文/南破

编辑/南破

前言

石油产业的快速发展使得大量的石油进入到土壤和水体中，给生态系统带来了极大的危害。

目前国内外关于石油污染土壤的研究主要集中在中性或弱碱环境下，而针对酸性环境下的相关报道很少。但是，在具有强酸雨沉积和热带森林的区域，却经常出现大量的被酸污染点。

此外，因原油成分复杂，土壤介质多样，微生物降解不彻底，以及土壤不适合等因素，往往会导致土壤酸化。

土壤的酸碱性会对土壤结构、植物生长、微生物的活性及酶活性产生影响，从而对石油烃的降解效果产生影响。

所以，在酸性土壤中，对植物修复效果进行评估是非常重要的。因此，本研究拟采用两种具有较强抗石油污染能力的作物——玉米和大豆，对环境中的石油污染具有较强的抗逆性。

本项目拟采用PCR-DGE技术，以土壤为对象，对土壤根际微生物进行原位检测，以更真实、更全面地反映土壤中根际微生物的动态变化，从而更好地反映土壤中土壤中的微生物种群动态。

材料与方法

试验土：从广州市城郊地区取干净的土样，经自然干燥后，用2mm的筛子过滤。土壤质地属于粉壤土，w（有机质）为6700mg·kg-1,w（全N）为240mg·kg-1,w（全磷）为440mg·kg-1,pH为5.31。

根据相关资料对土壤进行了物理化学特性的研究，利用重铬酸盐钾容重法-外加热法对有机物质进行了检测，利用凯氏定氮法对总N进行了检测；

利用HClO4-H2SO4对总P进行了检测，土壤pH值采用pH测定仪测定。干燥的泥土被碾碎，然后通过一个2毫米的筛子，添加石油，并且充分搅拌。

吕志萍等人的研究表明，在含油量为15000mg·kg-1时，玉米会表现出生育迟缓和贪青的现象，含油量超过50000mg·kg-1时，则会显著地抑制其生长发育。

供试作物：大豆、玉米，均从广东省农科院购买了它们的种子。

试验用的原油：中国石油化工股份有限公司广州分公司供应.主要成分为：64.06%的饱和碳氢化合物，18.56%的芳香类化合物，17.39%的焦油类化合物。

在21cmx18cmx17cm的容器里放进3公斤的油污土，每一个容器里放进3公斤的油污土，每一个容器里放三个平行的样品。

挑选颗粒饱满的种子，两个品种每个盆栽20粒，种下后用2-3毫米的被污染土盖住。有规律地灌溉并使土地保持潮湿。

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每日固定时间对萌发的种子进行观测和计数，连续3d保持不变即视为发芽过程结束，计算发芽率。

在野外条件下，在23-33摄氏度的环境下，每天平均光照时间9小时。通过定时灌水，保持了农田总蓄水能力的60%以上。

本研究在2011年度三月一日到六月三十日进行。在实验完成后，对植株进行取样，将植株的根茎剖开，用清水冲洗；

然后将其用无离子水洗净，用过滤纸吸乾，然后测量其长度；将其放入烤炉，在60℃下烘干，直到其重量达到恒定，用电子天平称重。

从3个平行样品的各个处理中，分别取出50g土壤样品，并在室温下在暗处进行空气干燥，然后通过0.15mm的孔径筛子，并取出5g进行进一步的分析。

把土样放到40mL的玻璃离心管中，然后添加20mL二氯甲烷，用玻璃棒进行搅动1分钟后，将该悬浮液进行超声波提取1小时；

使用添加凉水的方式，保持超声萃取仪内的水温在35摄氏度之下，然后在相对离心力Fr,c为3578的条件下，进行10分钟的离心。

之后，将离心管中的上清液倒进已经在炉子中干燥到恒质量的磨口圆底烧瓶中，对每个土壤样品进行三次提取；

最后用一个旋转蒸发器将3次的上清液蒸发到几乎干燥，并将其放在一个通风柜中，放置一个晚上之后进行称重。

在此基础上，取土壤样品1g，在105℃的温度下干燥24小时，测定其水分含量。结果表明，用此法可获得87.60%-95.87%的**回收率。

利用MOBIO公司的DNA萃取工具对不同种类的微生物进行了DNA萃取。通过对PCR扩增得到的PCR结果进行了基因突变检测，得到的PCR结果为8%，在200V和60℃下进行5小时的变性培养。

在完成电泳后，以银染的方式对胶体进行了着色，并对其进行了照片处理，然后用QuantityOne软件对其进行了统计。

结果与讨论

从表1中可以看出，这两个物种的种子萌发率随w的增大而改变。未受污染的玉米、大豆的出苗率分别为98.3%和96.7%。

大豆种子萌发率则随水分的增大呈现出先降低后升高的趋势，但幅度较小。大豆比玉米更能承受较高的石油碳氢化合物。

油污对种子发芽有一定的影响，其主要原因之一是油污中挥发性物质进入种子后，对种子发芽造成损伤或死亡；另外，油污还会造成土壤致密化，降低其渗透性和疏水性，从而影响种子发芽。

另外，油污能在种子表层生成一层不透水的油层，使水、氧无法透入，从而影响种子的萌发。

大豆与玉米根在组织形式上存在差异，玉米根为须根，没有主根，以根干重来描述其生长状态更为恰当。大豆的根部是笔直的，可以用它的主根的长度来反映它的根部的发展状况。

从图1可以看出，玉米的根干重随W（原油）的增加而降低。在W（原油）为8561mg•kg-1的条件下，与无原油处理的玉米根干重没有明显下降（P>0.05)，这一结论与马强等人的研究成果相吻合；

说明原油的低品质原油处理不会影响玉米根的生长发育。与许端平等人的试验结果相吻合，表明高浓度的油污对土壤中的植物根系发育有一定的影响。

图1表明，大豆的根长度在W（原油）从0上升到4980mg.kg-1的情况下稍有增长，但是没有达到明显的程度。

这与大豆在其体内的新陈代谢过程中对土壤中的一些石油碳氢化合物有不同的吸附和降解，进而对大豆的根部发育起到了一定的作用。

在w（石油）为17295和27525mg·kg-1时，大豆根长比无污染对照要短得多，表明高浓度的石油污染也对大豆根部的生长有很大的抑制作用。

石油可利用两种方式来对植物根部的生长进行抑制：第一，分子量较高的石油碳氢化合物会附着在土壤颗粒及植物根部的表面；

这不但会使土壤的透气性和亲水性下降，还会对植物的呼吸及蒸腾作用产生制约，进而对植物的生长产生影响。

其次，低分子量的石油烃类化合物因其高度的脂溶性，极易侵入到植物体内，与细胞膜等物质发生相互作用，导致其对根的伤害，从而影响根的发育。

从图2可以看出，以大豆和玉米地为代表的两种作物的脱油速率都比不以大豆为代表的两种作物的脱油速率高。

在w（原油）为17295mg·kg-1时，种植玉米的土壤中原油的去除率为（51.43±3.72)%，大豆的去除率为（46.24±2.49)%，明显大于对照。

在脱油过程中，植被可以利用不同的方式，一是根系分泌的分泌物及氧，增强了根际微生物的数量及活力。

其次，通过根系破坏土壤理化性质，形成不同尺度的裂隙或根沟，增加了土壤的透气性，同时也是挥发性和半挥发性有机污染物排放的管道。

然而，由于土壤中存在着大量的土壤水分，植被对土壤中有机污染物的吸收作用，使得土壤中有机污染物的降解速率大大加快。

第三，通过根际分泌的酶类，可以将土壤中的有机物完全转化为二氧化碳、水等无机物质，还可以转化为具有稳定性的小分子物质，从而实现对土壤中的有机物的高效转化。

与其它两种处理方法相比，这两种处理方法对少量原油的处理作用不明显。在此浓度条件下，以玉米地为代表的农田中，除油效率为(64.30±6.59)%，大豆地为代表的农田中除油效率为(63.96±4.79)%。

这有可能是由于在污染水平比较低的时候，通过挥发、淋溶、光解等物理作用以及土壤自身含有的微生物的降解作用，已经可以将大多数可降解污染物除去，因此，植物修复的效果并不显著。

此外，与其它相似的实验进行比较，在本实验中，在天然分解条件下，污染物的脱除率是比较高的；

这很有可能是由于本研究所的位置是在亚热带，温度比较高，可以刺激土壤中的微生物活力；

而本研究所采用的原油样本，由于本研究采用了高含量的饱和烃类物质，所以本研究对原油的脱除度比较高。

从表2和图3可以看出，不管是种植植物土壤，还是未种植物土壤，样本的条带数基本上都会随w（石油）的升高而降低；

这说明w（石油）越高，在土壤中的微生物丰度就会比较低，这可能是因为，随着w（石油）的增加，会抑制越来越多的细菌生长。

在不同的石油含量下，尽管根际土壤样本的条带数少于未种植物土壤（图3)，并且多样性指数也很低；

但是单个条带的亮度却显著地大于未种植物土壤，这表明，根际环境不仅可以抑制某种细菌的生长，也可以促进特定的菌群增殖。

非种植植株上的细菌数量平均值为0.931，与大豆根际上的细菌数量接近，但比玉米根际上的细菌数量平均值要高，这也表明了植株根部对细菌数量的增加有一定的选择。

从图4可以看出，大豆根际与非种植植株间的细菌群落结构具有很高的相似性，两者间的细菌群落结构具有很大的相似性，达到了0.52。

但是，玉米根际菌群与大豆的相似性仅为0.38，说明其对大豆的影响较大，这也是其能够较好地脱除土壤中的油污。

结论

水（油）含量大于或等于8561mg.kg-1时，与未受污染的对照比较，玉米、大豆的萌发率明显下降；

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在含油量达到17295mg.kg-1时，对大豆、玉米的根发育有明显的抑制作用。因而，高浓度的油污对作物的生长和产量有很大的影响。

玉米、大豆对提高土壤中石油类污染物的脱除效率具有明显的作用，特别是当污染浓度较高时，脱除效率更为明显。

当污染物质浓度很低时，尽管对植被的影响很小，但是对污染物质的清除效果却不显著，这一时期的原油质量浓度降低，其原因可能与天然生物降解有关。

因此，在含油量大于17295mg•kg-1的酸性土壤上，植物对其进行生物修复效果更好。

石油对细菌群落的抑制作用随着其含量的升高而增强，而植物根系对根际细菌的生长有选择性促进作用，且玉米根际的这种作用强于黄豆。

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参考文献：

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［2］潘峰，耿秋娟，楚红杰，等《石油污染土壤中多环芳烃分析及生态风险评价》

［3］司美茹，江翠翠，刘飞，等《一株降解原油链霉菌的分离鉴定与降解特性研究》

［4］王靖，张忠智，苏幼明，等《》石油污染土壤植物修复根际效应研究》