石油污染土壤对植物种子发芽的影响研究

金 晶，张忠智，李 佳，柏春荫，张 敏，唐雪冰

(中国石油大学(北京)化学工程学院，北京 102249)

在石油开采、贮运、炼制加工、使用和运输过程中，往往伴随着石油的泄露，造成了严重的石油污染[1，2]。石油中的许多成分如苯、甲苯、乙苯、菲、苯并[a]芘等都被美国环保局(EPA)列为优先污染物范围，这些污染物具有潜在的致突变性和致癌性，可通过直接或间接方式对环境和人体健康带来严重损害[3，4]。传统上治理石油污染土壤有多种方法，生物修复技术是目前使用最广泛、低成本的石油污染土壤处理技术。近年来，出现了一种新的生物修复技术——微生物-植物联合修复，利用微生物、植物的共同作用来控制、去除环境污染物或使其无害化，被认为是一种绿色的生物技术，能加速土壤和沉积物中污染物的去除[5～7]。李方敏等[8]研究石油污染土壤对狼尾草、玉米、黑麦草等植物发芽率的影响发现，随着污染物浓度升高，发芽率呈下降趋势；程国玲等[9]研究了矿物油对小麦和苜蓿种子萌发和生长的影响，结果表明矿物油对植物生长有明显的抑制作用。

作者在此选择草坪绿化常用植物[三得利(Sanditi)、考拉(Koala)、顶峰Ⅱ(PinnacleⅡ)、百丝(Festucaarundinacea)]，观察其接种高效石油降解菌Ⅰ在不同石油污染条件下的种子发芽数和生长情况，旨在筛选出具有较好石油耐受性的植物，以期为深入研究植物修复污染土壤提供参考。

1 实验

1.1 供试土壤与植物、菌株

实验所用土壤采自中国石油大学草坪表层，采集后风干、过筛，备用。

实验用植物种子(发芽率>95%)购自北京百绿公司。

I菌：属于芽孢杆菌属，为自行保藏的具有石油降解能力的菌株，活化培养后，置于4 ℃冰箱备用。

1.2 仪器

MC1系列AC型电子天平，HZQ-C型空气浴振荡器，JJT-900型超净工作台，YXQ.SG41.280型灭菌锅，RQX-300B智能型人工气候箱。

1.3 方法

1.3.1 水模拟培养发芽实验

三得利、考拉、顶峰、百丝4种供试植物种子各取30粒，分2组，放入培养皿中，一组只加蒸馏水，另一组先加5 mL I菌液，再加入适量蒸馏水没过种子浸泡2 h，分开放入智能人工气候箱。调节人工气候箱为：白天16 h、温度28 ℃，夜间8 h、温度20 ℃，光照66%，湿度60%。每天观察，保证培养皿中的水量，适时加入蒸馏水保证种子被水浸泡。记录种子发芽情况。

1.3.2 无石油污染土壤培养发芽实验

选取上面2组已发芽的4种植物种子分别在铺好土的培养皿中种植：第一组用蒸馏水浇灌至土完全湿润；第二组用2% I菌液浇灌至土完全湿润；第三组种植经I菌液浸泡发芽的种子，但是浇灌蒸馏水。每种植物每组3个平行。调节智能人工气候箱为：白天16 h、温度30 ℃，夜间8 h、温度20 ℃，光照66%，湿度60%。每天观察，保证培养皿中的土壤湿润，记录种子发芽数量和生长情况。

1.3.3 石油污染土壤培养发芽实验

采用称重稀释法[10]配制含油量为500 mg·kg-1、1000 mg·kg-1、1500 mg·kg-1、2000 mg·kg-14个浓度梯度的石油污染土壤，以不加油土壤作为对照组。选取发芽率较高的已发芽植物种子在石油污染土壤中种植：第一组浇灌蒸馏水；第二组浇灌2% I菌液，每组3个平行。每天观察，保证培养皿中的土壤湿润，记录种子发芽数量和生长情况。

2 结果与讨论

2.1 水模拟培养发芽

4种植物水模拟培养发芽实验结果如图1所示。

a.不加菌 b.I菌液预浸泡

由图1可以看出，三得利和考拉的发芽数均在实验前期一周内达到最大值。经I菌预浸泡处理的种子发芽数均稍多于未加菌组，说明加菌可以促进植物种子发芽。

2.2 无石油污染土壤培养发芽

4种植物无石油污染土壤培养发芽实验结果如图2所示。

a.不加菌，只浇水 b.浇灌2% I菌液 c.I菌液预浸泡，浇灌水

由图2可知，根据浇灌方式的不同，种子的发芽数多少顺序为：第三组(I菌液预浸泡，浇灌水)>第一组(不加菌，只浇水)>第二组(浇灌2% I菌液)。用I菌液预浸泡种子有利于种子发芽，但是无污染土壤条件下一直浇灌I菌液对植物种子发芽有抑制作用，使种子发芽数下降。

2.3 石油污染土壤培养发芽

选取发芽率较高的百丝、三得利种子进行不同浓度梯度石油污染土壤中培养发芽实验，结果如图3、图4所示。

由图3、图4可知，随着土壤污染浓度的增大， 植物种子的发芽数均呈减少趋势。在相同浓度梯度下，浇灌I菌液的种子发芽数均多于蒸馏水浇灌的植物，尤其当浓度为2000 mg·kg-1时，加菌组发芽数比不加菌组高70%～75%。由此可见，在石油污染的土壤中I菌可以提高植物的抵抗力，增强其对石油污染物的胁迫作用，从而有利于植物的发芽。

a.不加菌 b.浇灌2% I菌液 500 mg·kg-1 1000 mg·kg-1 1500 mg·kg-1 2000 mg·kg-1

a.不加菌 b.浇灌2% I菌液 500 mg·kg-1 1000 mg·kg-1 1500 mg·kg-1 2000 mg·kg-1

2.4 植物根部的生长

植物通过其根部的须根吸收水分和无机盐，供植物生长，而根表面面积越大越有利于植物吸收土壤中的水分和无机盐，促进植物生长[11]。在显微镜下观察4种植物的根须，结果如图5所示。

a.三得利 b.考拉 c.顶峰 d.百丝

由图5可知，三得利和考拉植物根部须根很少，而顶峰和百丝植物根部须根非常丰富。且三得利、考拉属豆科植物，百丝和顶峰属禾本科植物。禾本科植物较豆科植物根系更加发达，作为禾本科具有代表性意义的百丝更适合作为石油污染土壤修复的植物。

3 结论

采用三得利、考拉、百丝和顶峰为实验植物进行不同条件下的发芽实验，结果表明：

(1)先用I菌液浸泡植物种子2 h对植物种子发芽有促进作用，无污染条件下每天接种I菌液对植物种子发芽有一定抑制作用。

(2)随着土壤石油污染浓度的增大，植物的发芽数呈减少趋势，且接种I菌液的发芽数多于未接种的发芽数。说明接种I菌可以增强植物的抵抗力，提高其对石油污染物的胁迫作用，促进植物种子发芽，利于植物的生长。

(3)百丝不仅发芽率较高，且作为禾本科植物与豆科植物三得利相比有较丰富的须根系，应用广泛，适合作为石油污染土壤修复的植物，为进一步研究污染土壤植物修复提供参考。

参考文献：

[1] Lu Mang，Zhang Zhongzhi，Sun Shanshan,et al.Enhanced degradation of bioremediation residues in petroleum-contaminated soil using a two-liquid-phase bioslurry reactor[J].Chemosphere,2009,77(2):161-168.

[2] Balba M T，Al-Awadhi N，Al-Daher R.Bioremediation of oil-contaminated soil：Microbiological methods for feasibility assessment and field evaluation[J].Journal of Microbiological Methods，1998,32(2):155-164.

[3] 詹研.中国土壤石油污染的危害及治理对策[J].环境污染与防治，2008,30(3):91-96.

[4] 程国玲,李培军.石油污染土壤的植物与微生物修复技术[J].环境工程学报,2007,1(6):91-96.

[5] 李凯峰,温青,夏淑梅.石油污染土壤的生物处理技术[J].应用科技,2002,29(10):62-64.

[6] Huesemann Michael H,Hausmann Tom S，Fortman Tim J.Microbial factors rather than bioavailability limit the rate and extent of PAH biodegradation in aged crude oil contaminated model soils[J].Bioremediation，2002，6(4):321-336.

[7] Escalante-Espinosa E，Gallegos-Martnez M E，Favela-Torres E，et al.Improvement of the hydrocarbon phytoremediation rate byCyperuslaxusLam.inoculated with a microbial consortium in a model system[J].Chemosphere，2005,59(3):405-413.

[8] 李方敏,姚金龙,王琼山.修复石油污染土壤的植物筛选[J].农业资源与环境科学,2006,22(9):429-431.

[9] 程国玲,李培军.矿物油对小麦、苜蓿种子萌发和生长的影响[J].种子,2007,26(6):24-27.

[10] 鲁莽,张忠智,孙珊珊,等.植物根际强化修复石油污染土壤的研究[J].环境科学,2009,30(12):3703-3709.

[11] 王靖,张忠智,苏幼明,等.石油污染土壤植物修复根际效应研究[J].石油化工高等学校学报,2008,21(2):36-40.