不同原油浓度对两种农作物的生长特性影响评价

雒晓芳，陈丽华，王冬梅，王瑾，霍伟鹏（.西北民族大学实验中心，甘肃兰州730030；.西北民族大学生命科学与工程学院，甘肃兰州730030）

不同原油浓度对两种农作物的生长特性影响评价

雒晓芳1，陈丽华1，王冬梅1，王瑾2，霍伟鹏2
（1.西北民族大学实验中心，甘肃兰州730030；2.西北民族大学生命科学与工程学院，甘肃兰州730030）

通过测定农作物的生长状况及产品品质，研究了不同原油含量对农作物生长状况的影响。试验结果表明，随着土壤中原油含量的增加，玉米、大豆中总烃、芳烃、总酚含量也相应增多，呈明显的正相关性。当加入0.5 g/kg的石油时，玉米果实中的总烃、芳烃、总酚含量分别为37.25 mg/kg、9.80 mg/kg、1.394 mg/kg，大豆中分别为52.14 mg/kg、12.77 mg/kg、1.693 mg/kg。当石油含量为0.5～1.0 g/kg时，对农作物的生长发育有促进作用，同时促进淀粉、蛋白质的合成，增加果实质量；当含量为3.0 g/kg时，促进效果下降。

原油浓度；玉米；大豆；生长特性；评价

石油作为当今社会的主要能源，推动着工业和国民经济的发展，然而其应用过程中也伴随着严重的污染问题。石油污染是指石油在开采、冶炼、贮运和使用过程中，原油和各种石油制品进入环境而造成的污染。目前国内外对石油污染土壤的修复有很多研究，但随着石油工业的快速发展，各种石油类物质对土壤的污染问题日益严重，油田区周围尤为突出。石油造成土壤污染的原因主要有石油中的各种成分都具有一定的毒性，石油类污染物可破坏生物的生活环境、造成生物的机能障碍[1]。石油烃积累在土壤表层会破坏土壤结构，影响其通透性，进而影响农作物的生长和发育[2]，对植物的生长、结实和果实的品质等造成一定的影响，并可通过食物链在动物体内逐级富集，危害人类健康。被石油污染的土壤对植物生长的影响、石油污染土壤的生态毒性效应和相应的修复技术等研究均受到国内外专家的关注[3-6]。

石油污染土壤的修复方法有物理方法、化学方法和生物方法，其中微生物修复是利用微生物的分解作用去除污染物，植物修复则综合利用微生物、植物与环境间的相互作用，将石油组分吸附、降解、转化或固定为无害物质[7]。植物可直接吸收有机污染物，释放分泌物和酶类物质，还能提高根系微生物的数量和活性[1]，植物与微生物共同作用能明显提高修复效果[8]。目前，国外已广泛利用植物根际效应修复有机污染物特别是多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）类物质[9-10]，我国在此领域的研究起步较晚，李方敏等[11]研究表明，玉米草适合在石油污染土壤上种植；蔺听等[12]认为植物-微生物系统的吸收代谢能力决定了有机污染物的降解。凌婉婷等[13]研究了多种植物根对土壤中多环芳烃的吸收作用，结果表明，不同植物根中菲和芘的含量和根系富集系数与根的脂肪含量呈显著正相关。植物可通过体内的新陈代谢作用，转化污染物为弱毒或无毒的代谢物，对植物中多环芳烃吸收积累的研究表明，多环芳烃大量积聚在植物根部，极少量被运输到茎叶中[14]。

目前，针对土壤中石油类污染物对植物生长的影响，相关领域的研究多以盆栽试验为主，供试植物多为旱田植物，主要有小麦、玉米、高粱、黄豆、苜蓿、披碱草、向日葵等。李春荣等[15]通过盆栽试验研究不同浓度石油烃对黄豆生长的影响，研究表明石油烃初始质量浓度≤5 g/kg时，对黄豆幼苗叶绿素含量、丙二醛（methanedicarboxylicaldehyde，MDA）含量无显著影响；初始质量分数为10 g/kg时，对黄豆幼苗有明显的毒害作用；初始质量分数为10～50 g/kg时，对土壤微生物的生长有促进作用。彭昆国等[16]通过研究不同浓度石油对不同植物种子萌发和幼苗生长的影响，表明玉米和高粱的株高和根长与土壤中石油浓度呈显著正相关，而披碱草的根长则与之呈显著负相关。程龙飞等[17]研究表明，土壤中石油浓度与玉米产量之间呈直线负相关，玉米中苯并（a）芘的残留量与土壤中石油的残留量之间呈直线正相关。

试验选用姬塬油田地区土壤为供试土壤，以玉米和大豆为研究对象，通过田间和盆栽模拟试验研究不同浓度的原油污染处理对植物指标的影响，全面监测和评价石油污染物胁迫对两种植物的毒性效应，以期为土壤石油污染对植物的影响及其植物生物修复提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试土壤：姬源油田地区土质为典型的黄绵土，有四年耕作史，周围无污染源，其理化性质及有关化学物质含量分析结果见表1。原油：陕西姬源油田油井中开采出的石油；玉米和大豆的种子：当地的农贸市场；其他化学试剂均为国产分析纯。

表1 试验土壤中有机污染物含量和理化性质测定结果Table 1 Physicochemical properties and contents of organic pollutants in tested soil

1.2 仪器与设备

BS223S电子天平、CPA225D电子天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；XS205DU型电子天平：梅特勒-托利多公司；DSR系列温湿度记录仪：杭州佐格通讯设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计

选用玉米和大豆为试验作物，分别进行田间和盆栽试验，设置4个土壤原油含量，分别为0、0.5 g/kg、1.0 g/kg、3.0 g/kg。播种与田间管理：播种后先不起垅，每样方9穴，每穴先加底肥磷酸二胺5 g，然后盖一层土，浇适量清水渗下去后，撒4～6粒玉米种子，覆土盖好。玉米幼苗长出25 cm左右，起垅，干旱时期（5、6、7月）浇水5次，除草2次，灭虫1次，防倒伏1次，并按生长发育期进行测试观察。盆栽大豆的管理、观测方法同玉米田间试验。试验期间正常浇水以保持试验基质的湿度，在对照组出苗率达50%的第14天结束试验。

1.3.2 测定方法

石油类有机物含量参照国标GB/T8538—2008《饮用天然矿泉水检验方法》测定[18]，考马斯亮蓝G-250法测定蛋白质含量[19]，蒽酮法测定淀粉含量[20]，索民提取法测定脂肪含量[20]，株高用直尺测量，干物质量用称量法测定。

表2 原油中有机污染物对玉米的影响Table 2 Effect of organic pollutants on maize

2 结果与分析

2.1 原油中有机污染物对玉米、大豆的影响

石油能够在植物细胞间隙和维管束系统中运输，根部从土壤中吸收的石油能向叶子和果实移动，并不断积累，也能从叶子吸收向根部转移[21]。通过田间玉米和盆栽大豆试验，设置4个土壤原油含量分别为0、0.5 g/kg、1.0 g/kg、3.0 g/kg，选用玉米和大豆为试验作物，分别进行田间和盆栽试验，种植14 d后测定玉米和大豆中总烃、芳烃、总酚及苯并芘（benzo A pyrene，BaP）含量，结果分别见表2及表3。

由表2、表3可知，随着土壤中原油含量的增加，玉米、大豆中总烃、芳烃、总酚含量也相应增多，呈明显正相关性。试验种植玉米、大豆的土壤中加入石油的最小含量组为0.5 g/kg，作物果实中总烃、芳烃、总酚含量在玉米中分别为37.250 mg/kg、9.800 mg/kg、1.394 mg/kg，大豆中分别为52.140 mg/kg、12.770 mg/kg、1.693 mg/kg，随着原油含量上升，作物中总烃、芳烃及总酚含量未见明显增高，但都较明显地超过空白对照组农作物测定值。值得注意的是，在石油含量为3.0 g/kg时，玉米中的总烃含量和大豆中的总烃、总酚含量都有所下降，分析原因可能是因为石油浓度达到了一定的危害值，使植物的生长受到轻微的抑制，对污染物的吸收量减少。

表3 原油中有机污染物对大豆的影响Table 3 Effect of organic pollutants on soybean

原油中含有多种芳烃，特别是多环芳烃中有些组分具有致癌性，其中苯并芘（BaP）具有较强的致癌性、致突变性和致畸性。植物体在生长发育过程中会从土壤中吸收多种多环芳烃，不断地积累在植物体中。从试验结果来看，大豆、玉米中的BaP含量并不随土壤中原油含量的增加而增加，各原油含量组的大豆、玉米中BaP的测定值与空白组进行比较，根据统计学分析，无显著差异，处于同一个水平，说明作物中BaP含量并不完全和土壤中石油含量呈正相关性。

根据表2和表3的数据，与对照组相比，结果表明，农作物对土壤中的石油污染物有较强的吸收和富集作用。在试验所设置的几个质量浓度条件下，植物并未出现不良性状，但当土壤原油含量过高时，会破坏土壤结构，使植物根部的呼吸作用和对营养成分的吸收受到影响，破坏叶绿素的合成，对植物的生长产生毒害作用。石油污染土壤中存在一定数量的石油降解菌，且易在植物根际选择性富集，这些微生物的存在会加速污染物的降解。当土壤原油含量过高时，会减少这些微生物的数量并抑制其活性，这一原因也会影响植物对污染物的修复，增加污染物对植物的毒害。

2.2 原油对农作物生长和产品品质的影响

影响农作物生长发育及产品的品质的因素，除了农作物品种之外，还有环境条件等诸多因素，特别是土壤条件起着决定性的作用，当土壤中加入不同含量的原油时，对产品的品质、作物生长发育等都产生影响。种植14 d后玉米和大豆中主要指标的测定结果分别见表4及表5。

表4 原油对玉米生长和营养成分的影响Table 4 Effect of crude oil on growth and nutrition of maize

表5 原油对大豆生长和营养成分的影响Table 5 Effect of crude oil on growth and nutrition of soybean

2.2.1 生长发育分析

由表4和表5可知，当原油含量为0.5 g/kg时，对玉米株高有明显的促进作用，当石油量为0.5～3.0 g/kg时，随着原油含量的增加，植株的高度逐渐减小。从千粒质量来看，加入石油含量为0.5～3.0 g/kg，玉米的千粒质量均有所增加，其中以0.5 g/kg时最大，为372.50 g。盆栽大豆生长状况是从0.5～3.0g/kg这三个试验组来看，植物的千粒质量及株高都明显好于对照组，相对增加＞10%，其中以0.5 g/kg最好。原油含量为0.5～1.0 g/kg时，大豆的千粒质量及株高有所增加，原油含量为3.0 g/kg时，千粒质量稍有下降，株高增加较少。

综上所述，低浓度的石油烃对植物自身的生长发育有一定的促进，千粒质量和株高均有所增加。但随着原油含量的增加，玉米株高和千粒质量增加量逐渐减小，石油含量为3.0 g/kg时，对大豆生长的促进效果也稍有下降。说明不同植物对石油含量的耐受力是不同的，但当石油含量在一定范围内增加时，会达到一定的危害指标，使植物生长受到轻微的抑制。

2.2.2 营养成分分析

由表4和表5可知，随着原油含量从0.5～3.0 g/kg不断增加，玉米的蛋白质含量也有所提高，分别提高了19.4%、16.8%、7.2%；脂肪含量变化无规律性，其中在原油含量为0.5 g/kg时，脂肪含量有所增加，相对提高了6.6%；淀粉含量普遍明显增加，以原油含量为0.5g/kg时最好，提高了26.6%。当土壤加油量在0.5～3.0g/kg时，大豆的蛋白质含量都有所提高，其中0.5 g/kg和1.0 g/kg组比较明显，分别提高10.6%和8.90%；而脂肪含量各试验组差别不显著，无规律性；当原油含量为0.5 g/kg和1.0 g/kg时，淀粉含量显著提高，分别提高65.1%、66.5%。

可见，少量的石油烃对农作物的生长有促进作用，可能是由于低含量的石油烃被植物和根际微生物部分降解，生成CO2和H2O等，并产生能量，这些物质和能量为根际微生物的生长提供了良好的碳源，促进了植物的碳代谢，促进了固氮菌等细菌的生长和繁殖，加上土壤中氮的积累和有机肥料的分解，使作物易于吸收，最终表现为植物的生长得到促进，产量有所提高。由于本试验中土壤内所加石油含量（≤3%）还未达到抑制作物生长、损害的程度，因此在作物外表上未观察到不良的性状。

3 结论

随着原油含量上升，作物中总烃、芳烃及总酚含量未见明显增高，但都明显地超过空白对照组中农作物的测定值。对人体有较强致癌作用的苯并芘（BaP）并不明显地随土壤中加入石油量的递增而增加，作物中BaP含量并不完全和土壤中石油含量呈正相关性。低含量石油烃在一定程度上，对作物的生长发育有促进作用，同时促进淀粉、蛋白质的合成，增加果实质量。其中石油含量为0.5～1.0 g/kg时，促进效果最为明显，含量为3.0 g/kg时，促进效果下降。高含量石油烃在一定程度上，对作物的生长发育有抑制作用，对于促进淀粉、蛋白质的合成，增加果实质量效果没有低含量石油烃效果好。

由于本试验中土壤内所加石油浓度（≤0.3%）还未达到抑制作物生长、中毒和损害的程度，故在作物形态上未观察到不良性状，说明姬源油田修复后土壤可以促进作物生长发育和营养物质的积累。

[1]荣亮.石油污染对植物生长毒性效应的影响研究[D].南昌：南昌大学硕士论文，2010.

[2]吕志萍，程龙飞.石油污染土壤中石油含量对玉米的影响[J].油气田环境保护，2001，11（1）：36-37.

[3]任磊，黄廷林.土壤的石油污染[J].农业环境保护，2000，19（6）：360-363.

[4]赵东风，赵朝成，王联社，等.石油类污染物在土壤中的迁移渗透规律[J].石油大学学报：自然科学版，2000，24（3）：65-66.

[5]GAO Y Z,ZHU L Z.Phytoremediation and its models for organic contaminated soils[J].J Environ Sci,2003,15(3):302-310.

[6]任建锋.吉林省土壤石油类污染物对农作物生长的影响研究[D].长春：吉林大学硕士论文，2010.

[7]VENOSA A D,SUIDAN M T,WRENN B A,et al.Bioremediation of experimental oil spill on the shoreline of Delaware Bay[J].Environ Sci Technol,1996,30(5):1764-1775.

[8]ANDERSON T A,COATS J R.Bioremediation through rhizosphere technology[M].Washington D C:American chemical society,1993.

[9]丁克强，骆永明，刘世亮.黑麦草对土壤中苯并[a]芘动态变化的影响[J].土壤学报，2004，41（3）：348-353.

[10]ZHANG X X,CHENG S P,ZHU C J,et al.Microbial PAH-degradation in soil:degradation pathways and contributing factors[J].Pedosphere, 2006,12(2):151-156.

[11]李方敏，姚金龙，王琼山.修复石油污染土壤的植物筛选[J].中国农学通报，2006，22（9）：429-431.

[12]蔺听，李培军，台培东.石油污染土壤植物-微生物修复研究进展[J].生态学杂志，2006，25（1）：93-100.

[13]凌婉婷，朱利中，高彦征.植物根对土壤中PAHs的吸收及预测[J].生态学报，2005，25（9）：2320-2325.

[14]PARRISH Z D,WHITE J C,ISLEYEN M,et al.Accumulation of weathered polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)by plant and earthworm species[J].Chemosphere,2006,64(4):609-618.

[15]李春荣，王文科，曹玉清.石油污染土壤对黄豆生长的影响[J].安全与环境学报，2007，7（4）：28-30.

[16]彭昆国，杨丽珍，荣亮，等.土壤石油污染对植物种子萌发和幼苗生长的响应[J].环境污染与防治，2012，34（7）：19-23.

[17]吉林省环境保护研究所，土壤石油污染及经济损失评价的技术研究[Z].吉林：1996.

[18]中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所等.GB/T8538—2008饮用天然矿泉水检验方法[S].北京：中国标准出版社，2009.

[19]陈建勋.植物生理学实验指导[M].广州：华南理工大学出版社，2006. [20]高俊凤.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2006.

[21]于凤，李钟玮，樊萍.石油对农作物影响的研究[J].油气田环境保护，1996，6（1）：44-49.

Effect of different petroleum densities on growth characters of two kinds of crops

LUO Xiaofang1,CHEN Lihua1,WANG Dongmei1,WANG Jin2,HUO Weipeng2

(1.Center of Experiment,Northwest University for Nationality,Lanzhou 730030,China; 2.Life Science and Engineering,Northwest University for Nationality,Lanzhou 730030,China)

Through the determination of crop growth status and product quality,the effect of petroleum density on crop growth condition was measured. Result showed that with the increase of total hydrocarbon,aromatic hydrocarbon and total phenol in corn and soybean,the petroleum density increased as well,which showed a significant positive correlation.When 0.5 g/kg petroleum was added in soil,the total hydrocarbon,aromatic hydrocarbon and total phenol in corn were 37.25 mg/kg,9.80 mg/kg and 1.394 mg/kg,respectively.The contents in soybean were 52.14 mg/kg,12.77 mg/kg and 1.693 mg/kg,respectively.When the petroleum density was 0.5-1.0 g/kg,it showed promotion effect on plant growth and starch and protein synthesis,thus increasing the quality of the fruits.When the petroleum density was 3.0 g/kg,the promotion effect was reduced.

petroleum density;maize;soybean;growth feature;evaluation

Q93

A

0254-5071（2014）07-0039-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.07.008

2014-05-30

国家自然基金项目（41361070）；甘肃省自然科学基金项目（1308RJZA187）；中央高校基本业务费专项资金项目（ZYZ 2011103）

雒晓芳（1980-），女，副教授，硕士，主要从事环境微生物方面的研究工作。