全 文 ：第 6 卷 第 4 期 环 境 工 程 学 报 Vol ． 6，No ． 4
2 0 1 2 年 4 月 Chinese Journal of Environmental Engineering Apr ． 2 0 1 2
典型禾本科植物对石油污染土壤的修复作用
许端平 董天骄 吕俊佳
(辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，阜新 123000)
摘 要 石油类污染物对土壤生态系统的结构与功能造成了较为严重的破坏，影响植物的生长，甚至直接影响到人类
健康。选择典型禾本科植物-高粱和玉米，通过盆栽实验，种植于模拟石油污染的土壤中，植物成熟收割后，通过测定土壤
中总石油烃的含量，植物体中多环芳烃和直链烷烃的含量，研究高粱和玉米对石油污染土壤的修复作用。结果显示:在种
植高粱、玉米后，土壤中总石油烃含量明显降低，并且在收获的高粱、玉米植物体中直链烷烃和多环芳烃含量明显高于空白
对照组(未检出)。说明高粱、玉米对石油烃具有一定的去除作用，且高粱对土壤中石油烃的去除作用高于玉米;高粱、玉米
对土壤中的多环芳烃和直链烷烃具有一定的积累与富集作用。
关键词 土壤 石油污染 植物 修复
中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1673-9108(2012)04-1398-05
Remediation of petroleum contaminated soil by typical gramineous plants
Xu Duanping Dong Tianjao Lü Junjia
(School of Resources and Environmental Engineering，Liaoning Technical University，Fuxin 123000，China)
Abstract Petroleum contaminants in soil are destructive to the soil texture and the ecological function
there，and have effects on the growth of plants there． They even pose heavy threat to health of human being near-
by． Pot experiments were carried out with sorghum and corn in oil-contaminated soil (blank group was set)to
study the remediation of petroleum contaminated soil by the gramineous plants． When the plants were reaped，
content of total petroleum hydrocarbon in the soil，as well as the contents of polycyclic aromatic hydrocarbon and
straight-chain paraffin in these plant corpuses were detected． It was found that the content of total petroleum hy-
drocarbons in soil reduced much after the sorghum and corn were reaped． At the same time，the content of poly-
cyclic aromatic hydrocarbon and straight-chain paraffin in sorghum and corn corpuses planted in the contaminated
soil was higher than that in the black group (not detected)． Conclusion can be made that sorghum and corn can
remove the petroleum hydrocarbons in the contaminated soils and sorghum has the higher removal capacity than
corn． On the other hand，the plants can accumulate polycyclic aromatic hydrocarbon and straight-chain paraffin
from the soil．
Key words soil;contaminated with petroleum;plant;remediation
收稿日期:2010 － 10 － 23;修订日期:2010 － 12 － 16
作者简介:许端平(1961 ～) ，男，博士，副教授，主要从事土壤污染修
复机理以及工业废水控制技术研究工作。
E-mail:jsxdp@ sohu． com
每年全世界约有 800 多万 t，我国有 60 多万 t
原油通过各种渠道进入环境［1］，污染土壤、地下水、
河流和海洋。石油污染对土壤生态系统的结构与功
能造成破坏，首先是严重影响土壤的通透性，使土壤
肥力下降;其次是直接对生长的植物及土壤微生物
产生毒害作用，从而影响土壤的生产能力。另外，石
油中的多环芳烃类物质有很强的三致作用［2］，并能
通过食物链在动植物体内逐级富集，其在土壤中的
富集对生态系统更具危害性。与此同时，植物也会
对土壤中的石油烃类污染物产生降解与富集作用。
李方敏等［3］研究表明，玉米草对土壤的石油污染具
有一定的耐受力并适合在石油污染土壤上种植;欧
阳威等［4］认为高羊茅对于提高微生物菌剂强化分
解石油有一定的促进作用;蔺昕等［5］研究认为植
物的吸收和代谢对多环芳烃(PAHs)的降解起很大
作用。为了反映禾本科植物高粱、玉米对石油类污
染物的去除与富集作用，通过盆栽实验，将其种植于
含有一定浓度石油的土壤中，监测分析一个种植季
节后土壤中总石油烃含量的变化量及植物体中直链
第 4 期 许端平等:典型禾本科植物对石油污染土壤的修复作用
烷烃和多环芳烃的浓度。
1 实验材料与方法
实验所用石油为产自大庆的原油，其硫含量低，
蜡含量高，凝固点高。供试土壤为北京潮土(采自
中国环境科学研究院花园) ，土壤采集后过 1 mm筛
备用。经分析检测，供试潮土的主要理化性质如下:
pH 7． 58、有机质含量 0． 54%、阳离子交换量 9． 09
cmol /kg、砂粒(＞ 20 μm)含量 54%、粉砂(2 ～ 20
μm)含量 38%、粘粒(＜ 2 μm)含量 8%。植物种子
为购于北京农业科学研究院种子站的玉米和饲料
高粱。
植物栽种采用盆栽技术。按比例(土壤中石油
浓度分别为 0、1、5、10 和 20 g /kg)称取一定量的石
油溶于石油醚，加入 7 kg 土壤中并混合均匀，通风
处放置约 48 h，使其中的石油醚挥发后，装入陶土盆
中，盆内土壤厚度约 25 ～ 30 cm。往盆内土壤中均
匀播入种子，加入一定量复合肥料，覆盖一层土壤
后，浇水。另有空白对照(在以上各种浓度石油污
染土壤的盆中不种植任何植物)。所有种植过程均
在中国环境科学研究院温室内进行。每星期浇
水1 次。
植物收获后，阴凉处自然风干粉碎，定量分析其
中的多环芳烃及直链烷烃含量(多环芳烃及直链烷
烃为石油中的典型组分) ，并与对空白照组比较，以
研究这些典型石油组分在植物中的积累与富集;同
时取一定量植物种植季节后的土壤，测其中的总石
油烃残留量，并与对照组比较，以研究禾本科植物高
粱、玉米对石油类污染物污染土壤的去除行为与修
复作用。
土壤中的总石油烃(TPH)及植物中的直链烷烃
和多环芳烃(PAHs)含量测定采用气相色谱法
(GC)［6］，其标样采用直链烷烃、多环芳烃标样以及
10#柴油作为总石油烃标样［7］，所用分析仪器为
SHIMADZU 2010 气相色谱仪。
2 结果与讨论
2． 1 高粱和玉米对石油污染土壤的修复作用
经过一个种植季后，高粱、玉米对石油污染土壤
修复模拟实验结果见图 1。其中横坐标为在种植植
物之前潮土中添加的石油量，纵坐标为种植高粱、玉
米以及未种植任何植物(空白对照组)的土壤中石
油的残留量。
图 1 中数据显示，每一石油浓度组，不种植任何
植物的对照组，土壤中总石油烃的残留量明显高于
种植玉米和高粱土壤中石油组分的残留量值。并
且，种植高粱的土壤中总石油的残留量小于种植玉
米土壤中总石油烃的残留量。说明:高粱和玉米均
对石油污染土壤具有一定的修复能力，高粱对石油
污染土壤的修复能力高于玉米。
图 1 经高粱、玉米修复后土壤中总石油烃残留量
Fig． 1 TPH residue in soils after
remediation with sorghum and corn
每一种植物对每一个浓度石油污染土壤中石油
的降解率见表 1。
表 1 植物对各石油浓度污染土壤中石油的去除率
Table 1 Removal rate of TPH in soils with different
concentrations of oil by plants (%)
浓度(g /kg)
0 1 5 10 20
高粱 0 10． 7 19． 1 11． 5 10． 3
玉米 0 8． 2 6． 4 5． 4 5． 8
表 1 数据显示:在一定范围内，高粱对石油的去
除率随土壤中石油的浓度增加而升高，然后，随浓度
增加，去除率下降。当土壤中石油浓度为 5 g /kg
时，高粱对污染土壤的石油的去除效果最好(总石
油烃去除率 19． 1%) ，而当土壤中石油浓度为 1 g /
kg时，玉米对污染土壤石油的去除效果最好(总石
油烃去除率 8． 2%)。说明典型禾本科植物高粱和
玉米对石油污染土壤具有一定的修复作用，并且，高
粱对其修复作用要强于玉米。
植物对土壤中石油类污染物的去除是通过降解
和积累作用实现的。其中，降解作用，即植物本身通
过体内的新陈代谢作用或借助于自身分泌的物质
(如酶) ，将所吸收的污染物在体内分解为简单的小
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环 境 工 程 学 报 第 6 卷
分子如 CO2 和 H2O，或转化为无毒或毒性微弱形态
的过程。高粱、玉米对石油烃的降解方式主要有以
下几种［8，9］。
(1)高粱、玉米体内酶氧化降解作用。高粱、玉
米通过脱卤酶、硝基还原酶、过氧化物酶等催化降解
污染物，这些酶可以首先将石油中的烃类化合物氧
化为醇，再次生成酸，最后生成 CO2 和 H2O。
(2)同化污染物。高粱、玉米通过木质化作用
将石油烃中的 C、H、O、N等元素同化到自身物质组
成之中，促进自身生长。
(3)植物体内羟基化。羟基化是植物脱毒的一
个重要反应，有机污染物进入植物体后，植物细胞将
发生化学转化，将石油中的有毒组分进行烷基化和
羟基化，进而转化为尿素被植物吸收。
(4)植物与土壤微生物协同作用促进石油烃的
降解。根是植物体重要的器官，植物在不断地竭尽
寻找水源和矿物质的进化过程中，形成了庞大的根
系和吸收机制。根系发育在整个表层土形成一个特
殊的生态环境，它不仅是物质和能量交换的场所，还
是土壤物质循环的重要作用界面。植物根系从这里
吸收水分、矿营养的同时也向根系周围土壤环境释
放各种分泌物质。这些分泌物为根系微生物生长提
供有机碳源，有些也是微生物共代谢的基质，根系的
输水性能也为微生物生长提供了更为适宜的温度环
境，并且根系巨大的表面积也是微生物的寄宿之处。
这些因素刺激着某些微生物和土壤动物在根系周围
大量繁殖和生长，有时可使根系圈内土壤动物和微
生物量达到圈外的几十甚至上百倍。这种微生物在
数量和活动上的增加，使污染物的矿化作用有明显
提高。这些作用，使得高粱和玉米对土壤中的石油
组分有一定的去除和降解能力。
2． 2 高粱和玉米对石油烃的累积作用
植物对土壤中石油烃去除的另一个途径是石油
组分在植物内的富积作用。其机理是植物利用根系
吸收土壤和水中的污染物，整个吸收过程包括植物
根表面的吸收，根表面细胞膜上的转运系统将污染
物由表面向细胞内的主动运输以及污染物在植物体
内的转运和运输等生化和物理过程，最后将污染物
富积于植物体内。
植物根系对环境中中等亲水性有机污染物有很
高的去除效率，这些化合物包括石油烃中的苯系物、
短链脂肪族化合物及多环芳烃中的萘等。而对于疏
水性强的有机化合物易于被根表面强烈吸附而难以
运输到植物的茎和叶等植物体内;而比较容易溶于
水的有机污染物不易被根表吸附而易被运输到植物
体内。
图 2 所示为高粱及玉米植物体中多环芳烃含
量，其中对照样(种植土壤中未加石油)中未检出多
环芳烃。从图中可以算出，在石油污染的土壤上种
植的高粱及玉米植物体中多环芳烃的含量均较高，
且高粱和玉米植物体内多环芳烃分布状况接近，即
萘及二氢苊含量接近 90 ng /g 植物干重。蒽的含量
最低，约 10 ng /g 左右。10 g /kg 和 20 g /kg 石油污
染土壤中种植的植物多环芳烃含量较空白对照样高
许多(未检出) ，说明高粱和玉米对多环芳烃均具有
累积效应［10］。其分布可能受到多重因素的影响。
①土壤中各多环芳烃含量不同;②萘、二氢苊等的辛
醇-水分配系数中等，比较容易被植物根系吸收，造
成其在植物体内的含量增加。
图 2 植物体中多环芳烃含量
Fig． 2 Concentration of PAHs in plant body
图 3 是在模拟石油污染土壤中种植的高粱和玉
米植物体中直链烷烃含量。图中数据也同样显示植
物体内直链烷烃含量较对照样品(土壤中不含石
油)高许多。说明高粱、玉米对直链烷烃有较强的
富集作用。图 3(a)显示，当原土壤中石油含量为
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第 4 期 许端平等:典型禾本科植物对石油污染土壤的修复作用
图 3 植物体中直链烷烃含量
Fig． 3 Concentration of alkenes in plant body
20 g /kg，高粱中 C17和 C18的含量分别为 879． 4 ng /g
和 847． 2 ng /g，高粱总植物量为 107 g［11］，则植物对
该直链烷烃的总富集量为 94． 1 mg 和 90． 1 mg。大
庆石油中 C17和 C18的含量为 1%
［12］，种植高粱后 C17
和 C18的去除量均为 140 mg。则富集作用的贡献率
分别为 67． 2%和 64． 4%。当然，高粱、玉米对其中
不同组成的石油组分，其富集贡献率也不一样。总体
看碳链越长的直链烷烃在植物体内的累积量越大。
其原因有:(1)石油烃中碳链越短的直链烷烃，其挥发
性越强，导致石油污染土壤中该组分含量较低，则能
被植物吸收的该组分的量相应减少;(2)碳链短的直
链烷烃，容易被植物及土壤微生物降解，使其在植物
体内的含量较低;(3)进入高粱、玉米植物体内的短链
直链烷烃也较易通过叶片等挥发进入大气［13，14］。
比较图 3(a)和图 3(b)还可以看出，相对于玉
米而言，高粱对直链烷烃具有更强的富集能力，使其
植物体内直链烷烃的含量更高。这与高粱、玉米的
不同细胞构成等因素有关。
3 结 论
通过种植高粱、玉米前后土壤中总石油烃的变
化、植物体内多环芳烃和直链烷烃的含量测定，研究
植物对土壤中石油类污染物去除与转化作用。得出
如下结论:
(1)高粱、玉米等禾本科植物对土壤中石油烃
类污染物具有一定的修复作用。修复作用包括降解
和富集，其降解作用是通过石油烃类污染物在植物
体内酶氧化降解、污染物被植物同化、羟基化和植物
与土壤微生物协同作用促进石油烃的降解等途经实
现的。其结果是将部分石油烃通过氧化等生物、物
理及化学过程转化成简单无机物 CO2 和 H2O;
(2)高粱、玉米等植物对石油中的多环芳烃及
直链烷烃有较为明显的富集作用，使种植于污染土
壤中植物体内这些组分的含量明显高于背景值。直
链烷烃在高粱中的分布高于其在玉米中的分布，而
多环芳烃在两种植物中的分布规律相似。
参 考 文 献
［1］陈长兴，张士权，刘杆椿，等．我国油气田环境污染源分
析．环境科学，1995，16(1) :78-82
Chen Changxing，Zhang Shiquan，Liu Ganchun，et al． A-
nalysis of the environmental pollution sources in the oil and
gas fields in China． Environmental Science，1995，16(1) :
78-82(in Chinese)
［2］任磊，黄廷林．土壤的石油污染．农业环境保护，2000，19
(6) :360-363
Ren Lei，Huang Tinglin． Contamination of soils by petrole-
um． Agro-Environmental Protection，2000，19(6) :360-
363(in Chinese)
［3］李方敏，姚金龙，王琼山． 修复石油污染土壤的植物筛
选．中国农学通报，2006，22(9) :429-431
Li Fangmin，Yao Jinlong，Wang Qiongshan． Screening of
plants for phytoremediation of petroleum-contaminated
soils． Chinese Agricultural Science Bulletin，2006，22(9) :
429-431(in Chinese)
［4］欧阳威，刘红，于勇勇，等．高羊茅对微生物强化修复石
油污染土壤影响的研究． 环境污染治理技术与设备，
2006，7(1) :94-97
Ou Yangwei，Liu Hong，Yu Yongyong，et al． The com-
bined effects of tall fescue (Festuca arundinace)phyto-re-
mediation and bio-augmentation on treatment of oil-contami-
nated soil． Techniques and Equipment for Environmental
Pollution Control，2006，7(1) :94-97(in Chinese)
［5］蔺昕，李培军，台培东．石油污染土壤植物微生物修复研
究进展．生态学杂志，2006，25(1) :93-100
Lin Xin，Li Peijun，Tai Peidong． Research progress in phyto-
1041
环 境 工 程 学 报 第 6 卷
microbial remediation of petroleum-contaminated soil． Chinese
Journal of Ecology，2006，25(1):93-100(in Chinese)
［6］宋玉芳，区自清，孙铁珩，等．土壤、植物样品中多环芳烃
(PAHs)分析方法研究．应用生态学报，1995，6(1):92-96
Song Yufang，Ou Ziqing，Sun Tieheng，et al． Analytical
method of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs)in soil
and plant samples． Chinese Journal of Applied Ecology，
1995，6(1) :92-96(in Chinese)
［7］黄宁选，马宏瑞，王晓蓉，等．环境中石油烃污染物组分
的气相色谱分析． 陕西科技大学学报，2003，21(12) :
25-29
Huang Ningxuan，Ma Hongrui;Wang Xiaorong，et al． GC
analysis of petroleum hydrocarbons in soil and water sam-
ples contaminated by crude． Journal of Shaanxi University
of Science ＆ Technology，2003，21(12) :25-29(in Chi-
nese)
［8］韩阳，李雪梅，朱延姝，等．环境污染与植物功能．北京:
化学工业出版社，2005
［9］王鹤茹，刘燕舞．污染土壤生物修复的研究进展．安徽农
业科学，2010，38(20) :11013-11014，11017
Wang heru，Liu Yanwu． Research progress on the bioremedi-
ation of contaminated soil． Journal of Anhui Agricultural Sci-
ences，2010，38(20):11013-11014，11017(in Chinese)
［10］宋玉芳，许华夏，孙铁珩．湿地土壤中矿物油和多环芳
烃(PAHs)植物修复调控研究．应用生态学报，2000，11
(增刊) :99-102
Song Yufang，Xu Huaxia，Sun Tieheng． Plant remediation
of PAHs and mineral oil contaminated soil in wet land．
Chinese Journal of Applied Ecology，2000，11 (sup．) :
99-102(in Chinese)
［11］许端平，王波．土壤中石油烃类污染物对高粱玉米生长
的影响研究．矿业快报，2006，(12) :28-30
Xu Duanping，Wang Bo． Effect of petroleum hydrocarbon
in soil on growth of sorghum and corn． Express Informa-
tion of Mining Industry，2006，(12) :28-30(in Chinese)
［12］黄福堂．大庆油田原油的物理化学性质、组成与特征．
大庆石油学院学报，1983，(2) :54-66
Huang Futang． Physicochemical property，composition and
characteristics of oil in Daqing Oil Field． Journal of
Daqing Petroleum Institute，1983，(2) :54-66(in Chi-
nese)
［13］程国玲，李培军．石油污染土壤的植物与微生物修复技
术．环境工程学报，2007，1(6) :91-96
Cheng Guoling，Li Peijun． Phytoremediation and microbial
remediation of petroleum contam inated soil． Chinese
Journal of Environmental Engineering，2007，1(6) :91-96
(in Chinese)
［14］Carman E． P．，Crossman T． L．，Gatliff E． G． Phytore-
mediation of No． 2 fuel oil contaminated soil． J． Soil Con-
tam．，1998，7(4) :455-466
2041