土壤生态环境对石油污染的响

应魏样

【摘 要】为探明土壤生态环境对石油污染的响应，从土壤、土壤植物、土壤微生物以及土壤动物入手，分别探讨了石油污染对其产生的影响。结果显示，不同区域由于气候、土质类别等自然条件的不一致性，产生的响应也不尽相同，明晰土壤生态环境中各因子对石油污染的响应特征，可为以石油为代表的有机污染土壤修复治理措施的制定提供一定的借鉴参考。

【关键词】土壤;生态环境;石油污染;污染修复

中图分类号： X53 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）03-0069-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.027

石油作为现代经济的主要能源之一，由于其特殊的作用和地位，被形象的称为经济发展的“黑色黄金”和“黑色血液”，关系着整个国民经济的发展。由于人类社会的发展，石油的应用范围不断扩大，随之带来消耗量的也日益递增。在石油的开采、冶炼、拉运等过程中不可避免会造成污染物的泄漏和倾洒，含油废水、废渣排入土壤，日积月累，对土壤环境产生的负面影响愈加严重，严重威胁着整个土壤生态系统的安全。石油污染对土壤动植物、微生物以及土壤自身的影响在现有的研究中均有涉及，但缺少系统的归纳总结。本文全面解析了土壤生态环境对石油污染物的响应特征，可为土壤石油污染修复治理提供基础参考。

1 土壤石油污染现状

我国目前勘探和开发的油田和油气田主要分布在25个省市（自治区），数量超400個，覆盖面积约为我国国土面积的3%，据估计，约480万hm2的土地石油含量可能超安全阈值[1]。有调查表明，我国陕北地区石油污染面积超708.16hm2，污染土壤中总石油烃（TPHs）含量达5～60g/kg[2]。安塞某油井周边地表以下土壤TPHs含量超21g/kg，重污染区的农田高达35g/kg，超出临界值170倍以上[3]。胜利和大庆油田油井周围100m范围内土壤的TPHs绝大部分高于500mg/kg[1]。位于内蒙古的阿尔善油田，每年进入土壤环境的单井落地原油平均约0.6～2t，辽河油田重污染区土壤含油量超10g/kg，远超临界值，油田周边数百公顷土地遭受严重污染[4-5]。吉林莫莫格湿地油田开采10年以上的油井周围土壤石油污染非常严重，TPHs平均含量在17～31 g/kg之间[6]。2015年公布的《全国土壤污染状况调查公报》表明，在被调查的13个采油区的约500个点位中，近1/4土壤点位超标，污染物主要是多环芳烃和石油烃。

2 土壤生态环境对石油污染的响应

土壤是无法再生的人类赖以生存的宝贵自然资源，在农业生产上占据关键和主导地位[7]。植物、动物、微生物作为生态环境中的生产者、消费者和分解者，共同构成了土壤生态系统，石油污染对任何一方产生影响，势必会对整个土壤生态环境安全构成威胁。

2.1 土壤理化性质的响应

石油污染物引起土壤自身理化性质产生变化。石油因其密度较小、粘着力强、乳化能力低，因此易与土粒发生粘连作用，从而堵塞土壤孔隙，破坏土壤结构，影响土壤通透性[8]。王小雨在莫莫格油田的调查表明，石油污染物引起土壤电导率和总有机碳升高，总氮和总磷下降，土壤碳氮比（C/N）和碳磷比（C/P）显著增加[6]。石油污染引起了土壤含水率、硝态氮、全钾含量等显著降低，容重和铵态氮含量显著升高[9];然而对土壤水解氮、有效磷、速效钾以及土壤pH等无显著影响[1]。石油污染物自身的斥水特征加之其对土壤大小孔隙的堵塞作用，难以形成有效的导水通路，引起土壤水分特性发生改变。引起土壤含水率显著降低[10]、润湿性减小[11]、渗透性降低[12]、持水能力显著下降[13]，同时改变了土壤毛管水运动特征[14]。石油污染亦或对土壤酶活性产生影响，对褐土和潮土的淀粉酶活性影响显著[15];在陇东黄土高原地区，土壤TPHs与土壤脲酶显著负相关，和脱氢酶、多酚氧化酶以及过氧化氢酶显著正相关[16]。石油污染物还会渗透入土层内，一定程度上可导致土壤产生盐渍化、沥青化和板结化[17]。

2.2 土壤植物的响应

石油污染物对许多植物的存活与生长产生一定的抑制作用，表现为植物发芽率、存活率、株高、叶面积、生物量等显著降低[18]。污染浓度超过30g/kg时，引起大豆出苗率、株高、百粒重、生物量、粗蛋白质等含量显著降低[19]。4g/kg的污染浓度引起小麦出苗率降低80%，100g/kg的污染浓度引起小麦完全不结实[20]。5g/kg的污染浓度引起苜蓿出苗率延迟，且出苗率仅为对照的58%[21]。然而有在玉米上的研究表明，小于1g/kg的石油烃浓度，反而对玉米根系生长具有一定的促进作用，随着污染浓度增加，这种促进作用逐渐降低[22]。由此表明，不同植物对不同程度的石油污染物的耐受能力有所不同。石油污染物对土壤植物生长发育产生影响的主要原因首先是其对植物种子的包裹作用，影响了种子与水分和氧气之间的交换作用，从而对植物种子萌发产生毒害作用[23];石油污染土壤后，会在植物根系表面形成粘膜，影响根系呼吸以及水分养分吸收，严重者会引起引起根系发生腐烂，导致作物减产[24];污染引起土壤C/N和C/P显著增加，引起微生物和植物之间对氮素和磷素的竞争，植物养分供应缺乏[25];另外，石油污染物中的有毒有害物质，以及微生物分解产生的过量交换态铁、锰、硫等，对植物生长发育产生抑制作用[26]。

2.3 土壤微生物的响应

石油污染会引起土壤微生物群落结构发生变化，不同类群微生物对污染物的胁迫响应也不尽相同，随着污染浓度增加，群落均匀度指数降低，菌属呈不均匀分布状态，存在明显的优势菌[27]。孙秦川研究表明[28]，同一土壤受不同油品污染后，土壤中优势微生物菌群存在较大差异，能以污染物为碳源的降解菌群比重显著提高。当棕壤、褐土和潮土的TPHs含量为0.5g/kg时，土壤中的放线菌数量分别下降89%、85%和80%，污染物对真菌的数量影响较小[15]。有在黄土高原石油污染区的研究显示，污染土壤真菌和细菌数量较清洁土壤显著提高，高于清洁土壤1个数量级，而引起放线菌的数量显著减少[29]。对比陕北定边采油区污染土壤与清洁土壤发现，细菌群落结构差异明显，拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门为污染土壤中的优势类群[30]。对比胜利油田新、老油井周边土壤微生物群落多样性指数发现，新油井指数较低，但随污染水平的增大而减小，老油井则刚好相反[31]。对开采30年以上的大庆油田不同污染土层进行采样分析，结果表明，各土层微生物群落代谢强度存在差异，但均显著高于无污染土壤[32]。

2.4 土壤动物的响应

石油污染亦会对土壤动物会产生影响，目前的研究多集中于污染物对土壤线虫和蚯蚓的影响。有学者研究了陇东黄土高原石油开采区距油井不同距离的土壤线虫分布特征，结果表明，距油井越近，线虫数量越多，多样性显著增加，其中植食类、食真菌类以及捕食杂食类数量增加显著[33]。对大庆油田污染土壤线虫的检测结果也显示，距油井距离最近的区域，线虫数量最多，但是与无污染土壤相比，污染物引起土壤线虫数量显著下降[34]。肖能文等研究表明，油井的开采时间对土壤线虫数量产生影响，TPHs含量影响线虫的成熟度，其中盘旋属受到的影响较大[35]。关于石油污染对蚯蚓的影响有报道显示，污染浓度为10～25g/kg时，夜间活动的蚯蚓数量减少50%，油污浓度为50g/kg时，蚯蚓存活时间小于2周[36]。另有学者研究指出，污染浓度为5g/kg，对蚯蚓存活7天无影响，而当污染浓度为15g/kg时，存活率低于40%[37]。高浓度的石油污染物会在蚯蚓体内聚积，从而引发其死亡，从而使土壤生态平衡遭到破坏。

3 小结

石油污染对土壤、植物、土壤微生物以及土壤动物产生一系列的影响，改变了土壤生态环境，不同区域由于气候、土质类别等自然条件的不一致性，产生的影响也不尽相同，因此污染土壤的修复没有放之天下而皆准的治理措施，应因地制宜的进行比选修正。明晰石油污染对土壤生态环境产生的影响，可以为以石油为代表的有机污染土壤修复治理措施的制定提供一定的借鉴参考。

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