随着人类文明的不断进步，资源的不断利用，现代工业化和城市化的不断发展，环境污染问题日趋严重。土壤的环境状况不仅直接影响着生态环境，而且直接关系到农作物的生长状况及农产品质量，从而关系着人民群众的健康问题。因此，石油污染土壤的治理研究已受到国内外专家的高度关注。随着石油类污染土壤面积的迅速扩大，如何经济有效地对之加以修复和控制已成为当今环境保护领域一大技术难点^[1]。石油污染土壤修复技术的研究越来越多^[2-7]，但在石油污染修复前需要进行风险评价，而且修复效果涉及修复标准问题等。生物修复技术具有处理费用低、无二次污染、对环境影响小、可就地处理、公众接受程度高和处理效果好等优点，被认为是最具发展前景的方法^{[8, 9]}。植物修复技术是生物修复技术中的一种，植物在生长的过程当中直接或间接的吸收，分解了土壤中的有机污染物从而达到修复的作用。石油污染土壤的植物修复技术以其吸收污染物能力强并兼顾美化环境的优点已成为人们普遍接受的去除石油污染物的首选技术^[10]。

小麦（Triticum aestivum Linn.）和玉米（Zea mays L.）是我国主要粮食作物。小麦不但有极高的营养价值，而且小麦苗、麦芽、麦麸、麦籽均可入药。小麦的种类很多，按照小麦播种季节可分为两类：冬小麦和春小麦。玉米，亦称玉蜀黍、包谷、苞米、棒子，是一年生禾本科草本植物，是重要的粮食作物和重要的饲料来源，也是全世界总产量最高的粮食作物。研究结果显示，当含油量为3 100 mg/kg时，玉米减产10%，若原油含量达到500 mg/kg时，则苯并芘在玉米中的含量超标，玉米不能食用^[11]。因此，本研究拟通过初步探索小麦和玉米对石油污染土壤的耐受性，来摸索这两种农作物在石油污染的胁迫下对石油污染土壤的潜在修复效果，以期为现场进行相关的植物修复提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 材料

实验选用冬小麦和玉米一年生种子进行实验。

1.2 方法 1.2.1 土壤预处理

将收集到的供试土壤置于实验室透风阴凉处天然风干。将供试土壤过2 mm的筛，然后充分搅拌使其混合均匀。称量2 kg若干份，分别放入花盆。

1.2.2 培养土壤制备

用正己烷溶解原油，使原油与供试土壤充分混匀。称量好各组所需的原油质量，然后以1：1的质量比将原油溶于正己烷中，最后分别向各盆土壤中加入原油，充分搅拌，使土壤中原油的浓度分别得到0%、0.5%、1.5%及3%。将配制好的培养土置于通风处，用水将其浇透，平衡2 d，待播种。

1.2.3 实验方法

小麦和玉米种子分别用0.2%氯化汞消毒10 min，用无菌水漂洗数次，待用。小麦每盆播种30粒，深度为3-5 cm，玉米每盆播种10粒，深度为3-6 cm。幼苗生长期间应当每天按时喷水，以保证土壤的持水率在60%左右，各花盆的浇水量也相同。在直径12 cm、高15 cm的花盆中加入1.2.2配置好的不同原油浓度的污染土样2 kg，再分别种植小麦和玉米种子，将土样充分混匀。室温下暗培养，待其萌发。实验维持60 d，每种处理设置3组平行。

1.2.4 测定项目及方法 1.2.4.1 土壤基本理化性质测定

土壤有机质的测定参照鲁如坤^[12]的方法。土壤pH值的测定（pH计法）；土壤有机质的测定（重铬酸钾容量法-稀释热法）；有效磷的测定（NaCO₃法）；全氮的测定（半微量开氏法）。

从背景测定值情况来看，陇东油区因为降雨量偏少，采样为冬季，土壤含水率较低（1.2%左右）；pH7.8左右，弱碱性，有利于微生物降解；总氮量较低0.180 g/kg，有机质含量低（1%左右），土壤较为贫瘠；电导率普遍小于2 ms/cm，土壤盐度低，如表 1所示。

1.2.4.2 种子萌发率的测定

种子萌发期间，定期记录种子出苗数、出苗时间，计算发芽率。连续3 d没有新的发芽种子出现时，可视作发芽期结束。发芽率（%）=（发芽种子粒数/供试种子粒数）×100%^[13]；发芽期结束后每5 d测一次叶片数、株高，生长达到一定程度后测定叶绿素、丙二醛、蛋白质含量等生理指标。

1.2.4.3 叶绿素含量测定

叶绿素含量采取乙醇—丙酮浸泡提取法，测定参照朱艳清的方法^[14]。

1.2.4.4 丙二醛（MDA）含量测定

丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法，测定参照朱艳清的方法^[14]。

1.2.4.5 可溶性蛋白的测定

可溶性蛋白含量测定参照植物生理学实验指导的方法^[15]。

1.2.5 数据分析

试验数据均使用SPSS 20.0软件和Excel进行单因素方差分析，并用Sigmaplot 10.0作图。

2 结果 2.1 不同石油浓度对两种植物种子发芽率的影响

受试植物小麦和玉米在不同石油浓度的处理下，种子的发芽率情况如表 2所示。较高的石油浓度会使得土壤板结，因此当油浓度达到一定值时，土壤发生板结，影响到了玉米的发芽率。从表 2可以看出，在0.5%和1.5%石油浓度下，玉米的发芽率与对照相比表现为不显著，说明较低浓度对玉米发芽没有太大影响；而在浓度为3%时，与空白对照组相比具有显著差异性。说明在0%-3%石油浓度范围内，玉米发芽率随着石油浓度的升高而下降，并且在3%浓度时表现出显著性差异。而石油对小麦的发芽率有低浓度促进作用，当浓度在0.5%时发芽率达到93.3%，比对照增加6.7%；当石油浓度继续升高时，发芽率下降，石油浓度达到3%时，小麦发芽率与对照相比下降了12.2%，表现出显著性差异。

2.2 不同石油浓度对两种植物生长的影响

表 3为不同浓度石油污染土壤对受试植物玉米和小麦生长情况的影响。随着石油浓度的不断上升，玉米的株高、地上部分干重和地下部分干重有着不同程度的下降。在0.5%和1.5%的浓度下，玉米的株高与对照相比表现出极显著性差异，分别下降了30.4%和29.7%；而当石油浓度达到3%时，与对照相比仅表现出显著差异现象，且与对照相比只下降了9.6%。而小麦在石油污染土壤中生长，叶片数，株高，地上、地下部分干重都随着油浓度上升呈下降趋势，在浓度为3%时，分别下降了25%、37.11%、35.18%和37.15%。分析表明，3%的石油对小麦株高和地上部分干重的影响达到了极显著的水平（P < 0.01）。

2.3 不同石油浓度对两种植物叶绿素含量的影响

不同石油浓度对小麦叶绿体色素含量的影响结果（图 1）显示，小麦叶绿素含量随着种植天数增加，整体呈下降趋势；并且随着石油浓度的上升而下降；对照组中的叶绿素含量在3个时间段都高于其他处理组。在25 d的时候，0.5%浓度下叶绿素含量与对照相比表现出显著性影响（P < 0.05），当浓度达到1.5%和3%时对小麦叶绿素含量的影响表现为极显著现象（P < 0.01），在35 d的时候，3个处理浓度下的叶绿素含量与对照相比都表现出极显著差异（P < 0.01）。

分别在玉米播种后第10 d、20 d、30 d的时候测定玉米的叶绿素含量，不同浓度石油处理对玉米叶绿素变化的影响结果（图 2）显示，玉米叶绿素含量随着种植天数的增加呈上升趋势，说明测量时间正处于玉米的生长期，随着玉米叶片的生长，面积的增加，叶绿素含量也正在增加；从图 2中还可以看出，3个浓度处理下，对照组的叶绿素含量最高，在3个处理中，随着石油浓度的升高叶绿素含量呈上升趋势，但与对照相比影响不显著；在30 d时0.5%和3%的浓度对玉米的叶绿素含量影响极显著（P < 0.01），这说明在玉米生长初期石油浓度对玉米叶绿素含量的影响较小，直到生长到一定程度时，其影响才慢慢体现。

2.4 不同原油浓度对两种植物丙二醛（MDA）含量的影响

如表 4和表 5所示，玉米和小麦叶片中的MDA含量随着种植天数的增加而积累。玉米（30 d）和小麦（40 d）在1.5%和3%两个处理浓度下MDA含量与对照组相比都表现出极显著的差异（P < 0.01），且两种植物叶片中的MDA含量随着石油浓度的升高而增加，由此可以说明石油污染土壤对玉米和小麦都具有一定程度的毒害作用。

2.5 可溶性蛋白

不同的植物在石油污染土壤的胁迫下，其可溶性蛋白含量的变化不同。图 3显示，小麦在石油污染土壤中生长，随着石油浓度的增大呈现出先上升后下降的趋势，原因可能是蛋白质合成受阻，或者是抗逆蛋白含量提高；当浓度达到3%时，超过了小麦的可承受浓度，可溶性蛋白的含量下降。而玉米叶片中可溶性蛋白的含量随着石油浓度的升高而减少，当浓度为3%时，与对照相比下降了63.8%，影响显著（P < 0.05）。

3 讨论

石油主要成分为石油烃，其大部分为高分子化合物，黏着在植物根系上会形成一层黏膜，导致根系对营养元素的吸收以及根系的呼吸功能受到阻碍，甚至会引起根系的腐烂，而石油中的烃组分可以直接进入植物体内对植物造成直接伤害^[16]。另一方面石油类物质进入土壤，会破坏土壤结构，分散土粒，使土壤的透水性降低，同时石油碳氢化合物污染的土壤会产生严重的疏水性，导致不能正常吸湿和储存水分，从而阻碍植物生长^[17]。

至今，人们已经从植物体内吸收、体内降解、根际降解和植物刺激等方面着手研究植物修复技术的机理，并取得了较大进展^[18]。不同浓度处理的石油污染土壤对植物的生长有不同程度的影响，且不同的植物对石油污染土壤也体现出不同的抗逆性。本研究中，石油处理过的土壤上生长的植物都表现出株高、叶片数、干物质量受阻的现象。这可能是由于原油污染导致幼苗养分失衡和生理脱水^[19]。但石油对小麦的发芽率有低浓度促进作用，当超过一定浓度时表现为抑制作用。这可能是低浓度石油提高了土壤透性的同时对种子毒害作用较小，从而表现出低浓度促进作用。初步推测，这是由于石油质量分数较高的试验处理中清洁对照土的含量少，土壤颗粒易黏附成团，且其孔隙度明显增大，增强了土壤的透气性，有利于植物种子的发芽^[20]。张晶等^[21]发现作物对多环芳烃污染农田土壤中吸附态PAHs降解效率较高，生长性状受石油含量的影响非常显著。宋玉芳等^[22]考察了不同水平浓度的污染物对高等植物的影响，表明低浓度组对高等植物的生长产生刺激作用，高浓度组对植物的生长产生抑制作用。低浓度的石油组分对植物的生长有促进作用可能主要是因为植物的根系与土壤微生物联合作用，将土壤中的石油烃转化成CO₂和H₂O，为土壤微生物提供能量和碳源。同时，植物能将部分石油烃通过木质化作用，转化成自身的组成部分^[23]。

在石油的胁迫下，两种植物叶片中的MDA的变化有所差异，但叶片中叶绿素含量、可溶性蛋白等生理指标随着石油处理浓度的升高呈下降趋势。小麦叶片中的MDA随着石油浓度升高先增加后下降，而玉米叶片中的MDA含量则是随着石油浓度的增加而积累。这有可能是小麦叶片中的脂膜抗压能力低于玉米，在石油浓度达到3%时脂膜遭到破坏，导致MDA下降。MDA是膜脂过氧化的最终产物，其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度^[24]，其含量越高说明膜通透性越大，植物生存的条件越恶劣。污染物会引起植物体内产生有毒的活性氧和自由基，导致植物氧化能力增大^[20]。弓晓峰等^[25]研究表明，玉米（20 d）在石油污土中的MDA含量和空白对比存在极显著差异（P < 0.01），其MDA含量随着污土浓度的增加呈现低-高-低的趋势，即低浓度抑制，中浓度刺激，当污染达到一定程度时，植物细胞的膜结构破坏，导致MDA含量降低。从总的变化趋势看，经石油处理后可溶性蛋白含量均高于对照组，随着处理质量分数的增加呈现先增后降的趋势，这可能是在石油胁迫下，植物为了维持正常新陈代谢，产生了更多的蛋白质，或使细胞内的一些不可溶性蛋白转化成了可溶性蛋白，这与李妮亚^[26]的研究结果相符。但当处理质量分数超过7 500 mg/ kg时，苜蓿叶片中可溶性蛋白含量下降，这可能是由于超出了植物自身的耐受能力所致。从本研究可以看出，小麦在石油污染土壤中生长，随着石油浓度的增大呈现出先上升后下降的趋势，可能也是蛋白质合成受阻；当浓度达到3%时，超过了小麦自身的耐受能力，这与岳冰冰等^[27]的研究结果相符。

4 结论

在石油污染的胁迫下，不同植物种子对土壤石油污染表现出不同的耐受性。在一定的石油质量分数范围内，植物对污染土壤中的石油有一定的降解作用。在石油浓度为0.5%和1.5%的处理组中，石油胁迫对两种植物的发芽率影响表现不显著；当浓度高达3%时，石油污染使得两种植物的发芽率显著下降（P < 0.05）。

石油污染土壤对玉米和小麦在生长过程中的叶绿素、可溶性蛋白等生理指标的积累表现出抑制作用，且在浓度达到3%时影响极显著（P < 0.01）；而两种植物在3个不同石油浓度的胁迫下，叶片中的MDA含量变化有所差异，玉米随着石油浓度的升高而积累，而小麦呈先增后降的趋势，可见玉米脂膜的抗压能力比小麦强。由此可见，小麦和玉米对石油污染土壤均具有潜在的修复效果。