土壤学报
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植物修复土壤石油污染的研究进展

1.土壤石油污染

石油是一种复杂的多组分混合物,其主要组成是烃类(烷烃、环烷烃和芳香烃),其次是数量不多的非烃组分(含氧化合物、含硫化合物、含氮化合物、胶质和沥青质)。有的石油样品可含200~300 种烃类,分子量从16 至1000 左右,其物理状态包括气体、挥发性液体、高沸点液体以及固体。石油对土壤的污染主要是在勘探、开采、运输以及储存过程中引起的,油田周围大面积的土壤一般都受到严重的污染,石油对土壤的污染多集中在20 cm 左右的表层[1]。

随着世界经济的发展,石油己经是人类越来越不可或缺的能源,同时其造成的污染己经严重影响到动、植物以及人类的生活,石油类物质进入土壤,可引起土壤理化性质的变化,如堵塞土壤孔隙,改变土壤有机质的组成和结构,引起土壤有机质的碳氮比(C/N)和碳磷比(C/P)的变化;引起土壤微生物群落、微生物区系的变化。目前石油污染己经成为世界性的环境问题之一[2]。中国作为拥有960 万平方公里国土的发展中国家,对石油以及衍生产品的利用率更是排在世界前列。在中国有超过480 万平方千米的土地被石油污染,在一些高浓度污染地区,石油含量已经超过500 mg/kg 的临界值[3]。石油具有很强的粘附性,很容易附着在土壤颗粒中,并且很难移除,被石油附着的土壤透气性低,疏水性增强,使土壤易发生板结[4],甚至石油还会附着在植物根系表面形成一层油脂薄膜,降低植物呼吸和吸收养分的能力,久而久之使植物根系发生腐烂,甚至死亡[5]。对于一些可以在石油污染环境中正常生长的植物,其自身吸收的石油成分被动物摄入体内,通过毒性的级联放大,最终影响人类的生命安全。

2.植物修复研究进展

目前,土壤石油污染现有的修复方式包括物理修复、化学修复和生物修复等,传统物理及化学修复方法成本较高且易导致二次污染的发生,石油污染土壤的植物修复技术以其处理成本低、无二次污染、自然美观等特点,正逐步成为未来石油污染治理研究的一个重要方向。植物不仅能够释放分泌物和酶,刺激根区微生物的活性和生物转化作用,并且能够增强根区的矿化作用。Sun 等[6]研究了植物根系分泌物对贫瘠土壤中菲和蒽的去除效果,得到根系分泌物的添加对菲和蒽的去除分别增加了15.5%和21.3%,说明植物根系所产生的分泌物增强了土壤中多环芳烃的去除。也有研究表明植物根系分泌物中的有机酸、氨基酸等物质在根系和环境中微生物之间起到关键作用[7]。如柠檬酸和草酸,可以通过将污染物从土壤基质上解吸下来提高污染的生物利用度[8]。

吲哚乙酸(IAA)作为自然界中普遍存在的植物激素,是植物体自身合成的用以调控植物生长发育的重要物质,通过刺激细胞分裂和伸长来促进器官的分化和形成[9]。此外,IAA 可以提高植物抗逆性,促进植物体根系和叶片生物量的增加,开始被用于污染土壤的植物修复。特别是在重金属污染修复领域,IAA应用较多,研究表明,IAA 的添加可以缓解重金属以及其螯合物对植物的胁迫作用,从而促进植物的生长,提高植物修复效果[10]。Leinhos 等[11]发现IAA 的添加可以缓解干旱胁迫对植物的影响,并解释其机理可能是外源添加的IAA 改变了植物体形态来减轻外界干扰对植物体的胁迫作用,并指出IAA 可以用在植物修复领域。Fassler 等[12]通过研究证实,植物激素(包括吲哚乙酸)不仅可以减缓Pb 和Zn 对植物生长的毒性,而且还可以増加植物修复效应。Liphadzi 等[13]研究也发现,适当浓度的IAA 促进植物在重金属污染土壤中的生长。

卢丽丽等[14]的研究表明在7000 mg/kg,10,000 mg/kg 污染浓度下,蚕豆、红小豆、玉米均有较好的修复效果,其中玉米处理的石油烃降解率分别达到49.05%,50.37%,红小豆处理的降解率则为49.61%、44.82%,其修复效果仅次于玉米,两种植物均具有较强的去除污染物的能力。彭胜巍[15]研究了紫茉莉、凤仙花、牵牛花对石油污染土壤的修复,三种花卉植物经过127 d 的修复后,土壤中石油污染浓度及多环芳烃浓度含量明显降低。亦有研究表明[16],芦苇、沙枣、怪柳经过80 d 的修复,石油烃去除率可达到26.50%~31.27%,其中饱和烃去除效果最好,可达39.34%~46.18%。韩妮等[17]的研究表明,不同植物对原油的响应不同,当原油浓度小于5 g/kg 时能刺激玉米的生长,玉米地上部生物量增加显著;通过对石油的降解率来看,当原油浓度小于等于10 g/kg 时,狗牙根对原油污染土壤中石油烃的降解率是最高的。