紫花苜蓿對油污土壤的耐脅迫響應及修復效果研究

徐艷 王曙光 南卡俄吾 楊建強

摘要近年來，土壤修復研究中植物修復技術以其過程簡單、成本低廉和無二次污染等特點受到人們的廣泛關注。目前已有不少試驗研究表明，紫花苜蓿對石油類有機污染物具有較高的富集作用，是一種很有應用前景的土壤修復植物。通過大量文獻調研，基于已有試驗研究，綜述紫花苜蓿對油污土壤的耐脅迫響應及修復效果研究現狀，以期為后期紫花苜蓿石油污染修復研究提供一定借鑒。

關鍵詞紫花苜蓿;石油污染土壤;耐脅迫響應;修復效果

中圖分類號X53文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）32-0115-03

Stress Response and Remediation Effect of Alfalfa to Petroleumpolluted Soil

XU Yan， WANG Shuguang*， Namkha Norbu et al（Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co.， Ltd，xi′an ，Shaanxi 710075）

AbstractRecently， phytoremediation technology has been widely concerned， and it has some advantages such as simple process， lowcost and no secondary pollution. At present，a lot of experimental researches showed that alfalfa could repair the petroleumpolluted soil efficiently. Alfalfa was a kind of soil restoration plant which could be applied widely in future .Through a large number of literature researches and based on the existing experiments， this paper summarized the stress response and remediation effect of alfalfa to petroleumpolluted soil to provide some reference for the later

research by alfalfa of petroleumpolluted soil remediation.

Key wordsAlfalfa; Petroleumpolluted soil; Stress response; Remediation effect

石油被譽為“黑金”，是現代社會賴以生存與發展的血液。在石油生產、貯運、煉制加工及使用過程中，常常因事故、不正常操作及檢修等原因，造成石油烴類的溢出和排放，對環境（土壤、地表和地下水）造成嚴重污染[1]。近年來，土壤修復研究的主要治理方式有物理修復、化學修復和生物修復。生物修復以其過程簡單、成本低廉、無二次污染等特點受到人們的廣泛關注。植物修復技術是一種很有潛力的環境修復技術，主要通過適生修復植物吸收、降解和揮發等方式減少石油類有機污染物在土壤中的含量，達到土壤修復的目的[2]。目前已有不少試驗研究表明，草本植物紫花苜蓿對石油類有機污染物具有較高的修復作用，是一種很有應用前景的土壤修復植物。該研究主要通過大量文獻調研，基于已有試驗研究綜述紫花苜蓿對油污土壤的耐脅迫響應及修復效果，以期為后期紫花苜蓿石油污染修復實踐提供一定借鑒。

1紫花苜蓿的特性和生態功能

苜蓿為多年生豆科草本植物，素有“牧草之王”之稱，在世界范圍內分布廣泛 [3]，原產于小亞細亞、伊朗、外高加索一帶，經“絲綢之路”傳入我國后，已有2 000多年栽培歷史。據有關種植實踐證明，紫花苜蓿具有以下生態功能[4]：①主根發達，通過機械穿插、根部代謝及產生大量分泌物等方式可有效疏松土壤，改善土壤通氣狀況、分散特性及團粒結構;耐干旱、耐瘠薄、耐刈割且適應性強;②營養價值高，適口性好，側根生有大量根瘤，與根系共生的根瘤菌能將空氣中的游離氮轉化為易被植物利用的氮肥，具固氮作用，是一種改良土壤、保持水土、改造環境的優良牧草;③可吸收、去除環境中的某些污染物，如石油類有機污染物、銅鉛鋅等重金屬離子。

2植物修復油污土壤的機理

植物修復是依據特定植物對某種環境污染物的吸收、超量積累、降解、固定、轉移、揮發及促進根際微生物共存體等特性，修復土壤中有毒重金屬、有機物、放射性核素等污染物。有機污染物的修復機理包括直接吸收、根系分泌物降解和揮發[5-6]。植物吸收主要是通過植物直接吸收污染物并將其轉運蓄積到該植株的地上可收割部分;降解是植物本身及相關微生物和各種酶將有機污染物降解為毒性較弱或非植物毒性的代謝物;揮發是指與植物吸收相互聯系，利用本身吸收、積累、揮發而減少土壤中的揮發性污染物[7-9]。

3石油污染對紫花苜蓿生長指標的影響

就土壤而言，80%以上的落地原油被截留在50 cm以上的表層土壤中，逐漸積累導致土壤結構破壞，對植物生長造成負面影響[10]。油污土壤對植物種子發芽和幼苗生長的影響機理可能包括[11-12]：①形成油膜包裹種子，使種子處于缺水、缺氧狀態，導致萌發率降低;②在植物根系上形成一層石油烴黏膜，阻礙其對營養元素的吸收和呼吸功能，甚至引起根系腐爛，某些有毒組分可直接進入植物體內對植物造成傷害;③破壞土壤結構，使土壤的透水性降低，阻礙植物生長;

④幼苗養分失衡和生理脫水。由于土壤碳氮比增加，微生物從土壤中吸收大量氮素來合成體細胞，導致微生物與植物爭奪土壤有效氮素，同時土壤顆粒吸附石油烴干擾了營養元素從土壤顆粒進到土壤溶液。

目前，對紫花苜蓿部分生長指標的影響研究主要通過將供試的石油類有機污染物與研究區附近無污染土壤混合，人為設置一定濃度梯度，進行紫花苜蓿盆栽試驗（為主）或田間試驗研究。在一定試驗周期內定期測定不同污染濃度下紫花苜蓿的發芽時間、發芽率、株高、地上和根系干重等基本生理指標來初步探索紫花苜蓿對石油污染的耐受性（表1、2）。隨著不同地區土壤中原油濃度增大，紫花苜蓿發芽率和株高均受到抑制作用，且株高對石油等有機污染物的反應更為敏感，濃度越大，抑制作用越明顯。張松林等[6]研究發現，紫花苜蓿種子發芽率與土壤中石油污染質量分數呈指數關系，隨著濃度的增加仍具有一定發芽率，主要是由于種子結構具有多種物理和生化防范功能，能夠有效阻止有毒物質的進入，因而土壤污染對種子發芽的毒害作用在一定范圍內僅表現為部分抑制，只有土壤污染嚴重時，種子發芽才會完全被抑制。

另外，植物株高和生物量是修復原油污染度的指示指標，一般認為相同時間內植物生長發育形成的生物量越大，修復效果越好。岳冰冰等[12]選取東北林業大學場地0～10 cm表土為供試土壤，選取大慶油田原油為供試原油，對0、2 500、5 000、7 500 mg/kg石油污染梯度下紫花苜蓿的葉片數、生物量、可溶性蛋白、淀粉和葉綠素等進行了測定，結果發現隨濃度增加，葉片數和生物量在超過5 000 mg/kg時大幅減小;而可溶性蛋白和淀粉含量先增后減，葉綠素含量增加。可能原因是為了適應石油污染脅迫，紫花苜蓿產生了更多的營養物質以維持正常代謝。

4紫花苜蓿對石油污染土壤的修復效果研究

目前，大部分試驗研究主要通過測定不同濃度石油污染下紫花苜蓿盆栽或田間試驗周期內土壤或紫花苜蓿中總石油烴（TPH）、多環芳烴某一組分（菲、芘、苯并[a]芘、三氯聯苯等）含量等來定量研究紫花苜蓿對石油污染的修復效果。

4.1紫花苜蓿單一修復

李先梅等[13]結合華北油田原油污染實際情況，設置6種污染濃度0、10、20、30、40、60 g/kg，70 d后測定的紫花苜蓿石油烴降解率依次為0、59.00%、19.00%、33.00%、24.25%和10.00%。王麗萍等[14]以新疆農業大學試驗田灰漠土為供試土壤，克拉瑪依采油二廠原油為供試原油，設置原油濃度為0、6、12、34 g/kg，通過盆栽試驗測定土壤石油烴降解率依次為0、87.70%、45.75%、21.31%。上述研究表明，當石油濃度超過10%時，紫花苜蓿降解率呈大幅下降，可以看出土壤中石油污染物濃度影響紫花苜蓿的降解率。一般隨污染物濃度增大，植物生長發育會受到抑制，發芽率、株高及生物量等有所降低，對石油的去除率也相應降低，且濃度越大，影響越顯著[15-16]。另外，趙首彩等[17]通過紫花苜蓿田間試驗表明，紫花苜蓿非常適合修復石油污染土壤，且富集污染物主要位于植株地上部分葉部為主，莖部次之，便于收獲、集中處理（表3）。

4.2紫花苜蓿-微生物聯合修復

因石油污染物較為復雜，植物單一修復效果有限，因此不少學者選取紫花苜蓿-微生物聯合修復技術進行試驗研究。劉世亮等[18]選取中科院南京土壤研究所常熟農業生態試驗站潛育水耕人為土作為供試土壤，以苯并芘為石油污染物，蘇格蘭球囊霉為叢枝菌根真菌展開研究，試驗結果如表4，當不種植物時，在相同苯并[a]芘濃度下，接菌與不接菌處理下降解率幾乎沒有區別，說明在沒有寄主植物時，單純接入菌根真菌并不起作用。而在種植紫花苜蓿后，同一濃度下苯并[a]芘降解率顯著增加，且接菌處理后降解率明顯高于不接菌處理，說明接菌使紫花苜蓿根際土壤中苯并[a]芘的降解進一步得到了強化。

4.3施肥-紫花苜蓿聯合修復

張松林等[6]以西北師范大學校園清潔區土壤為供試土壤，以塔里木盆地原油為供試原油，施加底肥后進行人工石油污染土壤植物修復田間試驗發現，土壤石油污染盡管存在一定程度的自然降解，但是紫花苜蓿的植物修復作用依然很顯著;種植紫花苜蓿對石油污染土壤具有很好的修復效果，且施肥有助于促進紫花苜蓿對土壤中石油污染物的去除[20]（表5）。

5問題與展望

大量文獻調研發現，目前對紫花苜蓿部分生長指標的影響及修復效果主要通過將供試的石油類有機污染物與研究區附近無污染土壤混合，人為設置一定濃度梯度，以盆栽試驗為主。如何將初步試驗成果進一步規模化應用到工程實踐中，還需進一步展開研究。

石油主要是由各種烴類組成的復雜混合物，組分包括飽和烴、芳香烴和非烴類化合物，各組分降解先后順序為飽和烴>環烷芳香烴>多環芳烴>非烴類化合物[21]。目前，大部分研究以紫花苜蓿對總石油烴降解率為主，而對石油中各組分的降解率研究較少，尤其是紫花苜蓿對土壤中難以降解的多環芳烴類污染物的修復效果如何需要進一步展開研究。

種植紫花苜蓿對石油污染土壤具有很好的修復效果，且已有部分研究表明，紫花苜蓿-微生物聯合修復、施肥-紫花苜蓿聯合修復、紫花苜蓿與其他修復植物混種等對油污土壤的修復效果更好，因此，后期可大量展開以紫花苜蓿為主要修復植物的多種方式（微生物、施肥、混種等）的聯合修復研究。

綜上所述，紫花苜蓿對不同地區不同濃度的石油污染土壤都具有較好的修復效果，是進行植物修復研究的優選物種。在進行試驗研究中，需要盡可能結合研究區石油污染土壤的實際情況，建立最適合該區域的植物修復技術體系，以達到最佳的試驗效果。

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