土壤生態(tài)環(huán)境對(duì)石油污染的響

應(yīng)魏樣

【摘 要】為探明土壤生態(tài)環(huán)境對(duì)石油污染的響應(yīng)，從土壤、土壤植物、土壤微生物以及土壤動(dòng)物入手，分別探討了石油污染對(duì)其產(chǎn)生的影響。結(jié)果顯示，不同區(qū)域由于氣候、土質(zhì)類別等自然條件的不一致性，產(chǎn)生的響應(yīng)也不盡相同，明晰土壤生態(tài)環(huán)境中各因子對(duì)石油污染的響應(yīng)特征，可為以石油為代表的有機(jī)污染土壤修復(fù)治理措施的制定提供一定的借鑒參考。

【關(guān)鍵詞】土壤;生態(tài)環(huán)境;石油污染;污染修復(fù)

中圖分類號(hào)： X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）03-0069-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.027

石油作為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的主要能源之一，由于其特殊的作用和地位，被形象的稱為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“黑色黃金”和“黑色血液”，關(guān)系著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。由于人類社會(huì)的發(fā)展，石油的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，隨之帶來消耗量的也日益遞增。在石油的開采、冶煉、拉運(yùn)等過程中不可避免會(huì)造成污染物的泄漏和傾灑，含油廢水、廢渣排入土壤，日積月累，對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響愈加嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅著整個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)的安全。石油污染對(duì)土壤動(dòng)植物、微生物以及土壤自身的影響在現(xiàn)有的研究中均有涉及，但缺少系統(tǒng)的歸納總結(jié)。本文全面解析了土壤生態(tài)環(huán)境對(duì)石油污染物的響應(yīng)特征，可為土壤石油污染修復(fù)治理提供基礎(chǔ)參考。

1 土壤石油污染現(xiàn)狀

我國(guó)目前勘探和開發(fā)的油田和油氣田主要分布在25個(gè)省市（自治區(qū)），數(shù)量超400個(gè)，覆蓋面積約為我國(guó)國(guó)土面積的3%，據(jù)估計(jì)，約480萬hm2的土地石油含量可能超安全閾值[1]。有調(diào)查表明，我國(guó)陜北地區(qū)石油污染面積超708.16hm2，污染土壤中總石油烴（TPHs）含量達(dá)5～60g/kg[2]。安塞某油井周邊地表以下土壤TPHs含量超21g/kg，重污染區(qū)的農(nóng)田高達(dá)35g/kg，超出臨界值170倍以上[3]。勝利和大慶油田油井周圍100m范圍內(nèi)土壤的TPHs絕大部分高于500mg/kg[1]。位于內(nèi)蒙古的阿爾善油田，每年進(jìn)入土壤環(huán)境的單井落地原油平均約0.6～2t，遼河油田重污染區(qū)土壤含油量超10g/kg，遠(yuǎn)超臨界值，油田周邊數(shù)百公頃土地遭受嚴(yán)重污染[4-5]。吉林莫莫格濕地油田開采10年以上的油井周圍土壤石油污染非常嚴(yán)重，TPHs平均含量在17～31 g/kg之間[6]。2015年公布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》表明，在被調(diào)查的13個(gè)采油區(qū)的約500個(gè)點(diǎn)位中，近1/4土壤點(diǎn)位超標(biāo)，污染物主要是多環(huán)芳烴和石油烴。

2 土壤生態(tài)環(huán)境對(duì)石油污染的響應(yīng)

土壤是無法再生的人類賴以生存的寶貴自然資源，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上占據(jù)關(guān)鍵和主導(dǎo)地位[7]。植物、動(dòng)物、微生物作為生態(tài)環(huán)境中的生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者，共同構(gòu)成了土壤生態(tài)系統(tǒng)，石油污染對(duì)任何一方產(chǎn)生影響，勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)土壤生態(tài)環(huán)境安全構(gòu)成威脅。

2.1 土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)

石油污染物引起土壤自身理化性質(zhì)產(chǎn)生變化。石油因其密度較小、粘著力強(qiáng)、乳化能力低，因此易與土粒發(fā)生粘連作用，從而堵塞土壤孔隙，破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響土壤通透性[8]。王小雨在莫莫格油田的調(diào)查表明，石油污染物引起土壤電導(dǎo)率和總有機(jī)碳升高，總氮和總磷下降，土壤碳氮比（C/N）和碳磷比（C/P）顯著增加[6]。石油污染引起了土壤含水率、硝態(tài)氮、全鉀含量等顯著降低，容重和銨態(tài)氮含量顯著升高[9];然而對(duì)土壤水解氮、有效磷、速效鉀以及土壤pH等無顯著影響[1]。石油污染物自身的斥水特征加之其對(duì)土壤大小孔隙的堵塞作用，難以形成有效的導(dǎo)水通路，引起土壤水分特性發(fā)生改變。引起土壤含水率顯著降低[10]、潤(rùn)濕性減小[11]、滲透性降低[12]、持水能力顯著下降[13]，同時(shí)改變了土壤毛管水運(yùn)動(dòng)特征[14]。石油污染亦或?qū)ν寥烂富钚援a(chǎn)生影響，對(duì)褐土和潮土的淀粉酶活性影響顯著[15];在隴東黃土高原地區(qū)，土壤TPHs與土壤脲酶顯著負(fù)相關(guān)，和脫氫酶、多酚氧化酶以及過氧化氫酶顯著正相關(guān)[16]。石油污染物還會(huì)滲透入土層內(nèi)，一定程度上可導(dǎo)致土壤產(chǎn)生鹽漬化、瀝青化和板結(jié)化[17]。

2.2 土壤植物的響應(yīng)

石油污染物對(duì)許多植物的存活與生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的抑制作用，表現(xiàn)為植物發(fā)芽率、存活率、株高、葉面積、生物量等顯著降低[18]。污染濃度超過30g/kg時(shí)，引起大豆出苗率、株高、百粒重、生物量、粗蛋白質(zhì)等含量顯著降低[19]。4g/kg的污染濃度引起小麥出苗率降低80%，100g/kg的污染濃度引起小麥完全不結(jié)實(shí)[20]。5g/kg的污染濃度引起苜蓿出苗率延遲，且出苗率僅為對(duì)照的58%[21]。然而有在玉米上的研究表明，小于1g/kg的石油烴濃度，反而對(duì)玉米根系生長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用，隨著污染濃度增加，這種促進(jìn)作用逐漸降低[22]。由此表明，不同植物對(duì)不同程度的石油污染物的耐受能力有所不同。石油污染物對(duì)土壤植物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響的主要原因首先是其對(duì)植物種子的包裹作用，影響了種子與水分和氧氣之間的交換作用，從而對(duì)植物種子萌發(fā)產(chǎn)生毒害作用[23];石油污染土壤后，會(huì)在植物根系表面形成粘膜，影響根系呼吸以及水分養(yǎng)分吸收，嚴(yán)重者會(huì)引起引起根系發(fā)生腐爛，導(dǎo)致作物減產(chǎn)[24];污染引起土壤C/N和C/P顯著增加，引起微生物和植物之間對(duì)氮素和磷素的競(jìng)爭(zhēng)，植物養(yǎng)分供應(yīng)缺乏[25];另外，石油污染物中的有毒有害物質(zhì)，以及微生物分解產(chǎn)生的過量交換態(tài)鐵、錳、硫等，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生抑制作用[26]。

2.3 土壤微生物的響應(yīng)

石油污染會(huì)引起土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不同類群微生物對(duì)污染物的脅迫響應(yīng)也不盡相同，隨著污染濃度增加，群落均勻度指數(shù)降低，菌屬呈不均勻分布狀態(tài)，存在明顯的優(yōu)勢(shì)菌[27]。孫秦川研究表明[28]，同一土壤受不同油品污染后，土壤中優(yōu)勢(shì)微生物菌群存在較大差異，能以污染物為碳源的降解菌群比重顯著提高。當(dāng)棕壤、褐土和潮土的TPHs含量為0.5g/kg時(shí)，土壤中的放線菌數(shù)量分別下降89%、85%和80%，污染物對(duì)真菌的數(shù)量影響較小[15]。有在黃土高原石油污染區(qū)的研究顯示，污染土壤真菌和細(xì)菌數(shù)量較清潔土壤顯著提高，高于清潔土壤1個(gè)數(shù)量級(jí)，而引起放線菌的數(shù)量顯著減少[29]。對(duì)比陜北定邊采油區(qū)污染土壤與清潔土壤發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異明顯，擬桿菌門、厚壁菌門和變形菌門為污染土壤中的優(yōu)勢(shì)類群[30]。對(duì)比勝利油田新、老油井周邊土壤微生物群落多樣性指數(shù)發(fā)現(xiàn)，新油井指數(shù)較低，但隨污染水平的增大而減小，老油井則剛好相反[31]。對(duì)開采30年以上的大慶油田不同污染土層進(jìn)行采樣分析，結(jié)果表明，各土層微生物群落代謝強(qiáng)度存在差異，但均顯著高于無污染土壤[32]。

2.4 土壤動(dòng)物的響應(yīng)

石油污染亦會(huì)對(duì)土壤動(dòng)物會(huì)產(chǎn)生影響，目前的研究多集中于污染物對(duì)土壤線蟲和蚯蚓的影響。有學(xué)者研究了隴東黃土高原石油開采區(qū)距油井不同距離的土壤線蟲分布特征，結(jié)果表明，距油井越近，線蟲數(shù)量越多，多樣性顯著增加，其中植食類、食真菌類以及捕食雜食類數(shù)量增加顯著[33]。對(duì)大慶油田污染土壤線蟲的檢測(cè)結(jié)果也顯示，距油井距離最近的區(qū)域，線蟲數(shù)量最多，但是與無污染土壤相比，污染物引起土壤線蟲數(shù)量顯著下降[34]。肖能文等研究表明，油井的開采時(shí)間對(duì)土壤線蟲數(shù)量產(chǎn)生影響，TPHs含量影響線蟲的成熟度，其中盤旋屬受到的影響較大[35]。關(guān)于石油污染對(duì)蚯蚓的影響有報(bào)道顯示，污染濃度為10～25g/kg時(shí)，夜間活動(dòng)的蚯蚓數(shù)量減少50%，油污濃度為50g/kg時(shí)，蚯蚓存活時(shí)間小于2周[36]。另有學(xué)者研究指出，污染濃度為5g/kg，對(duì)蚯蚓存活7天無影響，而當(dāng)污染濃度為15g/kg時(shí)，存活率低于40%[37]。高濃度的石油污染物會(huì)在蚯蚓體內(nèi)聚積，從而引發(fā)其死亡，從而使土壤生態(tài)平衡遭到破壞。

3 小結(jié)

石油污染對(duì)土壤、植物、土壤微生物以及土壤動(dòng)物產(chǎn)生一系列的影響，改變了土壤生態(tài)環(huán)境，不同區(qū)域由于氣候、土質(zhì)類別等自然條件的不一致性，產(chǎn)生的影響也不盡相同，因此污染土壤的修復(fù)沒有放之天下而皆準(zhǔn)的治理措施，應(yīng)因地制宜的進(jìn)行比選修正。明晰石油污染對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響，可以為以石油為代表的有機(jī)污染土壤修復(fù)治理措施的制定提供一定的借鑒參考。

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