盐渍化土壤石油重金属复合污染的植物监测与评价

摘要

石油开采和加工过程中的石油和重金属污染问题广泛存在，已成为制约区域环境质量和生态安全的重要瓶颈。黄河三角洲地区是胜利油田的主要采油区，由于采油历史长、油井分布广、输油管线长、加工企业多等问题，石油和重金属污染问题更加突出，特别是黄河三角洲地区土壤盐渍化问题突出，进一步加剧了石油和重金属污染的治理难度。为治理黄河三角洲地区土壤中石油污染物和重金属污染问题，首先要明确污染的程度和范围，建立有效的污染监测和评价方法十分必要。为此，本论文依托国家环保部公益项目《盐渍化土壤石油重金属复合污染的联合修复技术与工程示范》，通过室内盆栽实验，结合示范现场工程实践，研究了盐渍化土壤石油和重金属单一及复合污染对盐渍化土壤中普遍生长的盐生植物翅碱蓬生长生理指标的影响，建立了运用植物指标评价盐渍化土壤石油和重金属复合污染的监测和评价的技术方法。主要研究结果如下:
　　(1)以石油、重金属(Ni+V)为目标污染因子，通过室内盆栽试验，分别研究了不同盐渍化条件下石油、重金属(Ni+V)单一胁迫下对翅碱蓬株高、干重、叶绿素含量、CAT活性、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量等植物学生理指标的影响，建立了石油和重金属污染物单独作用的植物监测方法。结果表明:翅碱蓬对石油的耐受阈值为2500g·kg-1，低于此阈值，土壤中的石油对翅碱蓬的影响不显著(p＞0.05)，但是超过这一浓度，翅碱蓬株高、干重和叶绿素含量均随着石油浓度的增加而降低(p＜0.05)，在不同采样时间点呈现相同规律，说明随着石油浓度的增加对翅碱蓬的毒害作用不断加大;翅碱蓬CAT活性在第20d表现为激活效应，实验组的翅碱蓬内体CAT活性增加，40d时出现回落，可能是由于CAT只能在短期内发挥其作用帮助植物抵御外界不良影响;在第20d翅碱蓬脯氨酸的含量随着石油浓度的增加而增加（p＜0.05），20d之后高浓度石油实验组脯氨酸含量回落，在第60d高浓度石油组的翅碱蓬脯氨酸含量低于对照组翅碱蓬脯氨酸的含量。
　　翅碱蓬对Ni+V的耐受阈值均为36mg·kg-1+19mg·kg-1，低于此阈值的重金属对翅碱蓬各项生长生理指标无显著影响(p＞0.05)，说明低浓度的重金属对翅碱蓬物没有产生显著的危害。高于此阈值的实验组，翅碱蓬从各方面开始表现出受到逆境胁迫的情况，翅碱蓬的株高、干重、叶绿素含量随着重金属浓度的升高而降低(p＜0.05);CAT活性在20d时较对照组增加，以后迅速下降。随着重金属浓度增加翅碱蓬的可溶性蛋白前40d上升，之后逐渐下降;20d时翅碱蓬游离脯氨酸量均随重金属浓度的增加而升高(p＜0.05)，可能是由于翅碱蓬受到逆境胁迫通过积累脯氨酸来保护植株。
　　(2)以石油、重金属(Ni+V)为目标污染因子，通过室内盆栽试验，研究了盐渍化条件下不同浓度石油、重金属复合污染对翅碱蓬株高、干重、叶绿素含量、CAT活性、可溶性蛋白含量的影响。结果表明，石油和重金属复合作用下对植物的毒害作用均大于相应单一因素对翅碱蓬的毒害作用，说明石油与重金属Ni+V在土壤中对植物影响存在着协同作用。
　　(3)在石油、重金属单一以及其复合浓度超过一定范围之后，翅碱蓬60d的干重、叶绿素含量、可溶性蛋白含量均随着石油或重金属的浓度升高而减少，呈现显著的负相关(p＜0.05)。因此，可以通过测量翅碱蓬的干重、叶绿素含量、可溶性蛋白含量来监测土壤的污染情况。植物的干重作为植物受环境影响的综合表现，将其作为监测土壤环境污染程度的指标，而植物的叶绿素含量、可溶性蛋白含量因土壤中污染物的不同而表现出不同的变化率，将其作为辅助指标。
　　(4)建立了以翅碱蓬干重抑制率(M)作为评价土壤污染程度指标的方法，规定M＜10为清洁、10＜M＜20为轻度污染、20＜M＜40为中度污染，M＞40为重度污染;以翅碱蓬可溶性蛋白抑制率与叶绿素含量抑制率比值(N)为潜在毒性指数，N＜1时认为土壤污染物主要为重金属，潜在毒性较大，N＞1时认为土壤污染物主要为石油，潜在毒性较小。在黄河三角洲应用了此方法评价了距油井1、4、8、12米各个土样的污染情况，该方法虽然不能准确得出土壤中各个污染物的种类和含量，但是能够在一定程度上表征土壤的污染程度和潜在毒性，具有一定的意义。