隴東地區(qū)油污土壤紫花苜蓿（Medicago sativa）和金雞菊（Coreopsis lanceolata）
——植物修復(fù)效應(yīng)比較

井明博， 王金成,， 張 威， 周立輝， 張紹鵬

（1.隴東學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，甘肅慶陽 745000；2.甘肅省隴東生物資源保護(hù)利用與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室隴東學(xué)院，甘肅慶陽 745000；3.甘肅省極端環(huán)境微生物資源與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅蘭州 730000；4.安全環(huán)保技術(shù)研究所長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院，陜西西安 710021；5.中國石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司第十一采油廠，甘肅慶陽 745000）

原油污染土壤生物修復(fù)技術(shù)是當(dāng)今環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)，其中植物修復(fù)技術(shù)因其成本低、效果好、無二次污染、可持續(xù)性大面積原位修復(fù)和美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞［1］。目前，紫花苜蓿（Medicago sativa）、地毯草（Axonopus compressus）、大米草（Spartina anglica）、黑麥草（Lolium perenne）、鳳仙花（Impatiens balsamina）和長(zhǎng)藥八寶（Hylotelephium spectabile）等已成功應(yīng)用于油污土壤植物修復(fù)［2-8］。然而，油污土壤植物修復(fù)過程易受多種因素的影響，其中氣候條件、地形地貌、土壤性質(zhì)等是影響植物修復(fù)效果的關(guān)鍵因素［6-7］。因此，篩選本土適生耐油植物應(yīng)用于油污土壤植物修復(fù)不僅能保證修復(fù)效果，而且能有效提高植物定植率，防止枯黃病的發(fā)生，促進(jìn)根區(qū)油污去除效果［9-10］。

作為油田主產(chǎn)區(qū)的隴東黃土高原干旱少雨、土壤貧瘠、鹽堿化程度高，因此植被分布有明顯的地域性［11］。本研究團(tuán)隊(duì)多年來在該地區(qū)實(shí)施油污土壤場(chǎng)地生態(tài)修復(fù)工作，期間發(fā)現(xiàn)菊科植物不僅根區(qū)修復(fù)效果好，而且具有極強(qiáng)的油污耐受性、抗寒性以及牲畜不可食用性等特點(diǎn)，并陸續(xù)報(bào)道了金盞菊（Calendula officinalis）和非洲菊（Gerbera jamesonii）對(duì)隴東地區(qū)油污土壤植物修復(fù)效應(yīng)［9,12］，但尚未開展與其他植物修復(fù)效果的比較研究。

為此，本研究以豆科植物紫花苜蓿（Medicago sativa）為參照［3］，以菊科植物金雞菊（Coreopsis basalis）為受試植物，在油田某采油廠作業(yè)區(qū)進(jìn)行了5個(gè)月的場(chǎng)地修復(fù)試驗(yàn)。通過比較2種受試植物生理特性、土壤理化特性和土壤微生物特性對(duì)不同油污濃度脅迫時(shí)的響應(yīng)情況，解析在隴東地區(qū)紫花苜蓿和金雞菊對(duì)油污土壤植物修復(fù)效果的主要微生態(tài)影響因素，為隴東地區(qū)油污土壤植物修復(fù)提供備選植物品種及其基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試樣地選擇和試驗(yàn)設(shè)置

研究區(qū)位于甘肅省慶陽市慶城縣（107°16′32″～108°05′49″E，35°42′29″～36°17′22″N），海拔1011～1623 m，土壤類型為黃綿土［9］。為了最大程度評(píng)價(jià)原位狀態(tài)下植物修復(fù)效果，油污土樣源自油田某采油廠作業(yè)區(qū)內(nèi)所收集的不同濃度（0.72%～36.37%）油污土壤，其中原油污染物為落地原油和清罐原油混合物。油污土壤養(yǎng)分背景值為全氮含量1.49～3.27 g·kg-1、全磷0.31～1.81 g·kg-1、堿解氮22.69～26.37 mg·kg-1、速效磷16.15～18.71 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)10.51～13.19 g·kg-1、pH為7.78～7.94。試驗(yàn)以總石油烴（Total Petroleum Hydrocarbons, TPH）含量為3.07%、6.93%、9.12%和11.43%油污土壤為供試土樣，在文中分別標(biāo)識(shí)為3%、7%、9%和11%，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 Design of experiment

試驗(yàn)采用場(chǎng)地修復(fù)方式，修復(fù)池長(zhǎng)×寬×深為3 m×3 m×0.5 m。為確保受試植物根系能自然延伸到油污土層，根據(jù)前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)金雞菊在非油污土壤中根長(zhǎng)為17.5～22.3 cm，將油污土層厚度鋪設(shè)為25～30 cm。包括對(duì)照組（CK）在內(nèi)，每個(gè)濃度設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共計(jì)45個(gè)修復(fù)池。于2020年3月20日播種，每個(gè)對(duì)應(yīng)的修復(fù)池播撒種子1000 粒，覆土約1 cm，采用人工補(bǔ)水方式保持最大田間持水量的65%左右進(jìn)行發(fā)苗。于4月30日對(duì)株高約10 cm植株幼苗進(jìn)行間苗，以確保受試植物根區(qū)修復(fù)效果將每個(gè)修復(fù)池黑心菊和紫花苜蓿種植密度保持在50 株·m-2［1］。以2020 年5 月1 日開始，修復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行5 個(gè)月，于2020年9月30日結(jié)束。

1.2 植物生理指標(biāo)、土壤理化和酶活性測(cè)定

修復(fù)結(jié)束后按對(duì)角線五點(diǎn)法收獲長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)一致的供試植物各20 株。采用抖根法［7］收集每株供試植物的根區(qū)土樣混勻并隨機(jī)分為兩份，一份用于土壤微生物（細(xì)菌）高通量測(cè)序；另一份陰干過2 mm篩后測(cè)定相關(guān)土壤理化和酶活性指標(biāo)。土壤堿解氮、速效磷、脲酶和多酚氧化酶分別采用堿解擴(kuò)散法、0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法、靛酚藍(lán)比色法和鄰苯三酚比色法測(cè)定［12］；植物根活力、植物葉片葉綠素a和b含量、地上及地下生物量、根冠比和出苗率參照Zhen 等［5］和祁迎春等［13］進(jìn)行測(cè)定。土壤TPH 殘留量采用超聲-索氏萃取-重量法測(cè)定［12］，土壤TPH去除率計(jì)算公式為：

1.3 土壤微生物多樣性測(cè)序

委托某公司基于Illumina Miseq PE 2500平臺(tái)進(jìn)行土壤微生物（細(xì)菌）高通量測(cè)序。擴(kuò)增引物為341F/805R（341F 引物：5’-CCCTACACGACGCTCTTCCGATCTG-3’；805R 引物：5’-GACTGGAGTTCCTTGGCACCCGAGAATTCCA-3’），對(duì)土壤微生物總DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增［14］。采用Illumina測(cè)序工作流程完成文庫制備、測(cè)序和下機(jī)數(shù)據(jù)初步分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 25.0 和R 3.3.1 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用GraphPad Prism 5.0 和R 3.3.1 作圖。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)（屬分類水平）分析利用云平臺(tái)（www.biocloud.org）進(jìn)行。運(yùn)用“Vegan”包的“Varpart”函數(shù)分析不同油污濃度脅迫時(shí)上述3類指標(biāo)對(duì)土壤TPH去除率的貢獻(xiàn)率，所有數(shù)據(jù)均經(jīng)過Hellinger 轉(zhuǎn)換，用Venn 圖表示2種受試植物生長(zhǎng)特性、土壤理化特性和微生物特性對(duì)根區(qū)土壤TPH 去除率的純效應(yīng)以及共同效應(yīng)，圖中的數(shù)字代表上述3 類指標(biāo)對(duì)不同油污濃度影響時(shí)受試植物根區(qū)土壤TPH 降解情況的信息解釋率［15］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同油污濃度脅迫時(shí)2 種受試植物根區(qū)土壤TPH去除率變化情況

F檢驗(yàn)和多重比較（Duncan，α=0.05）結(jié)果顯示（圖1）：TZ和TJ處理組根區(qū)土壤TPH去除率均隨油污濃度增加而下降（P＜0.05）。與3%油污組相比，TZ 處理組在7%、9%和11%時(shí)分別顯著下降了39.06%、72.52%和97.12%，而TJ 處理組則在9%和11%油污濃度時(shí)顯著降低了43.62%和97.07%（P＜0.05），表明2種受試植物根區(qū)土壤TPH去除率均隨油污濃度增加而降低，這與大多數(shù)研究結(jié)論基本一致［3,6,9,12］，原因在于原油污染物進(jìn)入土壤后會(huì)增加土壤黏度，阻礙土壤和植物根區(qū)呼吸作用［13］，加之原油污染物對(duì)植物根系所產(chǎn)生的生理毒害作用隨油污濃度增加而加?。?］，因此植物根區(qū)土壤原油污染物的去除率逐漸下降。

圖1 不同油污濃度脅迫時(shí)紫花苜蓿和金雞菊根區(qū)土壤TPH去除率變化Fig.1 Changes of the root-zone soil TPH removal rate of Medicago sativa and Coreopsis lanceolata under different TPH concentrations stress

其次，獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果顯示（圖1）：3%油污濃度時(shí)TJ 和TZ 根區(qū)土壤TPH 去除率無顯著差異，而7%和9%油污濃度時(shí)TJ 處理組根區(qū)土壤TPH 去除率與TZ 處理組相比分別高出75.81%和121.21%（P＜0.05），但在11%油污濃度時(shí)二者與CK間無顯著差異。即7%～9%油污濃度時(shí)，金雞菊根區(qū)土壤TPH去除率均顯著高于紫花苜蓿，但當(dāng)油污濃度高達(dá)11%時(shí)2 種受試植物均未表現(xiàn)出明顯根區(qū)修復(fù)效應(yīng)。研究指出油污濃度增加對(duì)不同種屬植物根區(qū)TPH 去除率的抑制程度不盡相同［10］，原因在于油污土壤植物修復(fù)依賴于根區(qū)土壤微生物的降解作用，即植物根區(qū)土壤原油降解功能菌屬種類和數(shù)量是決定其TPH 去除率的關(guān)鍵因素［5］，但不同種屬植物根區(qū)土壤微生物對(duì)此過程的響應(yīng)方式不盡相同最終導(dǎo)致了根區(qū)TPH去除率有所差異。

2.2 不同油污濃度脅迫時(shí)2種受試植物生理指標(biāo)變化情況

由于11%油污濃度時(shí)2種受試植物均未表現(xiàn)出明顯根區(qū)修復(fù)效應(yīng)，因此僅對(duì)3%～9%油污濃度時(shí)2種受試植物各項(xiàng)指標(biāo)做后續(xù)分析。首先，與非油污土壤對(duì)照組相比，7%和9%油污濃度下TZ處理組出苗率和葉綠素比分別下降了43.08%～106.92%和31.42%～87.15%，而TJ處理組則分別下降了20.00%～68.15%和28.70%～70.48%（P＜0.05），但在3%油污濃度時(shí)二者間均無顯著差異（圖2a，圖2b）；其次，與非油污土壤相比，TJ 處理組根冠比、地上和地下部干重在3%油污濃度時(shí)分別增加了8.40%、16.48%和26.43%（P＜0.05），TZ 處理組則無顯著變化，而當(dāng)油污濃度增至7%和9%時(shí)，TZ 處理組上述3 項(xiàng)指標(biāo)的下降程度明顯高于TJ處理組（P＜0.05）（圖2c，圖2d，圖2e）；此外，TJ 處理組根活力在3%～9%油污濃度時(shí)與非油污對(duì)照組相比分別增加了164.64%、216.95%和57.68%，但TZ 處理組僅在3%和7%油污濃度時(shí)增加了150.94%和78.89%（P＜0.05）（圖2f）。上述結(jié)果說明，濃度為3%油污土壤對(duì)2種受試植物的影響相對(duì)較小，但濃度介于7%～9%的油污土壤對(duì)紫花苜蓿出苗率、葉綠素比、地上部干重、地下部干重和根冠比的抑制程度顯著高于金雞菊。

圖2 不同油污濃度脅迫時(shí)紫花苜蓿和金雞菊生理指標(biāo)變化Fig.2 Changes of the physiological index of M.sativa and C.lanceolata under different TPH concentrations stress

研究指出，濃度低于5%油污土壤對(duì)非洲菊（Gerbera jamesonii）地上及地下部干重有明顯促進(jìn)作用，但7%時(shí)則為抑制作用［12］；而濃度≤1%的油污土壤對(duì)互花米草（Spartina anglica）植物生物量、根冠比、葉綠素比和根活力無顯著影響，但濃度達(dá)到3%～5%時(shí)則可產(chǎn)生明顯抑制作用［5］，上述研究結(jié)論與本研究結(jié)果有相似之處，即不同植物應(yīng)對(duì)不同濃度原油污染物脅迫時(shí)各項(xiàng)生理指標(biāo)的耐受性不盡相同，但總體而言，過高的油污濃度對(duì)其生理指標(biāo)可產(chǎn)生明顯抑制作用。究其原因，除通過土壤因素間接影響外，還在于原油污染物可通過細(xì)胞膜滲透進(jìn)入植物根系組織，后經(jīng)過植物富集作用對(duì)植物體地上及地下部分產(chǎn)生毒害作用，進(jìn)而阻礙植物正常生理功能［16］。就本研究結(jié)果來看，金雞菊對(duì)濃度在3%～9%油污土壤的耐受性明顯優(yōu)于紫花苜蓿。

2.3 不同油污濃度脅迫時(shí)2種受試植物根區(qū)土壤理化指標(biāo)變化情況

由表2 可知，2 種受試植物根區(qū)土壤pH 隨油污濃度增加而升高，而堿解氮、速效磷、脲酶、堿性磷酸酶活性則隨之降低（P＜0.05）。原因在于原油進(jìn)入土壤后因其強(qiáng)疏水性可引起表層和次表層土壤干旱，加劇土壤鹽漬化，導(dǎo)致Ca2+和Na+積累的同時(shí)降低陽離子交換量，從而升高土壤pH［17］。而油污濃度增加所導(dǎo)致土壤pH升高會(huì)限制土壤養(yǎng)分的有效化水平［5,9］，加之原油污染物進(jìn)入土壤后促使土壤養(yǎng)分比例的失衡［14］，抑制了植物根區(qū)土壤微生物生長(zhǎng)繁殖［18］，最終導(dǎo)致土壤速效養(yǎng)分含量降低。

2 種受試植物相較而言，在非油污土壤（0%）中TZ處理組根區(qū)土壤堿解氮含量相對(duì)較高（P＜0.05），但在3種濃度油污土壤中2種受試植物根區(qū)土壤堿解氮含量并無顯著差異；7%和9%污染土壤中TZ處理組根區(qū)土壤速效磷含量與TJ 處理組相比分別高出26.71%和53.08%（P＜0.05），由此說明原油污染物對(duì)紫花苜蓿根區(qū)堿解氮含量和金雞菊根區(qū)速效磷含量的抑制作用相對(duì)較大。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，一定濃度的原油污染物會(huì)驅(qū)動(dòng)植物根區(qū)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，有利于原油污染物的生物降解，但原油降解功能微生物的生長(zhǎng)會(huì)消耗土壤速效養(yǎng)分［6,9］。為了說明土壤堿解氮和速效磷含量的降低與根區(qū)土壤微生物和植物生長(zhǎng)消耗之間的聯(lián)系，筆者測(cè)定了2種受試植物根區(qū)土壤脲酶和堿性磷酸酶活性（表2）。t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，在7%和9%油污濃度時(shí)TJ處理組根區(qū)土壤脲酶活性與TZ處理組相比分別增加了54.42%和68.39%（P＜0.05），堿性磷酸酶活性增加了65.85%和188.80%（P＜0.05），說明在7%～9%油污濃度范圍內(nèi)TJ 處理組根區(qū)土壤脲酶和堿性磷酸酶活性顯著高于TZ處理組，但相對(duì)較高的土壤脲酶和堿性磷酸酶活性并未增加TJ 處理組根區(qū)土壤堿解氮和速效磷含量，加之相對(duì)較低的土壤pH 反而有利于土壤養(yǎng)分有效化水平，由此說明，可能由于金雞菊根區(qū)修復(fù)過程中土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖消耗了土壤養(yǎng)分進(jìn)而導(dǎo)致其速效磷含量低于紫花苜蓿，而紫花苜蓿根區(qū)堿解氮含量的下降則可能與根區(qū)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)受原油污染物的影響有關(guān)。

表2 不同油污濃度脅迫時(shí)紫花苜蓿和金雞菊根區(qū)土壤理化指標(biāo)變化情況Tab.2 Changes of physical and chemical index of Medicago sativa and Coreopsis lanceolata root-zone soil under different TPH concentrations stress

2.4 不同油污濃度脅迫時(shí)2種受試植物根區(qū)土壤微生物群落變化

由表3可知，與非油污土壤相比，隨著油污濃度從3%增至9%，TZ 處理組根區(qū)土壤微生物OTU 數(shù)量、Chao1 指數(shù)和Shannon 指數(shù)分別下降了14.21%～72.20%、28.86%～67.10%、30.96%～57.54%，而TJ 處理組則依次下降了6.35%～61.79%、2.17%～32.85%和1.11%～27.66%（P＜0.05），表明2 種受試植物根區(qū)土壤微生物豐富度和多樣性均隨油污濃度增加而降低，原因在于油污毒性效應(yīng)隨濃度增加而加劇［7］，導(dǎo)致植物根區(qū)微生物群落多樣性下降。然而3種油污濃度脅迫時(shí)TJ 處理組根區(qū)土壤OTU 數(shù)量、Chao1指數(shù)和Shannon 指數(shù)顯著高于TZ 處理組（P＜0.05），這表明油污濃度增加對(duì)金雞菊根區(qū)土壤微生物群落豐富度和多樣性的抑制作用相對(duì)較小。

表3 不同油污濃度脅迫時(shí)紫花苜蓿和金雞菊根區(qū)土壤微生物群落豐富度和多樣性變化（相似度為97%）Tab.3 Changes of root-zone soil microbial richness and diversity of M.sativa and C.lanceolata under different TPH concentrations stress(Similarity is 97%)

2種受試植物根區(qū)土壤微生物高通量測(cè)序結(jié)果顯示（圖3）：相對(duì)豐度＞1%的優(yōu)勢(shì)菌屬包括食烷菌屬（Alcanivorax）、纖細(xì)單胞菌屬（Gracilimonas）、海桿菌屬（Marinobacter）、Halanaerobium屬、嗜鹽單胞菌屬（Halomonas）、鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、假黃色單胞菌屬（Pseudoxanthomonas）、Lutibacter屬、Fodinicurvata屬、Proteiniphilum屬、假單胞菌屬（Pseudomonas）、類諾卡氏菌屬（Nocardioides）、分支桿菌屬（Mycobacterium）、海細(xì)菌屬（Marinobacterium）和深海彎曲菌屬（Thalassolituus）。優(yōu)勢(shì)菌屬聚類結(jié)果（歐式距離法）將供試土樣劃為3 個(gè)類群，類群Ⅰ為TJ處理組，類群Ⅱ?yàn)門Z處理組，類群Ⅲ則為非油污土壤，上述結(jié)果在一定程度上反映出植物種屬差異是決定油污土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。

此外，食烷菌屬（5.01%～12.50%）、纖細(xì)單胞菌屬（3.92%～8.49%）、海桿菌屬（4.10%～14.15%）、Ha-lanaerobium屬（2.99%～4.86%）、嗜鹽單胞菌（12.97%～18.01%）和類諾卡氏菌屬（8.62%～19.69%）在TJ 處理組中的相對(duì)豐度顯著高于其他處理組（P＜0.05）；而TZ 處理組中鞘氨醇單胞菌屬（5.46%～10.25%）、Lutibacter屬（8.81%～9.67%）、假單胞菌屬（7.81%～14.65%）和分枝桿菌屬（10.15%～12.59%）的相對(duì)豐度則相對(duì)較高（P＜0.05）。根據(jù)目前已有研究［9,19-21］可知，食烷菌屬、Gracilimonas屬、海桿菌屬、Halanaerobium屬、鞘氨醇單胞菌屬、假黃色單胞菌屬、假單胞菌屬、類諾卡氏屬、分支桿菌屬、海細(xì)菌屬和深海彎曲菌屬中存在于原油降解功能菌，這為金雞菊和紫花苜蓿進(jìn)行油污土壤根區(qū)修復(fù)提供了生物學(xué)基礎(chǔ)。對(duì)上述優(yōu)勢(shì)菌屬相對(duì)豐度進(jìn)一步分析表明，與9%油污濃度組相比，在3%和7%油污濃度時(shí)，TJ處理組食烷菌屬相對(duì)豐度分別高出2.15 倍和2.50倍，海桿菌屬分別高出2.06 倍和2.01 倍，類諾卡氏菌屬分別為高出2.28倍和1.74倍，而海細(xì)菌屬則分別高出2.64倍和2.58倍（P＜0.05），因此與9%油污濃度組相比，3%和7%油污濃度組土壤微生物群落結(jié)構(gòu)相似度更高（圖3）；而TZ處理組中原油降解功能菌屬僅有鞘氨醇單胞菌屬、假單胞菌屬和分枝桿菌屬，其相對(duì)豐度在3%和7%油污濃度也均顯著高于9%油污濃度脅迫組。綜上所述，油污濃度相對(duì)較低時(shí)（3%～7%）2種受試植物對(duì)原油降解功能菌屬的富集作用相對(duì)較強(qiáng)，這在一定程度決定了土壤TPH去除率相對(duì)較高，而TJ處理組根區(qū)土壤原油降解功能菌屬的富集作用明顯強(qiáng)于TZ 處理組則可能是決定金雞菊根區(qū)土壤TPH 去除率顯著高于紫花苜蓿的關(guān)鍵生物學(xué)環(huán)境因素。此外，非油污土壤中2 種受試植物（TZ-0%和TJ-0%）根區(qū)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)較為相似的原因可能是與植物根系效應(yīng)相比，土壤母質(zhì)、理化性質(zhì)和氣候條件等環(huán)境因素對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響相對(duì)較強(qiáng)，加之植物修復(fù)時(shí)間相對(duì)較短，因此非油污土壤中2 種受試植物優(yōu)勢(shì)菌屬（相對(duì)豐度＞1%）的群落結(jié)構(gòu)與油污土壤相比更為相似。

圖3 不同油污濃度脅迫時(shí)紫花苜蓿和金雞菊根區(qū)土壤微生物優(yōu)勢(shì)菌屬聚類結(jié)果heatmap圖Fig.3 Heatmap of relative abundance of the dominant genus of microbial community of root-zone soil of M.sativa and the C.lanceolata under different TPH concentrations stress

為了進(jìn)一步解析不同處理組間細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的差異，相對(duì)豐度≥0.1%的菌屬LEfSe 分析（LDA值≥4.0）結(jié)果顯示（圖4）：在屬分類水平上，3種油污濃度脅迫時(shí)TJ 處理組中差異指示菌多為原油降解功能菌屬，其中Algiphilus屬、鞘氨醇單胞菌屬、類諾卡氏菌屬、Subgroup_7 和深海彎曲菌屬等均已被揭示為具備芳烴降解能力的功能菌屬［14,22-23］，這在一定程度上亦體現(xiàn)出金雞菊對(duì)根區(qū)原油降解功能菌屬的富集效應(yīng)優(yōu)于紫花苜蓿。

圖4 不同處理組間LEfSe差異比較分析LDA值分布Fig.4 LDA value distribution histogram based on LEfSe comparison analysis among different treatments

2.5 2 種受試植物生理特性、土壤理化特性和微生物特性對(duì)土壤TPH去除率的方差分解

為了揭示紫花苜蓿和金雞菊植物生理特性、土壤理化特性和土壤微生物特性對(duì)土壤原油污染物去除率的信息解釋量，本研究采用方差分解來解析上述3類指標(biāo)對(duì)濃度分別為3%、7%和9%污染土壤根區(qū)TPH 去除率的貢獻(xiàn)率的結(jié)果顯示（圖5）：隨著油污濃度從3%增至9%，TZ 處理組植物生理特性、土壤理化特性和微生物特性對(duì)土壤TPH 去除率的貢獻(xiàn)率純效應(yīng)分別從41%、36%和29%降至4%、9%和14%（圖5a，圖5b，圖5c），而TJ 處理組則從48%、31%和34%降至9%、18%和30%，表明油污濃度增加對(duì)紫花苜蓿和金雞菊植物生理特性的抑制作用導(dǎo)致其對(duì)土壤TPH去除率的貢獻(xiàn)率逐漸下降，而金雞菊土壤理化特性和微生物特性則決定其根區(qū)TPH 去除率顯著高于紫花苜蓿（圖5b，圖5c，圖5e，圖5f）。

圖5 紫花苜蓿和金雞菊應(yīng)對(duì)3種油污濃度脅迫下植物生理特性、土壤理化特性和土壤微生物特性對(duì)土壤TPH去除率的純效應(yīng)和共同效應(yīng)Fig.5 Pure effects and co-effects of plant physiological traits,soil physical-chemical properties and soil microbial properties of M.sativa and C.lanceolata under 3 kinds of soil TPH concentrations stress acorrding to variance decomposition analysis

3 類指標(biāo)共同效應(yīng)方面，3%油污濃度時(shí)植物生理特性×微生物特性的共同作用［TZ（61%）、TJ（58%）］是貢獻(xiàn)土壤TPH去除率的關(guān)鍵環(huán)境因素（圖5a，圖5d），而7%和9%油污濃度時(shí)，土壤理化特性×微生物特性的共同作用［TZ（52%，23%）、TJ（59%，57%）］則是決定根區(qū)土壤TPH去除率的關(guān)鍵環(huán)境因素，但9%油污濃度時(shí)TZ處理組土壤理化特性×微生物特性共同作用降至23%，這可能與植物生理指標(biāo)×土壤理化特性共同作用降至7%有關(guān)（圖5b，圖5c，圖5e，圖5f），由此說明，油污濃度增加對(duì)紫花苜蓿植物生理特性的抑制作用間接影響了土壤理化特性和微生物特性，最終導(dǎo)致其根區(qū)土壤TPH去除率相對(duì)較低，而金雞菊根區(qū)土壤微生物特性在7%和9%油污濃度時(shí)依然高達(dá)46%和30%則是決定其根區(qū)土壤TPH去除率顯著高于紫花苜蓿的決定性因素。

3 結(jié)論

油污濃度從3%、7%增至9%，金雞菊根區(qū)土壤TPH 去除率均高于紫花苜蓿。濃度介于7%～9%油污土壤對(duì)金雞菊根冠比、根活力指數(shù)、葉綠素比、土壤pH、脲酶和堿性磷酸酶活性的抑制作用顯著低于紫花苜蓿。3%～9%油污濃度范圍內(nèi)，金雞菊根區(qū)土壤OTU數(shù)量、Chao1指數(shù)和Shannon指數(shù)均顯著高于紫花苜蓿，且金雞菊根區(qū)土壤原油降解功能菌屬相對(duì)豐度高于紫花苜蓿。油污濃度增加抑制了紫花苜蓿植物生理特性進(jìn)而限制其根區(qū)TPH去除率，而土壤理化特性和微生物特性的共同作用使得金雞菊根區(qū)土壤TPH去除率高于紫花苜蓿。