漢麻對(duì)石油污染土壤的修復(fù)能力研究

宋淑敏 王曉楠 潘靜 高宇 劉偉偉 高寶昌 王云云

摘要 [目的]研究能源植物漢麻對(duì)石油污染土壤的修復(fù)能力，為植物修復(fù)技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。[方法] 通過盆栽試驗(yàn)，研究不同濃度石油烴對(duì)漢麻生長發(fā)育的影響，分析漢麻對(duì)不同濃度石油烴的耐受能力和降解能力。[結(jié)果]結(jié)果表明，漢麻對(duì)石油污染具有較好的耐受性，土壤中石油烴濃度為4 000 mg/kg時(shí)，石油烴對(duì)漢麻生長發(fā)育的影響不顯著;在土壤石油烴濃度在4 000～7 000 mg/kg時(shí)，漢麻能夠有效促進(jìn)土壤中石油烴的降解;漢麻對(duì)石油烴降解率可達(dá)55.68% ～65.52%，明顯高于空白對(duì)照（18.52%～23.86%）。[結(jié)論]漢麻適于修復(fù)中低濃度石油（≤7 000 mg/kg）污染土壤。

關(guān)鍵詞 漢麻;石油污染;植物修復(fù)

中圖分類號(hào) S181.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 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(xiàng)目 黑龍江省財(cái)政廳黑龍江省院所基本應(yīng)用技術(shù)研究專項(xiàng)（DJZ2014-05）。

作者簡介 宋淑敏（1968- ），女，黑龍江肇東人，研究員，從事植物生物技術(shù)及植物修復(fù)技術(shù)研究。

收稿日期 2014-10-15

石油污染已成為世界性公害之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅石油污染一項(xiàng)每年全世界就有800萬t進(jìn)入環(huán)境，對(duì)土壤和地下水資源構(gòu)成持久性危害。隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，土壤石油污染問題同樣呈現(xiàn)日趨嚴(yán)重的趨勢(shì)，特別是北方產(chǎn)油區(qū)污染面積逐年擴(kuò)大，部分重污染區(qū)土壤表層含油量30%～50%。石油污染對(duì)生態(tài)環(huán)境、食品安全和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，已成為我國可持續(xù)發(fā)展所面臨的重要問題[1]。

目前國際上對(duì)石油污染土壤的修復(fù)，大多采用物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)。由于傳統(tǒng)物理、化學(xué)修復(fù)都存在成本較高且易導(dǎo)致二次污染的發(fā)生，致使推廣受到阻礙。植物修復(fù)技術(shù)以其處理成本低、無二次污染、自然美觀、對(duì)環(huán)境和人類安全等特點(diǎn)，正逐步成為未來石油污染治理研究的一個(gè)重要方向[2-3]。植物對(duì)有機(jī)污染土壤的修復(fù)作用主要表現(xiàn)在植物對(duì)有機(jī)污染物的直接吸收、植物釋放的各種分泌物或酶類促進(jìn)有機(jī)污染物生物降解及強(qiáng)化根際微生物的礦化作用等方面。此外，植被可以有效改善土壤條件、增強(qiáng)土壤透氣性，從而提高降解效率。研究表明，目前應(yīng)用于修復(fù)石油污染土壤的植物多為牧草和作物類[4]，由于植物的吸收和富集作用，可使有害物質(zhì)進(jìn)入食物鏈系統(tǒng)，易對(duì)人和動(dòng)物產(chǎn)生危害，也限制了牧草和作物類植物在修復(fù)石油污染土壤中的應(yīng)用。目前采用能源植物來修復(fù)石油污染土壤還鮮見報(bào)道。

漢麻也稱為工業(yè)大麻（Cannabis sativa L.），是大麻科大麻屬一年生草本植物，因其四氫大麻酚含量低于0.3%，不具備毒品利用價(jià)值，所以很多發(fā)達(dá)國家都在大力開發(fā)利用漢麻。漢麻是利用價(jià)值和應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛的生物基材料，其整個(gè)植株都可以開發(fā)利用，廣泛應(yīng)用于紡織、造紙、新材料等領(lǐng)域。漢麻具有適應(yīng)性強(qiáng)、生物量大、抗逆性強(qiáng)、生長速度快、生育期短、根系龐大、碳匯能力強(qiáng)等特點(diǎn)[5]，具備了高效修復(fù)植物的特性。此外選擇漢麻作為修復(fù)材料，修復(fù)后的植株可以作為工業(yè)原料，可防止因植物富集作用使有害物質(zhì)進(jìn)入食物鏈系統(tǒng)，從而減少石油污染對(duì)人和動(dòng)物的危害;還能在美化環(huán)境的同時(shí)，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)效益和生態(tài)效益。為此，該研究利用漢麻修復(fù)石油污染土壤，研究漢麻對(duì)不同濃度石油烴的耐性及對(duì)石油烴的降解能力，以期彌補(bǔ)修復(fù)植物種類有限的不足，為植物修復(fù)技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用清潔土樣采自大慶市林甸縣星火牧場三連大田0～20 cm 的表層土。土壤供試原油采自大慶油田。供試漢麻種子由黑龍江省科學(xué)院大慶分院亞麻研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 盆栽試驗(yàn)。試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)石油濃度處理：0 mg/kg、4 000 mg/kg、7 000 mg/kg;每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。清潔土樣經(jīng)自然風(fēng)干后，過2 mm 篩，與不同濃度的原油混合均勻，在室溫放置3 d。盆栽試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，光照時(shí)間為10 h，每個(gè)花盆裝入3 kg的污染土壤，澆透水后放置2 d后進(jìn)行播種，每盆播種漢麻種子20粒，播種10 d后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，當(dāng)苗高3 cm左右時(shí)間苗，每盆留3株。出苗后每隔一段時(shí)間測(cè)量株高。在植物的生長時(shí)期內(nèi)定期澆水，補(bǔ)充光照，漢麻生長4個(gè)月后收獲，將收獲的植株去除泥土，同時(shí)分別對(duì)植株株高、根重、鮮重、土壤中石油烴含量進(jìn)行檢測(cè)。將植株放在70 ℃的烘干箱中烘干至恒重，并測(cè)定植株干重。

1.2.2 土壤中總石油烴含量的檢測(cè)。試驗(yàn)采用索氏抽提重量法對(duì)土壤中石油烴含量進(jìn)行測(cè)定。索氏抽提是用有機(jī)溶劑將固體長時(shí)間浸潤而將目標(biāo)成分浸出來，通過連續(xù)循環(huán)回流進(jìn)行提取的一種方法。試驗(yàn)中采用的萃取溶劑為正己烷與丙酮體積比為3∶1的混合溶劑，作為索氏抽提溶劑。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同石油烴濃度對(duì)漢麻發(fā)芽率的影響

由表1可以看出，空白對(duì)照組的平均發(fā)芽率為86.2%，當(dāng)土壤中石油烴含量為4 000 mg/kg和7 000 mg/kg時(shí)，漢麻種子平均發(fā)芽率分別為83.5%和63.7%。當(dāng)石油烴濃度為4 000 mg/kg時(shí)，種子的發(fā)芽率與空白對(duì)照組發(fā)芽率相比，發(fā)芽率降低了3.13%，差異不顯著;當(dāng)石油烴濃度為7 000 mg/kg時(shí)，種子的發(fā)芽率與空白對(duì)照組發(fā)芽率相比，發(fā)芽率降低了26.07%，具有顯著的差異。漢麻種子發(fā)芽率隨著土壤中石油烴含量的增加，其發(fā)芽率也隨之下降。

表1 不同石油烴濃度對(duì)漢麻發(fā)芽率的影響

2.2 不同濃度石油烴對(duì)漢麻株高的影響

漢麻出苗后每隔10 d測(cè)量漢麻的株高，共計(jì)測(cè)量3次，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。在石油烴濃度為4 000 mg/kg處理下，漢麻株高比對(duì)照平均降低了17.13%;在石油烴濃度為7 000 mg/kg處理下，漢麻株高比對(duì)照平均降低了45.23%。通過試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著石油烴濃度的增加，漢麻的株高逐漸降低;但隨著生長日期的延長，株高的降低頻率逐漸減少，也就是說，隨著漢麻生長日期的延長，漢麻根系伸長，對(duì)石油烴的耐性也隨之增強(qiáng)，株高下降的幅度隨之減緩。

表2 不同濃度石油烴對(duì)漢麻株高的影響cm

2.3 不同濃度的石油烴對(duì)漢麻各項(xiàng)生長指標(biāo)的影響

植株收獲后對(duì)植株的株高、根重、鮮重、干重進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明（表3）：不同濃度的石油烴對(duì)漢麻的生長發(fā)育有影響。當(dāng)土壤中石油烴濃度為4 000 mg/kg時(shí)，漢麻對(duì)石油烴具有較強(qiáng)的耐性，生物產(chǎn)量與對(duì)照（清潔土壤）相比差異不顯著，與清潔土壤的各項(xiàng)生物量指標(biāo)相比，石油烴濃度為4 000 mg/kg處理下，石油烴對(duì)漢麻的株高、根重、鮮重、干重的抑制率分別為3.80%、10.00%、 7.78%、11.11%;在濃度為7 000 mg/kg處理下，石油烴對(duì)漢麻的株高、根重、鮮重、干重的抑制率分別為23.79%、40.00%、32.00%、31.11%，對(duì)漢麻的抑制比較明顯。由此可見，隨著石油烴濃度的增加，對(duì)漢麻生長發(fā)育的抑制作用也隨之加強(qiáng)，因此，漢麻適于修復(fù)的石油烴濃度不應(yīng)超過7 000 mg/kg。

表3 不同濃度的石油烴對(duì)漢麻生物量的影響

2.4 漢麻對(duì)不同濃度石油烴的降解率

如圖2所示，H1、H2分別代表在石油烴濃度為4 000 mg/kg、7 000 mg/kg處理下的種植漢麻的總石油烴降解率，C1、C2分別代表未種植漢麻的石油烴濃度為4 000 mg/kg、7 000 mg/kg的處理下總石油烴的自然降解率。試驗(yàn)結(jié)果表明，在石油烴濃度為4 000 mg/kg、7 000 mg/kg的處理下，種植漢麻總石油烴降解率分別為64.52%、55.68%;未種植漢麻的石油烴濃度為4 000 mg/kg、7 000 mg/kg的處理下總石油烴的自然降解率分別為23.86%、18.52%;種植漢麻的石油烴降解率是空白對(duì)照的2.7～3.0倍，證明漢麻對(duì)中低濃度（≤7 000 mg/kg）石油污染土壤的修復(fù)效果非常顯著。在石油污染物濃度在4 000 mg/kg時(shí)，石油烴的降解率最高，隨著石油烴濃度的增高，降解率降低。也就是說，在石油烴濃度達(dá)到一定量（4 000 mg/kg）時(shí)，隨著石油烴濃度的增加，降解速率隨之降低。因此該研究推薦的漢麻修復(fù)石油烴濃度≤7 000 mg/kg。

圖1 漢麻對(duì)不同濃度石油烴的降解率

3 結(jié)論與討論

（1）不同濃度石油烴對(duì)漢麻的生長發(fā)育有影響。漢麻種子發(fā)芽率隨著土壤中石油烴含量的增加，其發(fā)芽率隨之下降。隨著石油烴濃度的增加，對(duì)漢麻生長發(fā)育的抑制作用也隨之加強(qiáng)。在石油烴濃度為4 000 mg/kg、7 000 mg/kg的處理下，種植漢麻總石油烴降解率分別為64.52%、55.68%。種植漢麻的石油烴降解率是空白對(duì)照的2.7～3.0倍，證明漢麻對(duì)中低濃度（≤7 000 mg/kg）石油污染土壤的修復(fù)效果非常顯著。

（2）漢麻對(duì)中低濃度石油污染土壤具有較好的修復(fù)能力。該研究是在室內(nèi)盆栽試驗(yàn)中進(jìn)行的，由于漢麻的根系龐大，根長可達(dá)2 m，而花盆的容量有限，對(duì)根系的發(fā)育會(huì)有抑制作用，因而不能充分發(fā)揮漢麻對(duì)石油烴的降解能力。下一步筆者將進(jìn)行田間試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證漢麻對(duì)石油污染土壤的修復(fù)能力。

參考文獻(xiàn)

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