石油污染对土壤性质的影响分析

魏样

（1.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西西安 710075；2.陕西省土地整治重点实验室，陕西西安 710075）

1 土壤石油污染现状

石油是现代工业的血液，控制着整个国家的经济命脉。随着经济社会的不断发展，人们对石油及其产品的需求量不断增大，由此也引起了严重的生态环境污染问题。石油在开采、运输、加工等过程中，不可避免地会出现泄漏情况，进入土壤环境，从而对土壤造成一定程度的污染。全世界每年平均石油总产量约为40亿吨，而每生产1 t的石油就约有2 kg的石油污染物进入土、水等环境中。石油一旦进入土壤环境，就会对土壤性质产生不同程度的影响，因此明晰石油污染对土壤性质的影响，对于污染土壤修复治理措施的制定具有重要的指导意义。

2 石油污染对土壤性质的影响

石油具有含碳量高、有机物质多样、疏水性强、粘滞系数高、密度小于水以及具有一定的挥发性等特点[1]，使得受石油污染的土壤在物理化学性质、水理性质、生物学性质等方面受到影响，从而威胁植物生长，乃至人畜健康等。石油类型不同，对土壤产生的影响程度也不同；土壤类型不同，对石油污染的响应能力也不尽相同。

2.1 石油污染对土壤物理性质的影响

石油污染会直接影响到土壤的物理状态。因石油类污染物具有一定的疏水性，且其密度较小，具有较强的粘着力，会与土粒粘连在一起，堵塞土壤孔道，进而影响土壤通气透水能力[2-3]。有研究表明，柴油和机油可减小砂土的有效孔隙度，柴油污染使砂土孔隙度减小幅度更加显著[4]。另有研究表明，石油污染引起土壤容重增大[5]。魏准等[6]的研究表明，石油污染破坏土壤固、液、气三相比例，在土壤石油污染程度较低时，对土壤容重和孔隙度影响不显著；当土壤中石油污染量超过3%时，容重会随着石油污染程度的增加而显著降低；污染量超过5%时，土壤孔隙度随着污染程度的增加显著增大，其结果存在差异的原因可能是与土壤质地有关，也可能和石油污染物在土壤中存留时间长短以及渗透能力有关。石油进入土壤会渗透和侵蚀土层，引起土壤结构发生变化，从而使土壤发生盐渍化、沥青化、板结化的概率显著增大[7]。

石油污染也会引起土壤力学性质发生变化。Fine等[8]的研究指出，石油污染会引起土壤强度减弱，压缩性增强。Shah等[9]指出，用做燃料的油品还会导致土壤最大干密度（即容重）降低，土壤液限值升高，内摩擦角和团聚力变小，自由压缩强度降低。另有研究表明，当原油进入砂土后，砂土的地基承载力呈现显著降低的趋势[10-11]。Evgin和Das[12]采用了有限元分析的方法，其研究结果表明，石油污染引起了地基的沉降量增加。目前，还鲜见有在石油降解过程中对土壤物理状态特性和力学特性影响的研究与报道。

2.2 石油污染对土壤化学性质的影响

土壤化学性质受石油污染影响显著。刘五星等[13-14]研究了江汉油田和大庆油田井群周围，遭受不同污染程度的土壤性质。其结果显示，石油污染土壤的pH呈下降趋势，土壤有机碳含量增加显著。石油污染对土壤有效态氮、磷、钾含量影响不显著。任芳菲[15]在大庆油田对石油污染土壤理化性质进行了测定，结果显示，污染引起土壤的有效态氮和有效态磷的含量均呈显著下降的趋势。金文标等[16]研究认为石油污染导致土壤中有效氮浓度呈显著增加趋势，其结果与任芳菲的研究结果相悖。王传远等[17]研究表明，土壤氮含量与石油污染程度无明显关系，对土壤全氮无显著影响，但会引起土壤有机碳含量显著增加，从而导致土壤C、N比严重失调。由于石油物质组成复杂，是由上百种物质组成的混合物[18]，石油污染必然会对土壤酶等生物化学性质产生一定的影响。王华金等[19]对石油污染土壤的相关酶活进行了监测，结果发现土壤中脲酶、脱氢酶、过氧化氢酶、脂肪酶等的活性与污染程度均存在着一定的相关性。

2.3 石油污染对土壤水分特性的影响

水分条件是一切生命的基础，土壤的持水性、透水性是最为重要的生态因素，对于植物、动物和微生物有着不可替代的作用和价值，一切土壤退化过程或多或少会影响土壤水分条件，从而威胁生物生存与发育，这一直是生态学家、土壤学家和环境科学家关注的重点课题。在石油污染对土壤持水性的影响研究中，贾建丽等[20]分别对华北油田、胜利油田等6大油田区域的土壤进行了研究，表明石油污染土壤的含水率有显著下降的趋势，当土壤污染程度达到8%时，土壤含水率低于5%。任芳菲[15]的研究也表明，石油污染引起土壤含水率有下降趋势，但是和前者研究相比，其降幅存在着一定的差异。这主要是由于不同区域土壤的质地类型不同所致。以上研究均是含水率的对比性研究，目前从水分能量和容量相结合的观点出发，开展不同基础性状土壤在不同程度石油污染条件下的水分特性变化规律研究还非常少见。

土壤颗粒表面的亲水性是接纳降水和灌溉水、减少地面径流的前提条件，在土壤承受有机污染日益严重的情况下，斥水性增强是当今土壤退化的又一特征，土壤有机化、斥水性增大的问题引起学术界的极大关注，已经成为土壤环境问题和水分特性退化问题的研究热点。李小飞等[21]研究表明，土壤受柴油污染后，润湿性发生了明显改变，土壤斥水性增强，从而引起了土壤水分特征曲线发生变化，导致在低水吸力区段土壤持水能力有所降低。另有学者研究表明，疏水性的石油污染物使土壤润湿性发生改变，原本亲水性的土壤呈现明显的疏水特征[22]。童玲等[23]研究表明，柴油污染引起土壤毛管水上升特性发生显著变化，石油污染土壤的毛管水上升速率和上升高度均随着污染程度的增加而减小，砂土毛管水上升高度与污染程度呈负线性相关关系。

良好的水分渗入性能是增加土壤水库储水量的前提，被作为土壤质量评价的重要指标之一。郑西来等[4]研究表明，砂土的水分渗透性也随石油污染程度的增加而减小，当柴油污染程度为2%时，砂土的渗透系数比对照清洁砂土降低75.26%，当机油污染程度为4%时，砂土的水分渗透系数比对照降低33.68%。Khamehchiyan等[24]在中东地区的研究表明，原油污染砂土的饱和导水率与原油含量呈负相关的关系，与砂土粒径大小呈正相关的关系，污染物引起土壤孔隙度减小是导致饱和导水率发生变化的主要原因之一。任磊和黄廷林[25]的研究表明，即使进入土壤中的石油较少，但是由于疏水性的石油被吸附在土壤颗粒表面，不易被水分浸润，较难形成有效的导水通道，从而会引起土壤透水性降低。

2.4 石油污染对土壤生物性质的影响

土壤是富有生命的，土壤微生物、动物、花粉、孢子以及种子等，构成了土壤的生命体系。石油污染土壤后会直接或间接地对植物、动物及人类构成严重威胁，其主要机理之一是影响了土壤生物系统和土壤生命力。土壤受石油污染后，其微生物群落结构、生物多样性等均会受到不同程度的影响[13]。有研究表明，土壤石油污染物多集中于0～20 cm左右的土壤表层，而此区域恰恰是植物根系最发达的区域。因此，土壤石油污染程度的高低直接影响着植物的生长状况[26]。石油污染物进入土壤后，因其会在植物根系表面形成粘膜，从而影响根系呼吸及其对养分和水分的吸收。当污染较为严重时，会导致植物根系腐烂，从而影响农作物产量[27]。陈锐等[28]研究了陕北地区石油污染土壤的细菌群落与结构，得出污染土壤细菌群落数量显著低于无污染土壤，其物种丰富度显著降低的结论。

石油污染物进入土壤后会引起土壤新鲜有机碳含量的大量增加，氮和磷却无相应的变化，从而会引起土壤C、N比和C、P比严重失调[14]，进而影响微生物的生长与繁殖，使得微生物群落结构和区系发生系列变化[29]，破坏土壤微生态环境。另外，石油若积累在土壤蚯蚓等低等动物体内，会导致其死亡，从而使生态平衡遭到破坏。石油进入土壤生态系统，必然经过一系列物理、化学和生物作用，其有毒有害成分会在植物体内累积，从而间接地影响粮食质量，污染物质也会进入食物链，从而危及人类健康[26]。

3 结语

石油污染对土壤生态环境造成了严重的影响，影响了土壤物理、化学、生物学等性质，对农作物健康乃至人类的生命安全产生严重威胁。分析探明石油污染对土壤性质的影响，可以为污染土壤修复技术的制定提供有效参考。现阶段，我国已初步建立了石油污染土壤修复的理论和技术体系[30]，但是体系仍不成熟，土壤修复技术的发展还远远不能满足土壤修复市场的需求。因此，未来仍需立足国情，创新性地研发修复效率高、效果好、费用低、操作性强的修复治理方法，为石油污染土壤修复打下坚实基础。