石油污染對(duì)植物種子發(fā)芽和早期生長的影響

鞠世杰，劉 昊，鄭 劍，慕慶峰

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

目前石油是保持各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)步的核心能源，石油產(chǎn)品更是被廣泛地應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)。然而在石油的開采、運(yùn)輸、加工及儲(chǔ)存過程中，由于各種原因造成的環(huán)境污染也是十分嚴(yán)重的，尤其是油田及其周邊地區(qū)[1-3]。雖然現(xiàn)在有些油田（如大慶油田）開始采取鋪膜防滲漏和污油回收等措施積極防止污染，但一些陳舊性污染、回收后的污泥處理、各種原因造成的少量殘留、石油副產(chǎn)品污染等問題仍亟待解決。

石油對(duì)土壤的污染多集中于20 cm左右的表層，主要成分是多種烴類和其他有機(jī)物，除能少量揮發(fā)外，不能自由降解，有強(qiáng)烈的致癌和致畸作用，能通過食物鏈在動(dòng)植物體內(nèi)逐級(jí)富集和放大，危害極大[1，4]。石油類物質(zhì)進(jìn)入土壤后，能直接影響植物生長。因?yàn)槠漯ぶ?qiáng)且乳化能力低，容易黏附在土壤顆粒和根系表面，影響土壤的通透性，阻礙根系的呼吸和吸收功能，甚至引起根系腐爛[1-2，5]；同時(shí)，影響土壤有機(jī)質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，從而影響土壤微生物的生長繁殖，并對(duì)土壤酶活性也有抑制作用[1]。

經(jīng)過近年來的不斷探索，污染土壤的修復(fù)技術(shù)得到了較快的發(fā)展，如物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)等。其中傳統(tǒng)的物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)方法成本過高，且極易導(dǎo)致二次污染[6]。而植物修復(fù)是利用綠色植物的新陳代謝活動(dòng)進(jìn)行修復(fù)，具有處理費(fèi)用低、不破壞土壤環(huán)境、能進(jìn)行原位修復(fù)和天然無污染等優(yōu)點(diǎn)[3，6-7]。

植物修復(fù)研究的一個(gè)重要方面是修復(fù)植物的篩選，而植物對(duì)石油污染的耐受性是其能作為修復(fù)植物的前提條件。為了篩選出適合的修復(fù)植物，污染土壤中種子的發(fā)芽試驗(yàn)已得到廣泛的應(yīng)用[4，8]。本研究通過種子發(fā)芽和幼苗早期生長實(shí)驗(yàn)，探討幾種植物作為修復(fù)植物的可能性。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為波斯菊（Cosmos bipinnata）、紫穗槐（Amorpha fruticosa）、滿天星（Gypsophila paniculata）、蛇目菊（Coreopsis tinctoria）和紫花苜蓿（Medicago sativa）的種子，實(shí)驗(yàn)用的種子均采購自河北慶豐種業(yè)。所選種子為馴化種，是適宜大面積種植、易于管理、抗逆性較強(qiáng)的植物。

1.2 石油污染土壤模擬

實(shí)驗(yàn)所用沙子取自清潔沙堆，經(jīng)過篩選后，用水反復(fù)沖洗以去除沙中的雜質(zhì)成分，風(fēng)干備用。在沙子中加入相應(yīng)量的石油和水，充分混合均勻，形成0，3.84，9.69，19.21 g/kg的污染模擬濃度，放置平衡24 h。分裝等量污染沙子放入培養(yǎng)皿作為發(fā)芽基質(zhì)。

1.3 種子發(fā)芽試驗(yàn)

選飽滿種子在4%的次氯酸鈉溶液中浸泡20 min，進(jìn)行滅菌處理；用蒸餾水沖洗干凈后，再在蒸餾水中浸種處理24 h。將種子播于裝有沙子的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿20粒種子，每個(gè)處理3次重復(fù)，放在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，溫度為25℃。每天補(bǔ)充定量的水分以保持基質(zhì)濕潤。

1.4 數(shù)據(jù)測定及統(tǒng)計(jì)分析

播種后，每天記錄發(fā)芽情況，以有明顯的胚根破殼（露白）為發(fā)芽種子，并隨時(shí)清除腐敗種子。當(dāng)連續(xù)3 d無新發(fā)芽種子出現(xiàn)即視為發(fā)芽過程結(jié)束[3]，根據(jù)發(fā)芽總數(shù)計(jì)算發(fā)芽率。并將植物取出，測定生物量，包括胚芽長、胚芽鮮重、胚芽干重、根長、根鮮重和根干重。用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖，以標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）分析差異性。另外，為了便于各種植物間及各指標(biāo)間的數(shù)據(jù)比較，本文根據(jù)各指標(biāo)的相對(duì)變化值作圖，進(jìn)行比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同石油污染濃度對(duì)種子發(fā)芽率的影響

如表1所示，在石油污染條件下，紫花苜蓿發(fā)芽率較對(duì)照有所上升，石油污染濃度為3.84 g/kg時(shí)，其發(fā)芽率比對(duì)照提高了13.4個(gè)百分點(diǎn)；在污染濃度為9.69 g/kg時(shí)發(fā)芽率與對(duì)照相近；在19.21 g/kg時(shí)發(fā)芽率最高，比對(duì)照提高了23.4個(gè)百分點(diǎn)。隨著石油污染濃度的上升，蛇目菊的發(fā)芽率略有上升，但差異不顯著。另外3種植物的發(fā)芽都受到了不同程度的抑制。其中受抑制程度最低的是波斯菊，當(dāng)污染濃度為3.84 g/kg和9.69 g/kg時(shí)，其發(fā)芽率與無污染對(duì)照相比分別被抑制了6.67個(gè)百分點(diǎn)和13.34個(gè)百分點(diǎn)；而當(dāng)高濃度污染（19.21 g/kg）時(shí)，其種子的發(fā)芽率與對(duì)照組發(fā)芽率相比沒有明顯變化。紫穗槐在污染濃度為3.84，9.69，19.21 g/kg時(shí)，其發(fā)芽率分別被抑制20.00個(gè)百分點(diǎn)、16.67個(gè)百分點(diǎn)和16.67個(gè)百分點(diǎn)。隨著污染濃度的增加，滿天星發(fā)芽率逐漸下降，與對(duì)照相比分別被抑制23.34個(gè)百分點(diǎn)、26.67個(gè)百分點(diǎn)和36.67個(gè)百分點(diǎn)。

表1 不同石油污染濃度對(duì)種子發(fā)芽率的影響 %

2.2 不同石油污染濃度對(duì)植物幼苗早期生長的影響

2.2.1 不同石油污染濃度對(duì)波斯菊幼苗早期生長的影響 如圖1所示，石油污染對(duì)波斯菊芽長、芽鮮重有一定的抑制作用，芽長在3.84 g/kg和19.21 g/kg時(shí)分別比對(duì)照降低13%和19%，芽鮮重在19.21 g/kg時(shí)被抑制10%，但上述抑制作用均未達(dá)到顯著水平。其中，在污染濃度為9.69 g/kg時(shí)，芽鮮重和芽干重被促進(jìn)，分別比對(duì)照增加42%和38%，且差異顯著。

如圖1所示，各污染濃度下，根長比對(duì)照稍有增加，但不明顯。在污染濃度為3.84 g/kg和9.69 g/kg時(shí)，根鮮重分別被促進(jìn)27%和42%，在19.21 g/kg時(shí)，差異不顯著。隨污染濃度升高，根干重分別被促進(jìn)29%、29%和171%。其中，在高濃度（19.21 g/kg）污染時(shí)，波斯菊根部含水量下降，干物質(zhì)明顯增加，值得注意。

2.2.2 不同石油污染濃度對(duì)紫穗槐幼苗早期生長的影響 如圖2所示，在污染條件下，紫穗槐芽長、芽鮮重都有被污染抑制的現(xiàn)象。但芽干重在污染為3.84 g/kg和19.21 g/kg時(shí)較對(duì)照分別增加25%和13%，但差異不顯著。紫穗槐根鮮重在各污染條件下變化不明顯；根長在污染為3.84 g/kg時(shí)增加達(dá)60%，其他污染濃度下變化不顯著，其中，19.21 g/kg時(shí)根長平均值雖變化大，但平行實(shí)驗(yàn)間結(jié)果相差很大。根干重隨污染濃度增加分別增加20%、20%和40%，且差異顯著。

2.2.3 不同石油污染濃度對(duì)滿天星幼苗早期生長的影響 如圖3所示，污染條件下滿天星芽長、芽鮮重和芽干重都受到明顯抑制，抑制率在9%～35%。除根干重在3.84 g/kg時(shí)被明顯促進(jìn)外，其他根生長相關(guān)指標(biāo)都無明顯變化或有所下降。

2.2.4 不同石油污染濃度對(duì)蛇目菊幼苗早期生長的影響 如圖4所示，不同污染濃度下，蛇目菊芽長都較對(duì)照有所增加。根長只在污染為9.69 g/kg時(shí)有明顯增加，比對(duì)照增加約26%；其余處理濃度下，與對(duì)照相比無明顯變化。在各處理濃度下，芽鮮重和根鮮重都表現(xiàn)出隨處理濃度增加而明顯增加，增加率在32%～497%。除高濃度（19.21 g/kg）時(shí)芽干重有所下降外，芽干重和根干重也都有不同程度的增加。其中，高濃度污染條件下，根鮮重和干重比對(duì)照明顯增加的現(xiàn)象值得注意。

2.2.5 不同石油污染濃度對(duì)紫花苜蓿幼苗早期生長的影響 如圖5所示，除污染濃度在3.84 g/kg時(shí)，對(duì)根長抑制約18%外，石油污染處理對(duì)紫花苜蓿種子發(fā)芽過程中各生物量指標(biāo)都沒有表現(xiàn)出明顯的抑制。各污染濃度下紫花苜蓿芽長無明顯變化；各污染濃度下，芽鮮重平均值雖有變化，但平行實(shí)驗(yàn)間結(jié)果差異較大；污染使紫花苜蓿芽干重增加，低濃度（3.84 g/kg）時(shí)不顯著，9.69 g/kg和19.21 g/kg時(shí)增加可達(dá)100%和46%；各污染濃度下，根鮮重和根干重都有顯著增加，增加達(dá)23%～193%。

3 結(jié)論和討論

在石油污染土壤上進(jìn)行植物修復(fù)，理想的植物種子應(yīng)具有較強(qiáng)的生命力，其發(fā)芽率應(yīng)不受污染物的影響或影響較小[3，9]。本試驗(yàn)中紫花苜蓿在處理濃度下發(fā)芽率不僅沒有下降，甚至有上升；蛇目菊發(fā)芽率受污染影響不大；波斯菊發(fā)芽率稍受抑制；紫穗槐、滿天星的發(fā)芽率被明顯抑制。

有研究認(rèn)為，超積累植物的特點(diǎn)是生物量大[3，6-8]，因此通過檢測污染條件下幼苗生物量變化，有助于評(píng)估其抗污染潛力。本研究中，根和芽生長都被污染明顯抑制的只有滿天星；紫穗槐芽生長受抑制，而根的生長略有增加；波斯菊芽生長變化不大，根的生長被促進(jìn)；紫花苜蓿和蛇目菊芽和根的生長都有增加，甚至有些指標(biāo)增加十分明顯。其中值得注意的是，在紫花苜蓿、蛇目菊和紫穗槐中都有根被污染明顯促進(jìn)的現(xiàn)象，尤其干物質(zhì)的增加比較普遍。這是植物對(duì)污染條件的重要響應(yīng)，有助于提高其修復(fù)潛力。因?yàn)槭臀廴臼峭ㄟ^根影響植物生長的，修復(fù)植物也是通過根對(duì)土壤中的污染物進(jìn)行吸收或降解的[1-2，5]，但這種現(xiàn)象是不是暫時(shí)現(xiàn)象值得進(jìn)一步探討。

綜上所述，本研究探討的5種植物中，紫花苜蓿、蛇目菊作為石油污染土壤修復(fù)植物的潛力較大，其次是波斯菊。但因?yàn)楸狙芯繉?shí)驗(yàn)時(shí)間短，污染模擬濃度不大，因此這兩種植物的抗污染能力仍需進(jìn)一步探討。也有許多實(shí)驗(yàn)報(bào)道了紫花苜蓿的修復(fù)潛力[9-10]，但有關(guān)蛇目菊的修復(fù)潛力未見報(bào)道。

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