韓　濤，趙志鵬，王瑩瑩

（南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，環(huán)境污染過程與基準(zhǔn)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)與污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300071）

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施肥對(duì)蘇丹草修復(fù)石油污染土壤的影響

韓濤，趙志鵬，王瑩瑩*

（南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，環(huán)境污染過程與基準(zhǔn)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)與污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300071）

摘要：?用盆栽試驗(yàn)，研究了蘇丹草修復(fù)石油污染土壤的效果，在有、無氮磷鉀肥的件下，對(duì)蘇丹草的生長發(fā)育和石油的組分進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，?過90 d的修復(fù)，施肥處理的石油烴去除率比無施肥處理的對(duì)照高10.31％；蘇丹草的株高、地上干重和地下干重也得到了顯著提高，而葉綠素a/b和葉綠素a/類胡蘿卜素均有所降低；芳烴（16種多環(huán)芳烴）的去除率和烷烴（C8～C40）的去除率分別提高了7.39％和6.44％。不論是對(duì)照還是施肥處理，烷烴的去除效果均優(yōu)于芳烴。

關(guān)鍵詞：氮磷鉀肥；蘇丹草；石油烴；芳烴；烷烴

韓濤，趙志鵬，王瑩瑩.施肥對(duì)蘇丹草修復(fù)石油污染土壤的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（1）：86-92.

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石油作為重要的能源和化工原料，在全球的需求不斷上升[1]。在開?、冶煉、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)倪^程中，由于工藝水平和處理技術(shù)的限制，?常發(fā)生石油泄漏和廢油廢渣拋灑，導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤污染[2-3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年的石油產(chǎn)量已?超過了1.0×1011kg，每年因開?石油而污染的土壤達(dá)到了1.0×108kg。石油由復(fù)雜的有機(jī)混合物組成，包括烷烴、烯烴、芳烴、雜環(huán)芳烴等多組分復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)[4]，其中許多物質(zhì)可干擾動(dòng)物內(nèi)分泌系統(tǒng)，影響生物正常繁衍，干擾人類的免疫功能，具有致癌、致畸和致基因突變的作用，嚴(yán)重威脅著人類的健康和環(huán)境的質(zhì)量[3-4]。因此，修復(fù)石油污染的土壤已?受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注[5]。

在減少石油污染對(duì)環(huán)境的不良影響方面，“綠色”技術(shù)已?取得了越來越多的成果[6]。同時(shí)，植物在可行的?潔技術(shù)中的作用，也受到越來越多的關(guān)注[6-8]。植物通過提供養(yǎng)分給微生物、?善土壤的理化性質(zhì)等途徑來降解、轉(zhuǎn)移、同化和代謝環(huán)境中的有害污染物[7，9]。反之，微生物代謝也為植物的生長發(fā)育提供了養(yǎng)分，使植物對(duì)污染物的耐受性得到了提高[10]。

但是在修復(fù)的過程中，由于土壤本身物理結(jié)構(gòu)不佳、微生物數(shù)量及養(yǎng)分含量低等因素，通常?用添加肥料來調(diào)節(jié)養(yǎng)分，促進(jìn)石油污染物的降解[5，11]。同時(shí)，肥料還提供了電子受體來加速污染物的去除[12]。本文以蘇丹草為試驗(yàn)對(duì)象，研究了肥料施用對(duì)蘇丹草修復(fù)石油污染土壤的影響。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

無污染土壤?自天津市西青區(qū)的農(nóng)田，?風(fēng)干過篩后，將溶于石油醚中的脫水原油均勻噴灑在土壤中，添加量為10 000 mg.kg-1干土，避光通風(fēng)放置兩周后使用。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，對(duì)照未添加肥料，處理添加氮磷鉀復(fù)合肥，各處理3個(gè)重復(fù)。根據(jù)土壤的理化性質(zhì)，參考謝勇等[13]和李小坤等[14]的報(bào)道，得出一個(gè)適中的施肥量，80 kg.hm-2N、50 kg.hm-2P2O5、60 kg. hm-2K2O。將污染土壤裝盆，每盆1500 g，含水量為田間持水量的60％，將培養(yǎng)箱中催芽1周后的蘇丹草幼苗移栽到土壤中，每個(gè)花盆10棵。試驗(yàn)溫度在18～25℃之間，每天16 h光照。90 d后收取植物地上、地下部分及土壤，對(duì)相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行測量及分析。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1土壤理化性質(zhì)的測定

電位計(jì)法測定pH值：按土水比為1∶2.5的比例將土壤與水混合，間歇攪拌30 mjn，再放置30 mjn，用校準(zhǔn)后的電位計(jì)測定土壤的pH值。

灼燒法測定有機(jī)質(zhì)含量：將105℃下烘干的土壤樣品冷卻后稱重，放置馬弗爐中600℃灼燒2 h，冷卻后再稱重，通過計(jì)算得到有機(jī)質(zhì)的含量。

凱氏定氮法測定全氮含量：稱取烘干的土壤樣品0.100 0 g于消化管中，加入10 mL濃硫酸和1片催化片，在390℃下消化1.5 h，冷卻后用全自動(dòng)凱氏定氮儀測定全氮含量。

火焰光度計(jì)法測定全鉀含量：稱取烘干的土壤樣品0.250 0 g于銀坩堝中，加入幾滴無水乙醇和2.0 g固體氫氧化鈉（平鋪于土樣表面）；將坩堝放入馬弗爐內(nèi)，由低溫升溫至450℃保持15 mjn，冷卻后加水10 mL，并加熱至80℃左右，待熔塊溶解后再煮5 mjn，轉(zhuǎn)入50 mL容量瓶中；用少量0.2 mo1.L-1硫酸溶液?洗數(shù)次，也轉(zhuǎn)入到容量瓶中使其體積約為40 mL，再加50％鹽酸溶液5滴和4.5 mo1.L-1硫酸溶液5 mL，用水定容，過濾；然后用火焰光度計(jì)測定，并通過測定配制的鉀元素標(biāo)準(zhǔn)系列溶液繪制標(biāo)線，查得其濃度。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定剩余元素含量：稱取烘干的土壤樣品0.100 0 g于消化管中，加入濃硝酸5 mL、雙氧水3 mL和氫氟酸2 mL，適當(dāng)混合后放入微波消解儀內(nèi)，由低溫升溫至150℃保持10 mjn，再升溫至180℃保持20 mjn，最后升溫到200℃保持30 mjn；冷卻后取出消化管，放置加熱板上加熱至剩綠豆大小的溶液時(shí)，停?加熱，冷卻后用2％的稀硝酸定容；用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定，并通過測定配制的混合元素標(biāo)準(zhǔn)系列溶液繪制各元素的標(biāo)線，查得各元素的濃度。

1.3.2光合色素的測定

取90 d的蘇丹草葉片，混勻后稱取0.5 g放入10 mL光合色素提取液中（無水乙醇∶丙酮∶水=45∶45∶10）。避光低溫保存一周后，用分光光度計(jì)測定溶液在663、645、470 nm波長下的吸收值[15-16]，然后計(jì)算色素的含量。

1.3.3土壤中石油烴的測定

稱取過100目篩的風(fēng)干土5.0 g于50 mL離心管中，加入20 mL二氯甲烷超聲萃取15 mjn，后4000 r. mjn-1離心10 mjn，將上?液轉(zhuǎn)移至錐形瓶后，再加入20 mL二氯甲烷繼續(xù)超聲，共萃取3次。將其放入通風(fēng)櫥中，待二氯甲烷揮發(fā)完全后，對(duì)錐形瓶稱重，利用差量法計(jì)算石油烴的含量。

1.3.4石油烴組分的分離

將活化后的硅膠、中性氧化鋁、無水硫酸鈉溶于正己烷后，自下而上依次裝入帶有正己烷的直徑為1 cm、長為30 cm的玻璃柱中，三種物質(zhì)的長度分別為12、6、1 cm。向稱重后的錐形瓶中加入少量正己烷溶液，將其轉(zhuǎn)移到玻璃柱中，用20 mL的正己烷洗脫得到烷烴后，再用70 mL的混合液（正己烷∶二氯甲烷=1∶1）洗脫得到芳烴。將得到的烷烴和芳烴溶液在通風(fēng)櫥中風(fēng)干。

1.3.5芳烴和烷烴組分的測定

本試驗(yàn)?用Agj1ent 5975 GC-MS聯(lián)用對(duì)烷烴和芳烴的組分進(jìn)行測定，烷烴和芳烴的混標(biāo)購自北京百靈威科技有限公司。將風(fēng)干后的烷烴和芳烴組分分別用正己烷定容，過0.22 μm尼龍膜后分別取1 mL溶液進(jìn)行氣質(zhì)聯(lián)用測定。烷烴的升溫程?為40℃保持2 mjn，以3℃.mjn-1升溫到300℃保持55 mjn；芳烴的升溫程?為70℃保持1 mjn，以10℃.mjn-1升溫到260℃保持4 mjn，再以5℃.mjn-1升溫到300℃保持4 mjn。

2　結(jié)果與分析

2.1土壤的理化性質(zhì)

對(duì)土壤的pH、有機(jī)質(zhì)、元素等進(jìn)行了測定，pH值為8.15，其他結(jié)果見表1。

表1　土壤樣品的理化性質(zhì)（g.kg-1）Tab1e 1 Chemjca1 and physjca1 propertjes of soj1（g.kg-1）

2.2肥料對(duì)石油烴去除率的影響

施肥對(duì)蘇丹草修復(fù)石油污染的效果見圖1。? 過90 d的修復(fù)，在蘇丹草的單一作用下，石油烴去除率為43.89％，而施肥與蘇丹草聯(lián)合修復(fù)后石油烴去除率達(dá)54.20％，且與對(duì)照有顯著差異（P<0.05）。

圖1　石油烴的去除率Fjgure 1 Remova1 rates of petro1eum hydrocarbons

2.3肥料對(duì)蘇丹草生長發(fā)育的影響

本試驗(yàn)對(duì)蘇丹草的形態(tài)學(xué)特性及光合色素含量進(jìn)行了測定，以反映施肥對(duì)植物的生長發(fā)育的作用。由圖2可知，施肥促進(jìn)了植物的株高、根長、干重的增加。對(duì)照的株高、根長、地上干重、地下干重分別為15.09 cm、5.44 cm、0.09 g、0.01 g，施肥處理后這些指標(biāo)分別提高了7.98 cm、1.50 cm、0.36 g、0.07 g。?統(tǒng)計(jì)分析可知，株高和地下干重達(dá)到了極顯著差異（P< 0.01），地上干重達(dá)到了顯著差異（P<0.05）。

對(duì)蘇丹草葉片的色素含量進(jìn)行了分析（圖3），發(fā)現(xiàn)對(duì)照的葉綠素和類胡蘿卜素含量分別為2.01、0.38 mg.g-1FW，施肥處理的葉綠素含量略微減少了0.03 mg.g-1FW，類胡蘿卜素含量增加了0.09 mg.g-1FW；同時(shí)對(duì)葉綠素a/b和葉綠素a/類胡蘿卜素進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)施肥處理的葉綠素a/b和葉綠素a/類胡蘿卜素分別比對(duì)照（葉綠素a/b=6.20、葉綠素a/類胡蘿卜素= 4.75）減少了0.22和1.17。對(duì)以上4項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，結(jié)果均無顯著差異（P>0.05）。這可能是由于肥料為植物的生長發(fā)育提供了必要的營養(yǎng)，使其耐受性得到了提高，促進(jìn)了植物的生長發(fā)育。

2.4肥料對(duì)芳烴組分的影響

?用氣質(zhì)聯(lián)用方法對(duì)90 d后土壤中的多環(huán)芳烴殘留量進(jìn)行了測定（圖4）。由圖4可知，含量較高的多環(huán)芳烴組分有菲（PHE）、芘（PYR）、苯并[a]蒽（BaA）和草屈（CHR），這幾種多環(huán)芳烴組分的總量在對(duì)照和施肥處理中分別占其總多環(huán)芳烴（16種）含量的87.33％ 和86.67％，與Wang等[17]報(bào)道的主要多環(huán)芳烴組分為3種（菲、芘和草屈），占總多環(huán)芳烴含量75％的結(jié)果有一定相近之處。并且，含量較低的多環(huán)芳烴組分包括萘（NP）、苊（ACY）、二氫苊（ACE）和苯并[k]熒蒽（BkF），它們的總量在對(duì)照和施肥處理中均占其總多環(huán)芳烴含量的0.20％。這可能是由于這幾種化合物的沸點(diǎn)低、揮發(fā)性強(qiáng)，在提取濃縮等過程中有揮發(fā)損失所致[18]。

對(duì)16種多環(huán)芳烴組分的去除率分別進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)：對(duì)照中去除率較高的有蒽（29.82％）、苯并[k]熒蒽（40.00％）、苯并[a]芘（27.47％）、茚并[1，2，3-cd]芘（51.19％）、二苯并[a，h]蒽（58.44％）和苯并[g，h，j]苝（58.53％）；施肥處理中去除率較高的有萘（23.73％）、二氫苊（27.91％）、菲（20.37％）、蒽（47.15％）、苯并[a]蒽（21.81％）、草屈（22.69％）、苯并[b]熒蒽（30.39％）、苯并[k]熒蒽（37.52％）、苯并[a]芘（39.01％）、茚并[1，2，3-cd]芘（58.51％）、二苯并[a，h]蒽（63.07％）和苯并[g，h，j]苝（60.46％）。對(duì)照和施肥處理中總多環(huán)芳烴的去除率分別為13.96％和21.35％，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無顯著性差異（P>0.05）。

圖2　蘇丹草的形態(tài)學(xué)特性Fjgure 2 Morpho1ogjca1 attrjbutes of Sudangrass

圖3　蘇丹草的光合色素含量Fjgure 3 Content of photosynthetjc pjgments jn Sudangrass

圖4　不同?理修復(fù)后土壤中芳烴的殘留量Fjgure 4 Resjdua1 content of aromatjc hydrocarbons jn soj1 wjth djfferent treatments after remedjatjon

2.5肥料對(duì)烷烴組分的影響

?用氣質(zhì)聯(lián)用對(duì)90 d后土壤中的烷烴殘留量進(jìn)行了測定（表2）。由表2可知，含量較高的烷烴組分是從C14～C40，與Wang等[17]測定的較高含量的烷烴是從C13～C37的結(jié)果相近，而本試驗(yàn)中測得的C38、 C39和C40含量也較高，可能與原油中組分含量有一定差異有關(guān)。

表2　不同?理修復(fù)后土壤中烷烴的殘留量Tab1e 2 Resjdua1 content of a1kanes jn soj1 wjth djfferent treatments after remedjatjon

對(duì)33種烷烴組分進(jìn)行了比較，對(duì)照與施肥處理相比，烷烴組分殘留量的差異性表現(xiàn)為：在C8、C10 和C12中均有極顯著性差異，在C9、C11和C21～C24中均有顯著性差異，在其他組分中無顯著差異。此外，對(duì)照中去除率達(dá)到30％以上的組分范圍從C25～C40，其中C34、C36～C40的去除率達(dá)到了60％以上，最高為78.22％（C40）；施肥處理中去除率達(dá)到30％以上的組分范圍從C17～C40，其中C34、C36～C40的去除率達(dá)到了60％以上，最高為80.46％（C40）。對(duì)照和施肥處理中烷烴（C8～C40）的去除率分別為45.50％和51.94％，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有顯著性差異（P<0.05）。

3　討論

植物的生物量受其生長環(huán)境的影響，氣候（溫度、光照、水分）、栽培、管理措施等件均能影響植物的生物量[19]。施肥是增加植物株高和生物量的措施之一[20-21]，本試驗(yàn)中蘇丹草的株高、地上干重和地下干重均得到了顯著增加，可能是肥料在增加地上部生物量的同時(shí)，也促進(jìn)了地下部生物量的增加，進(jìn)而使植物能夠吸收更多的水分，并且生物量的增加還能減少土壤水分的蒸發(fā)[19]。這說明肥料是植物獲得高生物量的重要件，它能提高植物對(duì)水分的利用效益[22-23]，進(jìn)而使植物能夠獲得充足的水分，以應(yīng)對(duì)不良環(huán)境對(duì)其造成的影響，提高植物的耐受性。

同時(shí)，養(yǎng)分的添加也能促進(jìn)石油烴的降解[24-25]，Basumatary等[26]通過向土壤中添加氮磷鉀復(fù)合肥（N：120 mg.kg-1；P：60 mg.kg-1；K：60 mg.kg-1），?過360 d，石油烴降解率達(dá)到61.2％～86.2％。Cou1on等[27]通過添加肥料，330 d后重油和柴油的石油烴平均降解率均超過80％。張強(qiáng)等[28]使用土壤質(zhì)量0.75％的硝酸銨與磷酸二氫銨的復(fù)合肥料（5∶1），?過60 d的修復(fù)，石油烴去除率達(dá)到了48.5％。齊建超等[29]將諾沃肥等有機(jī)肥加入土壤中，刺激微生物的生長，64 d后石油烴去除率也達(dá)43.91％。這均表明，施肥能夠促進(jìn)土壤中石油烴的去除。本試驗(yàn)中施肥也顯著提高了污染土壤中石油烴的去除率，可能是肥料為植物和土壤微生物生長發(fā)育提供了充足的養(yǎng)分，促進(jìn)了植物根際和土壤微生物的生長發(fā)育，進(jìn)而?善了土壤環(huán)境，?變了土壤中的微生物結(jié)構(gòu)組成。

肥料能促進(jìn)石油中烷烴和芳烴組分的去除。在本試驗(yàn)的對(duì)照和處理中，菲的去除率分別為11.67％和20.37％，烷烴組分（C13～C28）去除率分別為6.32％～52.05％（C13除外）和10.70％～53.88％（C14除外）。吳亮等[30]添加了硫包衣尿素和甲醛尿素，菲的去除率分別為9.60％和13.49％，從C13～C28的烷烴組分去除率分別為13.94％～59.02％和11.56％～49.65％。在對(duì)照和處理中，烷烴（C8～C40）的殘留量分別是芳烴（16種多環(huán)芳烴）的33.91倍和32.72倍（表2和圖4），初始土壤中的比值達(dá)到53.53倍，而Wang等[17]報(bào)道在其所有試驗(yàn)土壤中烷烴是芳烴的33～87倍。這表明烷烴的含量可能決定著石油烴的去除率，且烷烴比芳烴更容易去除。

4　結(jié)論

（1）?過90 d的修復(fù)，土壤中石油烴含量明顯下降，與不加肥料的對(duì)照試驗(yàn)相比，氮磷鉀肥的配施提高了石油烴的去除率，達(dá)到了54.20％，與對(duì)照有顯著差異。

（2）施肥處理促進(jìn)了蘇丹草的生長發(fā)育，其中株高、地上干重和地下干重顯著高于對(duì)照，其他生長指標(biāo)無顯著差異。

（3）施肥處理促進(jìn)了多環(huán)芳烴（16種）和烷烴（C8～C40）的去除，對(duì)烷烴的去除效果優(yōu)于芳烴。

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Effect of fertilization on remediation of petroleum contaminated soil by Sudangrass

HAN Tao，ZHAO Zhj-peng，WANG Yjng-yjng*
（Mjnjstry of Educatjon Key Laboratory of Po11utjon Processes and Envjronmenta1 Crjterja，Tjanjjn Key Laboratory of Envjronmenta1 Remedjatjon and Po11utjon Contro1，Co11ege of Envjronmenta1 Scjence and Engjneerjng，Nankaj Unjversjty，Tjanjjn 300071，Chjna）

Abstract：In the present study，the effect of fertj1jzatjon on the remedjatjon of petro1eum contamjnated soj1 by Sudangrass was jnvestjgated jn a pot experjment. Growth of Sudangrass and remova1 and components of petro1eum hydrocarbons were examjned. Resu1ts showed that growjng Sudangrass sjgnjfjcant1y decreased petro1eum hydrocarbon content jn the soj1. After 90 day of the experjment，the remova1 rate of petro1eum hydrocarbons was 10.31％ greater under fertj1jzatjon（up to 54.20％）than under the un-fertj1jzed contro1. Fertj1jzatjon a1so promoted the growth of Sudangrass. The shoot hejght（up to 23.07 cm），shoot dry wejght（up to 0.45 g），and root dry wejght（up to 0.08 g）of Sudangrass under fertj1jzatjon were a11 sjgnjfjcant1y hjgher than those under the un-fertj1jzed contro1. The remova1 rates of aromatjc hydrocarbons（16 PAHs，up to 21.35％）and a1kanes（C8～C40，up to 51.94％）were respectjve1y 7.39％ and 6.44％ greater under fertj1jzed condjtjons than under the contro1. Sjgnjfjcant djfferences were observed jn the remova1 rates between a1kanes and aromatjc hydrocarbons. The remova1 effjcjencjes of a1kanes were greater than those of aromatjc hydrocarbons under both fertj1jzed and contro1 condjtjons. Phenanthrene，pyrene and benzo[a] anthracene were the majn components of the aromatjc hydrocarbons，representjng more than 80％ of the tota1 aromatjc hydrocarbons jn the soj1. Our resu1ts demonstrate that fertj1jzatjon cou1d promote the remedjatjon of petro1eum contamjnated soj1 by Sudangrass.

Keywords：N，P and K fertj1jzer；Sudangrass；petro1eum hydrocarbons；aromatjc hydrocarbons；a1kanes

*通信作者：王瑩瑩E-maj1：wangyy@nankaj.edu.cn

作者簡介：韓濤（1988—），男，博士研究生，從事石油污染修復(fù)研究。E-maj1：hantao402131837@126.com

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（31270545）

收稿日期：2015-08-02

中圖分類號(hào)：X53

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-2043（2016）01-0086-07doj：10.11654/jaes.2016.01.012