應魏樣

【摘 要】為探明土壤生態(tài)環(huán)境對石油污染的響應，從土壤、土壤植物、土壤微生物以及土壤動物入手，分別探討了石油污染對其產(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)生的響應也不盡相同，明晰土壤生態(tài)環(huán)境中各因子對石油污染的響應特征，可為以石油為代表的有機污染土壤修復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

中圖分類號： X53 文獻標識碼： A 文章編號： 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)濟發(fā)展的“黑色黃金”和“黑色血液”，關(guān)系著整個國民經(jīng)濟的發(fā)展。由于人類社會的發(fā)展，石油的應用范圍不斷擴大，隨之帶來消耗量的也日益遞增。在石油的開采、冶煉、拉運等過程中不可避免會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，對土壤環(huán)境產(chǎn)生的負面影響愈加嚴重，嚴重威脅著整個土壤生態(tài)系統(tǒng)的安全。石油污染對土壤動植物、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)境對石油污染物的響應特征，可為土壤石油污染修復治理提供基礎(chǔ)參考。

1 土壤石油污染現(xiàn)狀

我國目前勘探和開發(fā)的油田和油氣田主要分布在25個省市（自治區(qū)），數(shù)量超400個，覆蓋面積約為我國國土面積的3%，據(jù)估計，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，遠超臨界值，油田周邊數(shù)百公頃土地遭受嚴重污染[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重，TPHs平均含量在17～31 g/kg之間[6]。2015年公布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》表明，在被調(diào)查的13個采油區(qū)的約500個點位中，近1/4土壤點位超標，污染物主要是多環(huán)芳烴和石油烴。

2 土壤生態(tài)環(huán)境對石油污染的響應

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)鍵和主導地位[7]。植物、動物、微生物作為生態(tài)環(huán)境中的生產(chǎn)者、消費者和分解者，共同構(gòu)成了土壤生態(tài)系統(tǒng)，石油污染對任何一方產(chǎn)生影響，勢必會對整個土壤生態(tài)環(huán)境安全構(gòu)成威脅。

2.1 土壤理化性質(zhì)的響應

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、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率和總有機碳升高，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土壤大小孔隙的堵塞作用，難以形成有效的導水通路，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]、潤濕性減小[11]、滲透性降低[12]、持水能力顯著下降[13]，同時改變了土壤毛管水運動特征[14]。石油污染亦或?qū)ν寥烂富钚援a(chǎn)生影響，對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]。石油污染物還會滲透入土層內(nèi)，一定程度上可導致土壤產(chǎn)生鹽漬化、瀝青化和板結(jié)化[17]。

2.2 土壤植物的響應

石油污染物對許多植物的存活與生長產(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，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[20]。5g/kg的污染濃度引起苜蓿出苗率延遲，且出苗率僅為對照的58%[21]。然而有在玉米上的研究表明，小于1g/kg的石油烴濃度，反而對玉米根系生長具有一定的促進作用，隨著污染濃度增加，這種促進作用逐漸降低[22]。由此表明，不同植物對不同程度的石油污染物的耐受能力有所不同。石油污染物對土壤植物生長發(fā)育產(chǎn)生影響的主要原因首先是其對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，從而對植物種子萌發(fā)產(chǎn)生毒害作用[23];石油污染土壤后，會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，嚴重者會引起引起根系發(fā)生腐爛，導致作物減產(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氮素和磷素的競爭，植物養(yǎng)分供應缺乏[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，對植物生長發(fā)育產(chǎn)生抑制作用[26]。

2.3 土壤微生物的響應

石油污染會引起土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不同類群微生物對污染物的脅迫響應也不盡相同，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。當棕壤、褐土和潮土的TPHs含量為0.5g/kg時，土壤中的放線菌數(shù)量分別下降89%、85%和80%，污染物對真菌的數(shù)量影響較小[15]。有在黃土高原石油污染區(qū)的研究顯示，污染土壤真菌和細菌數(shù)量較清潔土壤顯著提高，高于清潔土壤1個數(shù)量級，而引起放線菌的數(shù)量顯著減少[29]。對比陜北定邊采油區(qū)污染土壤與清潔土壤發(fā)現(xiàn)，細菌群落結(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)勢類群[30]。對比勝利油田新、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]。對開采30年以上的大慶油田不同污染土層進行采樣分析，結(jié)果表明，各土層微生物群落代謝強度存在差異，但均顯著高于無污染土壤[32]。

2.4 土壤動物的響應

石油污染亦會對土壤動物會產(chǎn)生影響，目前的研究多集中于污染物對土壤線蟲和蚯蚓的影響。有學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]。對大慶油田污染土壤線蟲的檢測結(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，油井的開采時間對土壤線蟲數(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)于石油污染對蚯蚓的影響有報道顯示，污染濃度為10～25g/kg時，夜間活動的蚯蚓數(shù)量減少50%，油污濃度為50g/kg時，蚯蚓存活時間小于2周[36]。另有學者研究指出，污染濃度為5g/kg，對蚯蚓存活7天無影響，而當污染濃度為15g/kg時，存活率低于40%[37]。高濃度的石油污染物會在蚯蚓體內(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)

石油污染對土壤、植物、土壤微生物以及土壤動物產(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沒有放之天下而皆準的治理措施，應因地制宜的進行比選修正。明晰石油污染對土壤生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響，可以為以石油為代表的有機污染土壤修復治理措施的制定提供一定的借鑒參考。

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