汉麻对石油污染土壤的修复能力研究

宋淑敏 王晓楠 潘静 高宇 刘伟伟 高宝昌 王云云

摘要 [目的]研究能源植物汉麻对石油污染土壤的修复能力，为植物修复技术的推广应用奠定基础。[方法] 通过盆栽试验，研究不同浓度石油烃对汉麻生长发育的影响，分析汉麻对不同浓度石油烃的耐受能力和降解能力。[结果]结果表明，汉麻对石油污染具有较好的耐受性，土壤中石油烃浓度为4 000 mg/kg时，石油烃对汉麻生长发育的影响不显著;在土壤石油烃浓度在4 000～7 000 mg/kg时，汉麻能够有效促进土壤中石油烃的降解;汉麻对石油烃降解率可达55.68% ～65.52%，明显高于空白对照（18.52%～23.86%）。[结论]汉麻适于修复中低浓度石油（≤7 000 mg/kg）污染土壤。

关键词 汉麻;石油污染;植物修复

中图分类号 S181.3 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2014）33-11822-02

Study on Remedial Capability of Oil-Contaminated Soil by Hemp

SONG Shu-min， WANG Xiao-nan， PAN Jing et al （Daqing Branch of Heilongjiang Academy of Sciences， Daqing， Heilongjiang 163319）

Abstract [Objective] The aim was to research the remediation of energy plant hemp to the oil-contaminated soil， and to lay the foundation for promotion and application of phytoremediation. [Method] The container experiment was conducted to study the effects of petroleum hydrocarbon on the development of hemp and to analyze the endurance and degradation ability of hemp to the different concentrations petroleum hydrocarbon. [Result]The results showed that hemp had good endurance to the oil contamination. Development of hemp wasnt affected significantly when concentration of petroleum hydrocarbon was 4 000 mg/kg. When the concentration reached 4 000-7 000 mg/kg of petroleum hydrocarbon， hemp could effectively promote degradation of petroleum hydrocarbon in the soil. Degradation rate of hemp could reach to 55.68%-65.52%， that was significantly higher than the control （18.52%-23.86%）. [Conclusion] Hemp was suitable for remediation of medium-low concerntration oil contaminated soil（≤7 000 mg/kg）.

Key words Hemp; Oil contamination; Phytoremediation

基金項目 黑龙江省财政厅黑龙江省院所基本应用技术研究专项（DJZ2014-05）。

作者简介 宋淑敏（1968- ），女，黑龙江肇东人，研究员，从事植物生物技术及植物修复技术研究。

收稿日期 2014-10-15

石油污染已成为世界性公害之一，据统计，仅石油污染一项每年全世界就有800万t进入环境，对土壤和地下水资源构成持久性危害。随着我国工业化进程的不断加快，土壤石油污染问题同样呈现日趋严重的趋势，特别是北方产油区污染面积逐年扩大，部分重污染区土壤表层含油量30%～50%。石油污染对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁，已成为我国可持续发展所面临的重要问题[1]。

目前国际上对石油污染土壤的修复，大多采用物理修复、化学修复和生物修复。由于传统物理、化学修复都存在成本较高且易导致二次污染的发生，致使推广受到阻碍。植物修复技术以其处理成本低、无二次污染、自然美观、对环境和人类安全等特点，正逐步成为未来石油污染治理研究的一个重要方向[2-3]。植物对有机污染土壤的修复作用主要表现在植物对有机污染物的直接吸收、植物释放的各种分泌物或酶类促进有机污染物生物降解及强化根际微生物的矿化作用等方面。此外，植被可以有效改善土壤条件、增强土壤透气性，从而提高降解效率。研究表明，目前应用于修复石油污染土壤的植物多为牧草和作物类[4]，由于植物的吸收和富集作用，可使有害物质进入食物链系统，易对人和动物产生危害，也限制了牧草和作物类植物在修复石油污染土壤中的应用。目前采用能源植物来修复石油污染土壤还鲜见报道。

汉麻也称为工业大麻（Cannabis sativa L.），是大麻科大麻属一年生草本植物，因其四氢大麻酚含量低于0.3%，不具备毒品利用价值，所以很多发达国家都在大力开发利用汉麻。汉麻是利用价值和应用领域非常广泛的生物基材料，其整个植株都可以开发利用，广泛应用于纺织、造纸、新材料等领域。汉麻具有适应性强、生物量大、抗逆性强、生长速度快、生育期短、根系庞大、碳汇能力强等特点[5]，具备了高效修复植物的特性。此外选择汉麻作为修复材料，修复后的植株可以作为工业原料，可防止因植物富集作用使有害物质进入食物链系统，从而减少石油污染对人和动物的危害;还能在美化环境的同时，产生一定的经济价值、社会效益和生态效益。为此，该研究利用汉麻修复石油污染土壤，研究汉麻对不同浓度石油烃的耐性及对石油烃的降解能力，以期弥补修复植物种类有限的不足，为植物修复技术的推广应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用清洁土样采自大庆市林甸县星火牧场三连大田0～20 cm 的表层土。土壤供试原油采自大庆油田。供试汉麻种子由黑龙江省科学院大庆分院亚麻研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 盆栽试验。试验共设3个石油浓度处理：0 mg/kg、4 000 mg/kg、7 000 mg/kg;每个处理设3次重复。清洁土样经自然风干后，过2 mm 筛，与不同浓度的原油混合均匀，在室温放置3 d。盆栽试验在室内进行，光照时间为10 h，每个花盆装入3 kg的污染土壤，浇透水后放置2 d后进行播种，每盆播种汉麻种子20粒，播种10 d后统计发芽率，当苗高3 cm左右时间苗，每盆留3株。出苗后每隔一段时间测量株高。在植物的生长时期内定期浇水，补充光照，汉麻生长4个月后收获，将收获的植株去除泥土，同时分别对植株株高、根重、鲜重、土壤中石油烃含量进行检测。将植株放在70 ℃的烘干箱中烘干至恒重，并测定植株干重。

1.2.2 土壤中总石油烃含量的检测。试验采用索氏抽提重量法对土壤中石油烃含量进行测定。索氏抽提是用有机溶剂将固体长时间浸润而将目标成分浸出来，通过连续循环回流进行提取的一种方法。试验中采用的萃取溶剂为正己烷与丙酮体积比为3∶1的混合溶剂，作为索氏抽提溶剂。

2 结果与分析

2.1 不同石油烃浓度对汉麻发芽率的影响

由表1可以看出，空白对照组的平均发芽率为86.2%，当土壤中石油烃含量为4 000 mg/kg和7 000 mg/kg时，汉麻种子平均发芽率分别为83.5%和63.7%。当石油烃浓度为4 000 mg/kg时，种子的发芽率与空白对照组发芽率相比，发芽率降低了3.13%，差异不显著;当石油烃浓度为7 000 mg/kg时，种子的发芽率与空白对照组发芽率相比，发芽率降低了26.07%，具有显著的差异。汉麻种子发芽率随着土壤中石油烃含量的增加，其发芽率也随之下降。

表1 不同石油烃浓度对汉麻发芽率的影响

2.2 不同浓度石油烃对汉麻株高的影响

汉麻出苗后每隔10 d测量汉麻的株高，共计测量3次，试验结果如表2所示。在石油烃浓度为4 000 mg/kg处理下，汉麻株高比对照平均降低了17.13%;在石油烃浓度为7 000 mg/kg处理下，汉麻株高比对照平均降低了45.23%。通过试验结果可以看出，随着石油烃浓度的增加，汉麻的株高逐渐降低;但随着生长日期的延长，株高的降低频率逐渐减少，也就是说，随着汉麻生长日期的延长，汉麻根系伸长，对石油烃的耐性也随之增强，株高下降的幅度随之减缓。

表2 不同浓度石油烃对汉麻株高的影响cm

2.3 不同浓度的石油烃对汉麻各项生长指标的影响

植株收获后对植株的株高、根重、鲜重、干重进行检测。试验结果表明（表3）：不同浓度的石油烃对汉麻的生长发育有影响。当土壤中石油烃浓度为4 000 mg/kg时，汉麻对石油烃具有较强的耐性，生物产量与对照（清洁土壤）相比差异不显著，与清洁土壤的各项生物量指标相比，石油烃浓度为4 000 mg/kg处理下，石油烃对汉麻的株高、根重、鲜重、干重的抑制率分别为3.80%、10.00%、 7.78%、11.11%;在浓度为7 000 mg/kg处理下，石油烃对汉麻的株高、根重、鲜重、干重的抑制率分别为23.79%、40.00%、32.00%、31.11%，对汉麻的抑制比较明显。由此可见，随着石油烃浓度的增加，对汉麻生长发育的抑制作用也随之加强，因此，汉麻适于修复的石油烃浓度不应超过7 000 mg/kg。

表3 不同浓度的石油烃对汉麻生物量的影响

2.4 汉麻对不同浓度石油烃的降解率

如图2所示，H1、H2分别代表在石油烃浓度为4 000 mg/kg、7 000 mg/kg处理下的种植汉麻的总石油烃降解率，C1、C2分别代表未种植汉麻的石油烃浓度为4 000 mg/kg、7 000 mg/kg的处理下总石油烃的自然降解率。试验结果表明，在石油烃浓度为4 000 mg/kg、7 000 mg/kg的处理下，种植汉麻总石油烃降解率分别为64.52%、55.68%;未种植汉麻的石油烃浓度为4 000 mg/kg、7 000 mg/kg的处理下总石油烃的自然降解率分别为23.86%、18.52%;种植汉麻的石油烃降解率是空白对照的2.7～3.0倍，证明汉麻对中低浓度（≤7 000 mg/kg）石油污染土壤的修复效果非常显著。在石油污染物浓度在4 000 mg/kg时，石油烃的降解率最高，随着石油烃浓度的增高，降解率降低。也就是说，在石油烃浓度达到一定量（4 000 mg/kg）时，随着石油烃浓度的增加，降解速率随之降低。因此该研究推荐的汉麻修复石油烃浓度≤7 000 mg/kg。

图1 汉麻对不同浓度石油烃的降解率

3 结论与讨论

（1）不同浓度石油烃对汉麻的生长发育有影响。汉麻种子发芽率随着土壤中石油烃含量的增加，其发芽率随之下降。随着石油烃浓度的增加，对汉麻生长发育的抑制作用也随之加強。在石油烃浓度为4 000 mg/kg、7 000 mg/kg的处理下，种植汉麻总石油烃降解率分别为64.52%、55.68%。种植汉麻的石油烃降解率是空白对照的2.7～3.0倍，证明汉麻对中低浓度（≤7 000 mg/kg）石油污染土壤的修复效果非常显著。

（2）汉麻对中低浓度石油污染土壤具有较好的修复能力。该研究是在室内盆栽试验中进行的，由于汉麻的根系庞大，根长可达2 m，而花盆的容量有限，对根系的发育会有抑制作用，因而不能充分发挥汉麻对石油烃的降解能力。下一步笔者将进行田间试验，进一步验证汉麻对石油污染土壤的修复能力。

参考文献

[1]刘鹏，李大平，王晓梅，等.石油污染土壤的生物修复技术研究[J].化工环保，2006，26（2）：91-94.

[2] 周启星，宋玉方.污染土壤修复原理与方法[M].北京：科学出版社，2004：22-42.

[3] 李小利，刘国彬，薛蓬，等.土壤石油污染对植物苗期生长和土壤呼吸的影响[J].水土保持学报，2007，21（3）：95-98.

[4] MALALLAH G，AFZAL M，KURIAN M，et al.Impact of oil pollution on some desert plants[J].Environment International，1998，24（8）：919-924.

[5] 陈其本， 余立惠， 杨明， 等. 大麻栽培利用及发展对策[M]. 成都：电子科技大学出版社，1993：92-109.