总有机碳含
量用德国 Elementar 总有机碳测定仪(Vario TOC
Select)测定，土壤速效氮用碱解扩散法，土壤速效磷
采用碳酸氢钠-钼锑抗比色法测定［15］，土壤脲酶采
用靛酚比色法测定［16］，以每 h每 g 土壤中NH +4 -N的
毫克数表示．
1. 3 植物原油污染物耐受力的测定
2012 年 4 月进行盆栽试验，采用混油法设 0、
5 000、10 000、20 000、40 000 mg·kg －1共 5 个处理
浓度，每种浓度设 3 组重复． 每盆装 3∶ 1的沙土混合
物 1 kg，共 90 盆． 用石油醚按 1∶ 1溶解原油并施入
土壤，静置 7 d 使石油污染物与土样充分混合． 将
盆放置在温度光照基本一致的地方，保持良好的光
照和通风，花盆随机分组排列，并定期调换，以达到
局部控制的目的． 试验于 4 月 7 号播种，每盆播 20
粒种子，覆土 1 cm 左右． 每天 2 次浇灌，使土壤含
水率控制在 25%左右． 每天观察并记录出苗率、幼
苗生长状况，并分别浓度定期测定植物株高、枯萎
率，2 个月后收获测定植物叶绿素(丙酮法)和植物
干重．
1. 4 数据处理
试验数据用 Excel和 SPSS 18. 0 进行统计分析，
Excel软件制图．
2 结果与分析
2. 1 原油污染对土壤理化性质的影响
为深入研究不同原油污染浓度处理对土壤理化
因子的改变，及对植物生长的作用，测定了 5 种原油
浓度中土壤的理化性质，见表 1． 土壤总有机碳含量
随原油浓度的增加而显著增加;土壤速效氮含量添
加原油后显著大于未添加，但不同添加浓度差异不
显著;土壤速效磷含量在原油含量 ≥ 20 000
mg·kg －1浓度时显著高于未添加对照;样地土壤 pH
值为碱性，≥10 000 mg·kg －1原油浓度后随原油浓
表 1 不同浓度原油污染土壤的理化性质1)
Table 1 Soil factors in different concentrations of petroleum hydrocarbon
石油烃浓度
/mg·kg －1
总有机碳
/%
速效氮
/μg·g － 1
速效磷
/μg·g － 1
pH 脲酶
/μg·(g·h)－ 1
电导率
/μS·cm －1
0 2. 15a 8. 95a 2. 04a 7. 62a 0. 16c 112. 56a
5 000 3. 93ab 10. 22ab 2. 92a 7. 72a 0. 07b 145. 03a
10 000 7. 19ab 15. 35b 2. 09a 8. 08b 0. 06ab 208. 56a
20 000 15. 92bc 14. 80b 4. 09ab 8. 18b 0. 05ab 427. 13b
40 000 26. 41c 15. 10b 8. 09b 8. 30c 0. 02a 704. 56c
1)同列数据后标不同小写字母者表示不同污染浓度在 P ＜ 0. 05 水平上差异显著
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3 期 山宝琴等:6 种陕北适生豆科植物生长对原油污染土壤的响应
度增加而显著增加;脲酶活性添加原油后显著小于
未添加土壤，并随添加浓度的增加而显著减小． 土
壤电导率添加原油后大于未添加处理，20 000
mg·kg －1和40 000 mg·kg －1浓度时差异显著．
2. 2 植物耐油污力分析
2. 2. 1 原油污染对植物发芽时间及发芽率的影响
从表 2 可知，植物出芽率和出芽时间受到物种
本身生物学特性和原油污染的双重影响． 6 种豆科
植物中沙打旺、紫花苜蓿、红三叶草属于草本植
物，胡枝子和柠条属于灌木，刺槐属于乔木． 无污染
处理时，植物出芽时间为 3 ～ 6 d，乔木 ＞灌木 ＞草本
植物，可见不同受试植物本身的生物特性存在差异．
同种植物出芽时间随污染浓度增高而明显延
迟，延迟期限乔木 ＞灌木 ＞草本植物，刺槐延迟最明
显;各浓度污染处理时，植物出芽率均为草本 ＞灌
木类 ＞乔木，但同种植物出芽率显著受到原油污染
的影响，5 000 mg·kg －1时 6 种植物的发芽率均高于
无污染的对照，说明低浓度原油对植物发芽有促进
作用，后随原油污染浓度增高出芽率降低，40 000
mg·kg －1高浓度污染时出芽率最低． 与无污染对照
相比较 6 种植物出芽率分别下降为:紫花苜蓿
8. 3%、胡枝子 19. 8%、柠条 27. 4%、沙打旺
29. 9%、红三叶草 33. 3%、刺槐 42. 2%，其中紫花
苜蓿受污染影响最小，刺槐最大．
另外，沙打旺、红三叶草、胡枝子和柠条均在
20 000 mg·kg －1浓度处理时出现叶片枯萎，分别是
21%、32%、14%、7%，40 000 mg·kg －1浓度时枯
萎率分别达到 28%、46%、19%、10%;紫花苜蓿
40 000 mg·kg －1浓度时有叶片枯萎 9%，刺槐未见
枯萎．
表 2 不同浓度原油污染土壤植物出芽率及出芽时间
Table 2 Germination rate and germination time of tested seeds in different concentrations of petroleum pollution
供试植物
石油烃浓度 /mg·kg －1
0 5 000 10 000 20 000 40 000
出芽时间 /d 出芽率 /% 出芽时间 /d 出芽率 /% 出芽时间 /d 出芽率 /% 出芽时间 /d 出芽率 /% 出芽时间 /d 出芽率 /%
1 沙打旺 4 66. 7 5 73. 3 7 60. 0 8 46. 7 16 46. 7
2 紫花苜蓿 3 80. 0 5 86. 7 6 80. 0 8 73. 3 14 73. 3
3 红三叶草 4 73. 3 6 77. 8 8 73. 3 9 62. 2 15 48. 9
4 胡枝子 4 62. 1 6 70. 5 10 55. 8 14 51. 3 16 49. 8
5 柠条 5 53. 2 6 55. 9 11 46. 7 16 42. 1 18 38. 6
6 刺槐 6 46. 2 6 46. 7 13 40. 0 20 26. 7 22 26. 7
2. 2. 2 原油污染对植物生长指标的影响
图 1 分析可知，植物株高、干重和叶绿素含量
均受到原油污染显著影响，紫花苜蓿和柠条的株高
在5 000 mg·kg －1处理时略高于无污染对照，后随污
染浓度加大而逐渐减小． 沙打旺、三叶草、胡枝子
和刺槐的株高均受到原油污染显著影响，且随污染
浓度加大而降低． 6 种植物株高在40 000 mg·kg －1
处理时与无污染对照相比，降低量依次为:红三叶草
68. 8%、刺 槐 41. 5%、柠 条 39. 2%、胡 枝 子
35. 5%、沙打旺 21. 6%、紫花苜蓿 25. 0% ． 显著抑
制植物株高的原油浓度值随物种而不同，沙打旺出
现在5 000 mg·kg －1，刺槐在10 000 mg·kg －1，柠条在
20 000 mg·kg －1 ．
紫花苜蓿和柠条的干重在5 000 mg·kg －1处理
时略高于无污染对照，后随污染浓度加大而逐渐减
小． 沙打旺、红三叶草、胡枝子和刺槐的干重在污
染处理时都小于无污染对照，且随污染浓度加大而
减小． 6 种植物干重在40 000 mg·kg －1处理时与无
污染对照相比，减小量依次为:红三叶草 70. 1%、沙
打旺 52. 0%、紫花苜蓿 40. 5%、刺槐 38. 9%、胡枝
子为 31. 5%、柠条 30. 4% ．
6 种植物的叶绿素含量首先随物种而有差异，
乔木 ＞灌木 ＞草本． 红三叶草叶绿素含量随原油污
染浓度加大无一定规律，其它植物在5 000 mg·kg －1
处理时与无污染对照基本持平，后随污染浓度加大
而逐渐增加，40 000 mg·kg －1处理浓度时达到最大
值，与植物株高与干重表现出相反的趋势．
2. 2. 3 相关性分析
表 3 中植物生长与土壤因子相关性分析表明，
植物出芽率首先随物种不同而有差异，与物种大小
呈极显著负相关，草本最易萌芽，乔木最难． 同种植
物出芽率则与原油污染浓度显著负相关． 植物出芽
时间受到原油污染显著影响，随土壤总有机碳、速
效氮、速效磷、pH及电导率的增加而显著延长，只
与脲酶显著负相关． 植物株高和干重均与物种本身
特性极显著相关，同种植物则与原油污染浓度显著
负相关． 叶绿素含量与物种显著正相关，乔木 ＞灌
木 ＞草本，同时与原油污染浓度显著正相关，与土壤
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环 境 科 学 35 卷
图 1 不同原油污染浓度植物的生长指标
Fig． 1 Index of tested plant in different
concentrations of petroleum pollution
总有机碳、速效氮、pH、电导率均显著正相关，但
与脲酶显著负相关． 植物枯萎率与原油浓度、速效
磷、pH、电导率均显著正相关，但与脲酶显著负
相关．
3 讨论
植物的生态效应受到气候、土壤、水文、污染
及管理等多种因子的影响而具有多样性，本研究采
用室内盆栽，严格控制生态因子差异并以原油浓度
为唯一毒理条件，旨在筛选优秀的陕北适生性耐油
污植物． 从 6 种豆科植物的出芽时间、出芽率受原
油污染影响分析，同种植物出芽时间随污染浓度增
加而明显延迟，延迟期限乔木 ＞灌木 ＞草本植物，刺
槐延迟最明显． 与无污染处理对比，出芽率下降依
次为紫花苜蓿 ＜胡枝子 ＜柠条 ＜沙打旺 ＜红三叶草
＜刺槐． 紫花苜蓿在40 000 mg·kg －1时出芽率下降
仅 8. 3%，表现出较强的耐受力，种子萌发的抑制可
能由于高浓度石油烃抑制了种子贮蛋白水解酶的活
性，影响贮蛋白的分解进而妨碍了养分的供给［17］．
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． 40 000 mg·kg －1浓度时与无
污染相比，株高变化依次为紫花苜蓿 ＜沙打旺 ＜胡
表 3 植物生长与土壤因子相关性分析1)
Table 3 Correlation analysis between plant growth and soil factors
出芽率 出芽时间 株高 干重 叶绿素 枯萎率
物种 － 0. 653＊＊ 0. 377 0. 723＊＊ 0. 719＊＊ 0. 506* 0. 065
原油浓度 － 0. 450* 0. 849＊＊ － 0. 456* － 0. 462* 0. 601* 0. 551*
总有机碳 － 0. 658＊＊ 0. 454* － 0. 408 － 0. 401 0. 523* 0. 082
速效氮 － 0. 377 0. 715＊＊ － 0. 357 － 0. 366 0. 525* 0. 346
速效磷 － 0. 343 0. 741＊＊ － 0. 384 － 0. 363 0. 458* 0. 639*
pH － 0. 431 0. 820＊＊ － 0. 411 － 0. 415 0. 577* 0. 478*
脲酶 0. 287 － 0. 704* 0. 339 0. 332 － 0. 461* － 0. 453*
电导率 － 0. 423 0. 829＊＊ － 0. 424 － 0. 414 0. 543* 0. 609*
1)* 表示两者之间在 P ＜ 0. 05 水平上有显著相关性，＊＊表示两者之间在 P ＜ 0. 01 水平上有极显著相关性
枝子 ＜柠条 ＜刺槐 ＜红三叶草，紫花苜蓿表现出较
强的耐受力． 从高浓度处理时植物的枯萎率分析，
草本中紫花苜蓿仅在40 000 mg·kg －1浓度时出现
9%，而刺槐无枯萎现象． 说明土壤低原油浓度污染
情况下宜选用草本植物，其中紫花苜蓿综合表现较
优，素有“牧草之王”称号的紫花苜蓿很受关注，研
究也证明紫花苜蓿有优良的石油烃降解力［13，18］． 而
高浓度污染时，乔木的后期生长耐受力可能更好，其
潜在的优势可能表现在根系的抗环境毒理性能力方
面［19］，这尚需更进一步的研究．
由原油污染所造成的土壤理化因子的改变是复
杂的，黄绵土土体疏松、软绵，有机质含量低，土壤
呈碱性，透水性强［20］，但原油渗透污染易造成土壤
黏结而降低其透水性． 由于原油增加了土壤中相应
的碳含量，5 000 mg·kg －1浓度污染反而表现出对植
物出芽率和个别株高生长的促进，污染对植物生长
的抑制作用在10 000 mg·kg －1后才表现出来． 其抑
制原因可能如下:①原油在水中的溶解度很小，高浓
度污染时，原油吸附在土壤表面形成油膜，影响根系
吸水，致植物生长受限． 原油污染造成的植物生理
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3 期 山宝琴等:6 种陕北适生豆科植物生长对原油污染土壤的响应
性干旱使叶片组织活力下降，出现植物叶片枯
萎［21］． ②数据分析表明原油污染土壤中总有机碳
的含量显著增加，土壤中碳氮比和碳磷比被显著改
变，土壤 pH 和电导率增加，这和王小雨等［22］及王
传远等［23］研究结论相一致． 原油污染改变了土壤
的性质和盐离子浓度从而影响到根对营养物质的吸
收，宋雪英等［19］研究证明矿物油对植物根系的毒害
性更强． ③本研究表明油区土壤脲酶活性随原油污
染浓度增加而显著降低，脲酶活性反映土壤有机态
氮向有效态氮的转化能力和土壤无机氮的供应能
力． 说明由于石油烃污染所导致的碳、氮的增加，
并不具有生物有效活性，相关性分析也表明随土壤
脲酶活性降低，植物出芽时间延长，枯萎率和叶绿素
含量显著增加． 蔺昕等［24］研究证明随土壤油浓度
的增加，土壤中过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性下
降． 原油增加土壤黏性造成土壤板结，降低土壤通
透性，抑制土壤酶的活性等都会降低植物对土壤养
分的利用吸收．
植物叶绿素含量与物种显著正相关，乔木 ＞灌
木 ＞草本． 同时叶绿素含量与原油含量极显著正相
关，主要在10 000 ～ 40 000 mg·kg －1浓度范围随原油
污染增加而增加，40 000 mg·kg －1浓度时达到最大
值，与岳冰冰等［25］研究结果类似． 这一方面可能是
由于原油污染增加了土壤中光合作用所需要的碳
源，再者可能是植物通过增强光合作用积累营养物
质用以对抗逆境生理的适应方式．
4 结论
(1)原油污染显著改变土壤理化性质，土壤总
有机碳的含量显著增加，但表征土壤养分无机氮的
生物活性的脲酶含量显著减少，土壤碳、氮、磷的
比率被改变．
(2)本研究中原油污染浓度低时草本植物耐受
力较强，其中紫花苜蓿综合表现较优． 从高浓度枯
萎率及叶绿素含量分析，刺槐表现较高的耐受力．
以上两种植物在陕北油田区野外生存广泛，生命力
强且繁殖迅速，适应粗放型种植和管理，经济成本较
低． 因此，黄绵土-紫花苜蓿-低浓度污染和黄绵土-
刺槐-高浓度污染是具有修复潜力的两种组合．
(3)受试植物生长所能承受的污染极限不同．
沙打旺、红三叶草、胡枝子和柠条所能承受的污染
限值为20 000 mg·kg －1，紫花苜蓿所能承受的污染
限值为40 000 mg·kg －1，刺槐未现枯萎现象，土壤高
浓度污染时，乔木的后期生长耐受力可能更好．
(4)5 000 mg·kg －1低浓度原油污染，对受试植
物的发芽率和植物株高有促进作用． 植物出芽时
间、出芽率、株高和干重在10 000 mg·kg －1处理浓
度后明显降低，与原油污染浓度呈显著负相关． 叶
绿素则在10 000 ～ 40 000 mg·kg －1浓度范围与原油
污染浓度呈极显著正相关．
参考文献:
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