石油污染及施氮修復(fù)對(duì)灌草枯落物分解及土壤生物學(xué)性質(zhì)的影響.pdf

1、陜北地區(qū)是我國(guó)重要的石油能源基地，同時(shí)其脆弱的生態(tài)系統(tǒng)也受到嚴(yán)重石油污染的直接威脅，其中灌草地是主要的受害對(duì)象之一。植物修復(fù)技術(shù)廣泛應(yīng)用于油污土壤的生物修復(fù)。然而，現(xiàn)有的關(guān)于植物修復(fù)的研究較少考慮到石油污染對(duì)植物枯落物分解及養(yǎng)分釋放的影響。如果石油污染抑制上述過(guò)程，則必將導(dǎo)致植物-油污土壤生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)受阻，降低其群落穩(wěn)定性，增加生態(tài)恢復(fù)的難度和成本。因此，本研究以陜北石油污染區(qū)常見的、對(duì)石油污染具有良好耐受能力或修復(fù)能力的10種灌草

2、植物為研究對(duì)象，在未污染土壤（對(duì)照）和輕度（石油濃度15 gkg-1）、中度(30 gkg-1)和重度(45g kg-1)石油污染土壤中進(jìn)行為期1年（灌木）或半年（草本）的室內(nèi)（恒溫恒濕）枯落物分解培養(yǎng)試驗(yàn)，跟蹤測(cè)定灌草枯落物的分解速率及分解過(guò)程中大量元素C、N、P和K以及微量元素Cu、Zn、Fe、Mn、Mg和Ca的釋放動(dòng)態(tài)，研究不同程度石油污染對(duì)灌草枯落物分解及養(yǎng)分循環(huán)的影響，評(píng)價(jià)上述植物是否可以在石油污染區(qū)形成穩(wěn)定群落，發(fā)揮長(zhǎng)期的生

3、態(tài)效益。同時(shí)，本研究同時(shí)設(shè)置對(duì)重度污染進(jìn)行施氮修復(fù)（石油濃度45 g kg-1，添加尿素調(diào)節(jié)土壤C/N比約為25∶1）的處理，以此討論在對(duì)油污土壤進(jìn)行植物修復(fù)的同時(shí)配合施氮修復(fù)是否有利于枯落物的分解過(guò)程。此外，在試驗(yàn)過(guò)程中分階段測(cè)定各處理下土壤生物學(xué)性質(zhì)（酶活性及微生物數(shù)量）的動(dòng)態(tài)變化，以期闡明石油污染及施氮修復(fù)影響枯落物分解及養(yǎng)分釋放的機(jī)理。本研究取得以下主要結(jié)論:
　　(1)綜合考慮石油污染對(duì)灌草枯落物分解速率及10種養(yǎng)分釋放

4、的影響，輕度污染顯著促進(jìn)了沙棘、檸條、紫穗槐、酸棗、杠柳及白羊草的分解及總體養(yǎng)分釋放，同時(shí)其顯著促進(jìn)了紫花苜?？萋湮锏姆纸庖约靶」诨ê丸F桿蒿枯落物的總體養(yǎng)分釋放:中度污染顯著促進(jìn)了檸條、酸棗和杠柳枯落物的分解及總體養(yǎng)分釋放，但其顯著抑制了紫花苜蓿、小冠花、鐵桿蒿和白三葉枯落物的分解及總體養(yǎng)分釋放;重度污染顯著促進(jìn)了酸棗枯落物的分解及總體養(yǎng)分釋放，顯著促進(jìn)了紫花苜?？萋湮锏姆纸饧靶」诨萋湮锏目傮w養(yǎng)分釋放，但其顯著抑制了沙棘、紫穗槐和白羊

5、草枯落物的分解及總體養(yǎng)分釋放。另外，其對(duì)杠柳枯落物的總體養(yǎng)分釋放和鐵桿蒿枯落物的分解也表現(xiàn)出強(qiáng)烈抑制作用。
　　(2)絕大多數(shù)情況下，施氮并未緩解重度污染對(duì)灌草枯落物分解速率的抑制（沙棘枯落物），反而導(dǎo)致在重度污染土壤中原本分解未受影響或受到促進(jìn)的枯落物（如白三葉、酸棗和杠柳枯落物）的分解受到顯著抑制，甚至加劇重度污染對(duì)枯落物分解的抑制（紫穗槐和白羊草枯落物），同時(shí)，施氮對(duì)上述枯落物的總體養(yǎng)分釋放均產(chǎn)生不利影響。施氮僅顯著促進(jìn)了油

6、污土壤中小冠花枯落物的分解，并顯著提高了其P、Cu、Fe、 Mn、Mg和Ca的釋放速率。
　　(3)對(duì)所有10種枯落物分解介質(zhì)（土壤）而言，3種程度石油污染在分解前期均顯著提高了淀粉酶活性，而同時(shí)顯著抑制了蛋白酶（或蔗糖酶）的活性。至分解中后期，輕度污染普遍顯著提高了沙棘、檸條、紫穗槐、酸棗、杠柳和白羊草等6種分解介質(zhì)中葡糖苷酶、木聚糖酶、堿性磷酸酶、過(guò)氧化物酶和脫氫酶的活性。中度污染對(duì)上述6種分解介質(zhì)中上述主要參與中后期分解的酶

7、類活性的促進(jìn)和抑制作用大致平衡。重度污染則普遍顯著抑制了沙棘、檸條、紫穗槐、酸棗和杠柳分解介質(zhì)中羧甲基纖維素酶、木聚糖酶、多酚氧化酶和脫氫酶的活性。3種程度石油污染對(duì)紫花苜蓿、小冠花、鐵桿蒿和白三葉等4種分解介質(zhì)中主要參與中后期分解的酶類的促進(jìn)和抑制作用則大致平衡。
　　對(duì)所有10種枯落物分解介質(zhì)（土壤）而言，輕度污染在分解前期均顯著提高細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量。在分解中后期，輕度污染普遍顯著提高了土壤細(xì)菌或放線菌的數(shù)量，僅白羊草分

8、解介質(zhì)的微生物數(shù)量未受顯著影響。中度污染在分解前期均顯著提高細(xì)菌和放線菌數(shù)量。在分解中后期，中度污染則普遍顯著提高了土壤放線菌的數(shù)量，但鐵桿蒿分解介質(zhì)的微生物數(shù)量未受顯著影響，沙棘、酸棗和杠柳3種枯落物分解介質(zhì)的細(xì)菌數(shù)量在分解后期則顯著降低。重度污染在分解前期均未顯著影響分解介質(zhì)微生物數(shù)量，在分解中后期，其顯著提高了灌木枯落物分解介質(zhì)的放線菌或真菌的數(shù)量，但普遍并未顯著影響草本枯落物分解介質(zhì)的微生物數(shù)量。
　　(4)施氮雖然在少數(shù)

9、情況下緩解了重度污染對(duì)某些酶類活性的抑制，但多數(shù)情況下其并無(wú)明顯緩解作用，甚至反而顯著抑制重度污染下原本未受影響（或者顯著提高）的酶的活性，或顯著加劇重度污染對(duì)酶活性的抑制。這一現(xiàn)象普遍存在于與枯落物分解各階段相關(guān)、與石油烴降解相關(guān)及與土壤養(yǎng)分循環(huán)密切相關(guān)的各種酶，特別是主要參與枯落物中后期分解的羧甲基纖維素酶、木聚糖酶、多酚氧化酶、過(guò)氧化物酶和堿性磷酸酶等。對(duì)所有10種枯落物分解介質(zhì)而言，施氮在分解前期均顯著提高了重度污染土壤中細(xì)菌和

10、放線菌的數(shù)量。但在分解進(jìn)行中后期，施氮對(duì)土壤微生物的數(shù)量基本不具有利影響，在沙棘、紫穗槐、杠柳、紫花苜蓿和白三葉分解介質(zhì)中，施氮甚至顯著抑制其中原本未受影響（或受到促進(jìn)）的微生物的繁殖。
　　(5)從生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的角度考慮，10種灌草植物均可用于輕度石油污染土壤的植物修復(fù)或改善油污區(qū)生態(tài)環(huán)境;沙棘、檸條、紫穗槐、酸棗、杠柳和白羊草可用于中度石油污染土壤的植物修復(fù)或改善油污區(qū)生態(tài)環(huán)境，紫花苜蓿、小冠花、鐵桿蒿和白三葉則不適用于該