石油烃污染底泥的理化性质及酶活性研究
2020-08-20于一雷徐卫刚郭嘉马牧源
于一雷 ，徐卫刚 ，郭嘉 *，马牧源
1. 中国林业科学研究院湿地研究所，北京 100091；2. 湿地生态功能与恢复北京市重点实验室，北京 100091
石油化工是我国经济发展的重要能源和基础原材料产业。我国第二大油田——胜利油田坐落于黄河三角洲地区，依托石油资源，大量石油化工产业如炼油厂、化工厂和石化企业蓬勃发展。石油化工产业促进经济发展的同时，也会产生大量石油化工废水。主要包括生产过程的工艺废水和非工艺废水。其中，工艺废水主要来自水洗、汽提、冷凝、减压蒸馏、渣油加氢脱硫、催化裂化、柴油加氢、加氢裂化、气分、联合芳烃、汽油加氢等多个石油炼制工序；而非工艺废水主要来生活过程（赵洪兵，2015）。炼油废水污染物主要包括石油类、硫化物、氨氮、化学需氧量、酚类化合物、悬浮物等，其水质主要与水量、原油种类、炼油厂生产工艺和规模有关。化工厂由于原料种类多、工艺复杂、产品多样化，导致废水中污染物的组分比单纯的炼油废水更加复杂，主要为难降解（苯类、烷烃、芳香烃等）和有毒有害有机物（油类、酚类、胺类、酯类、氰类和含硫有机物等）（齐晓巍等，2008）。
作为持久性有机污染物的石油烃对土壤及水生态系统造成了严重影响（Yeung et al.，2011）。较高的疏水性导致石油烃与土壤/沉积物中颗粒产生紧密结合（Parrish et al.，2005；Luepromchai et al.，2007），且导致较高的蓄积能力和低生物利用度（Karthikeyan et al.，2001；Dindar et al.，2015）。石油烃污染明显影响微生物数量、多样性、活性以及关键生物过程（Maliszewska-Kordybach et al.，2003；Schloter et al.，2003）。酶活性是微生物的重要表征参数，也是生态系统稳定性及健康的重要指标（Brohon et al.，2001；Dindar et al.，2015）。酶活性与微生物活性、生物量等密切相关。同时它参与有机物降解等生物地球化学循环过程（Eibes et al.，2006；Topaç et al.，2009）。因此，酶活性可以作为碳氢化合物等污染的敏感指标（Wolińska et al.，2016）。微生物群落对石油烃的长期污染会产生耐受性，并且在污染生态恢复中起到重要作用（Lin et al.，2009）。研究表明微生物受到石油烃初期污染胁迫过后，其呼吸强度和酶活性增加，以及特定微生物种群增加，污染物将作为微生物的碳和能量来源，从而逐渐分解污染物（Chibuike et al.，2013；Dindar et al.，2015）。比如氧化还原酶参与顽固性有机物的氧化降解，可反映出微生物活性和种群的相关信息（Ueno et al.，2007；Dindar et al.，2015），脲酶活性可反映有机氮化合物的矿化潜力（Dindar et al.，2015）。因此，对理化性质和酶活性监测可以在微生物种群的变化之前，能起到早期预警作用（Lin et al.，2009；Dindar et al.，2015）。石油烃氢化合物，特别是原油和机油对海洋和淡水藻类的影响已有大量的研究，但是对底泥中土著微生物和酶活性的研究较少（Dindar et al.，2015）。
黄河三角洲地区河流一直面临来自采油和炼化过程的石油污染威胁（张建伟等，2012）。炼油等石化工厂的废水中化学需氧量约830—845 mg·L−1，石油类物质为 140—150 mg·L−1（李政等，2011）。然而，不同工厂之间差异较大。比如某工厂废水中氨氮为 25 mg·L−1，CODcr为 600—1000 mg·L−1，BOD5为 180—300 mg·L−1（李政等，2011），其他某工厂 CODcr为 2000 mg·L−1，BOD5为 600 mg·L−1，氨氮为 70 mg·L−1，石油类 500 mg·L−1（赵洪兵，2015）。炼化污水成分复杂且难降解，即使经过物理、化学和生物措施处理后，废水中仍含有较高的氮、酚类、硫化物以及难被微生物降解的物质（Oh et al.，2009；Benito-Alcázar et al.，2010）。污染物进入水体之后，其难降解性最终会引起在水体或底泥中的富集积累，进而危害水生生物以及人类健康（Neupane et al.，2018；Benito-Alcázar et al.，2010）。为揭示受污染底泥中石油烃组成及残留特性，探讨底泥理化性质和酶活性变异。本文通过采集石化废水排放处的底泥样品，分析受污染底泥的理化性质和酶活性特征，为评价石化废水石油烃污染对水生态系统影响和明确关键表征参数，以及治理提供一定的技术和数据支撑。
1 材料与方法
1.1 样品采集
黄河三角洲（118º5′E，38º15′N），位于山东省东北部黄河入海口区域三角洲地区气候属于暖温带大陆性季风气候，地势走向为沿黄河自西南向东北倾斜。胜利油田-中国第二大石油生产基地，主体位于黄河三角洲。研究区石油化工企业众多，处理之后的石化废水排放至附近沟渠或是河流中。选择典型的石油化工厂废水排放口区域，以排放口附近1 m范围为样品采集区。采用不锈钢底泥采样器，收集0—20 cm深度的底泥样品两份。其中，一份采用自封袋保存，用于室内测定底泥中石油烃和基础理化指标；另一份密封于无菌袋，即刻冷藏于干冰盒，用于后续室内酶活性分析。底泥采样点及样品相关信息见表1。本研究共采集13个样品，为研究不同石油烃污染对底泥理化性质及酶活性影响。根据不同样品中总石油烃质量分数大小，从低到高质量分数，共划分为4组样品。
表1 样品采集分类信息Table 1 Information of group and different samples
1.2 样品测试和数据分析
底泥样品测定指标包括石油烃类（总石油烃、饱和烃、芳香烃、沥青和胶质）、基础理化类（pH、电导率、比表面积、总氮、铵态氮、硝态氮、总磷和有效磷）和酶活性（淀粉酶、脲酶、过氧化氢酶、脱氢酶、脂肪酶、硝酸还原酶）。
底泥石油烃质量分数测定：首先，称取风干底泥样品10 g，置于50 mL离心管，同时加入30 mL三氯甲烷，然后加盖密封，且摇动5分钟后放置过夜。次日，置于55 ℃水浴中热浸，同时进行1个小时的超声萃取。萃取之后对离心管置于离心机，设置转速为 4500 r·min−1，高速离心 5 min（离心），然后过滤收集上清液。剩余底泥样品重复热浸超声萃取2次，且过无水硫酸钠，冷却干燥（于一雷等，2018）。依据石油天然气行业标准（SY/T5119—2008岩石中可溶有机物及原油族组分分析）（中华人民共和国国家发展和改革委员会，2008），基于层析技术实现石油烃中饱和烃、芳香烃和极性物质（沥青质和胶质）分离操作。具体步骤如下，首先采用塞有脱脂棉的漏斗过滤沥青质，用具塞三角瓶承接滤液，以正己烷洗涤样瓶、脱脂棉至滤液无色为止。然后换上恒重称量瓶承接沥青质，氯仿溶解及洗涤器皿及脱脂棉上沥青质至滤液无色。通过正己烷连续润洗硅胶（粒径0.177 mm）-氧化铝（粒径0.149 mm）层析柱，然后将三角瓶承接滤液过层析柱（内径7 mm，长400 mm），上清液中的极性物质被氧化铝吸附。然后，用30 mL正己烷反复淋洗层析柱，同时采用恒重的称量瓶承接淋洗出的烷烃组分；再用30 mL的二氯甲烷与正己烷（65：35体积比）的混合试剂反复淋洗，此时收集芳烃组分；最后，再用30 mL三氯甲烷反复淋洗并收集胶质。饱和烃、芳香烃组分滤液在温度不高于 40 ℃下回复溶剂至干；而胶质和沥青质组分滤液在温度不高于 60 ℃下挥发至干。最终，采用称重法测定石油烃类总量及各族组成的质量分数。
底泥基础理化性质测定（鲍士旦，2000）：采用吸附法测定底泥比表面积，电极法测定底泥pH和电导率，重铬酸钾氧化-容量法测定有机质质量分数，钼锑抗比色法测定总磷，凯氏定氮法测定总氮，纳氏比色法测定氨氮，紫外分光光度法测定硝态氮，碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法测定有效磷。
底泥酶活性测定（关松荫，1986）：脲酶活性采用苯酚钠比色法测定，称取5 g底泥于50 mL三角瓶中，加1 mL甲苯。15 min后加10 mL 10%尿素溶液和 20 mL pH 6.7柠檬酸盐缓冲溶液，摇匀后在37 ℃恒温箱培养24 h。培养结束后过滤，过滤后取1.5 mL滤液加入25 mL容量瓶中，再加2 mL苯酚钠溶液和1.5 mL次氯酸钠溶液，摇匀。20 min后显色和定容。1 h内于波长578 nm处比色。氢氧化钾-乙醇滴定法测定脂肪酶活性，称取5 g底泥样品置于50 mL三角瓶中，用2 mL甲苯处理土样，15 min后加5 mL蒸馏水，5 mL醋酸盐缓冲液（pH 7.0）和2.5 mL向日葵油，然后置于30 ℃恒温箱中培养72 h。培养结束后，加入10 mL 96%乙醇并过滤。吸取10 mL滤液，加入5滴酚酞做指示剂，采用0.1 N KOH乙醇溶液滴定测定。高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶活性，取 2g底泥样品于三角瓶中，加入40 mL蒸馏水，加5 mL 0.3%的H2O2溶液，立即将三角瓶瓶口密封。震荡20 min后加入1 mL饱和铝钾矾，立即过滤于盛有5 mL 1.5 mol硫酸的三角瓶中，滤干后，吸取滤液25 mL，用0.02 mol·L−1高锰酸钾滴定至紫红色，同时做无土对照。脱氢酶酶活性采用氯化三苯基四氮唑（TTC）比色法。称取5 g过1.25 mm筛的新鲜底泥样品于具塞三角瓶中，每个三角瓶中加入2 mL 1% TTC溶液，2 mL蒸馏水，充分混匀。置于37 ℃恒温箱中避光培养6 h。培养结束后，加入5 mL甲醇，剧烈震荡1 min，后静置5 min，再震荡20 s，再静置5 min。三角瓶中溶液过滤至比色管，并用少量甲醇洗涤三角瓶2—3次，洗涤液也过滤到比色管中，定容至25 mL，于485 nm波长处测定吸光度。3, 5-二硝基水杨酸比色法测定淀粉酶活性，称取5 g底泥样品，置于50 mL三角瓶中，注入10 mL 1%淀粉溶液，再加入10 mL磷酸盐缓冲溶液（pH 5.6）和5滴甲苯。摇匀混合物后，置入恒温箱37 ℃下培养24 h。培养结束后，迅速过来悬液。吸取滤液1 mL，注入50 mL容量瓶，然后进行比色测定。为消除误差，均需要做无基质对照（以等体积的水代替基质，其他操作步骤相同）和无样品对照（不添加底泥样品，其他操作步骤相同）。508 nm处。二磺酸比色法测定硝酸还原酶，称取5 g底泥鲜样于3个刻度试管中，加入4 mL 2, 4-DNP溶液，1 mL KNO3基质液和5 mL蒸馏水，混匀，具塞。两个试管在25 ℃下培养24 h，另外一个在−20 ℃下培养24 h（对照），培养结束后室温解冻。加入10 mL氯化钾溶液，混匀，立即过滤。取5 mL滤液，加入3 mL NH4Cl缓冲液，2 mL显色液（2 g磺胺和0.1 g N-（1-萘基）乙二胺盐酸盐于150 mL蒸馏水中加入20 mL磷酸。冷却至室温，定容至200 mL。），混匀，室温下显色15 min，以试剂空白为对照，在波长520 nm处测定样品和对照的吸光度。
不同分组中石油烃、基础理化及酶活性数据的差异显著和相关分析分别采用SPSS 16.0软件中单因素方差分析和Pearson相关分析功能实现。柱状图则采用Origin 8.0软件完成。
2 结果与讨论
2.1 底泥石油烃质量分数
底泥中总石油烃及其不同组分的质量分数见图1。从图1中可看出，不同分组中总石油烃（TPH）、饱和烃（SH）、芳香烃（AH）、沥青（AS）和胶质（Colloid）质量分数大小顺序均为：D>C>B>A，表现为随总石油烃质量分数升高的同时，其他石油烃组分质量分数也依次升高。D组中总石油烃质量分数最高，且其他石油烃组分也均高于其他3组。由于D组没有重复样品，与其他组未进行差异显著分析。A、B、C 3组中芳香烃、胶质之间的差异均不显著，而总石油烃（P=0.015，0.000，0.002）、饱和烃（P=0.038，0.000，0.000）质量分数之间均差异显著。不同组的饱和烃质量分数顺序为：A (1.35±0.31 g·kg−1)
图1 石油烃污染底泥中不同组分质量分数Fig. 1 Different compositions in sediments polluted by crude oil hydrocarbon
2.2 底泥基础理化指标
石油烃污染底泥中pH、电导率和比表面积特征见图2。由图2可得出，底泥pH均为碱性，pH大小顺序为：B (8.52)>C (8.65)>A (8.63)>D (7.74)，然而前3组之间无显著差异，最高石油烃质量分数D组的 pH却低于其他 3组。底泥电导率顺序为：D>B>A>C；D组电导率为最高值，B组显著高于C组，两者均与A组均无显著差异。比表面积大小顺序为：A>C>B>D。A组比表面积最大，却与B和C组无显著差别。因此，在 1.89—7.21 g·kg−1质量分数变化范围内，石油烃不能显著影响底泥的pH和比表面积。13.13 g·kg−1的高质量分数石油烃的电导率数值最高，但是B与C组之间却是相反的结果，可能是由于石油烃之外的其他影响因素所导致。
图2 石油烃污染底泥中pH、电导率和比表面积特征Fig. 2 Characteristic of pH, EC and specific surface area in sediments polluted by crude oil hydrocarbon
文献报道黄河三角洲湿地表层沉积物中pH均值为7.98（缪雄谊，2014）。与此值相比，A、B和C组底泥pH略高，而最高石油烃质量分数的D组pH（7.74）略低。可看出，在此次调查质量分数范围内的石油烃未能显著影响底泥的酸碱度。我国东北莫莫格湿地中自然湿地沉积物背景pH为7.86，这与黄河三角洲湿地接近。有研究发现石油烃质量分数为 16.89—31.23 g·kg−1时，5 年之后石油烃并没有显著提高莫莫格湿地pH；然而，10年和20年的影响则导致pH显著增加到8.07和8.68（王小雨等，2009）。与此相反，有研究发现新被石油污染和多年被污染的土壤pH分别为8.61和7.96（吴伟林等，2010），表现为随着时间增加，pH反而降低。不同研究结果虽存在明显差别，但均说明在较高质量分数石油烃的长时间影响下pH会发生显著改变。从更长时间范围来看，受到石油烃影响 60年的油井附近与周边农林土壤的pH无明显差异，原因在于微生物代谢降解石油过程中会产生羧酸类产物，起到降低pH值作用（吉志新，2016）。比表面积用于表征矿质颗粒的吸附性能。石油烃污染质量分数的提高虽影响了部分底泥的比表面积，但并未达到显著作用。研究表明比表面积与底泥中黏粒质量分数为显著正相关，尤其是粒径小于0.01 mm的黏粒（刘莹等，2009）。本研究中虽然最高质量分数的D组中电导率为最高值，但是其他3组电导率次序并未与石油烃质量分数顺序一致。有研究发现石油烃污染会引起电导率的增加，但是影响作用并不显著（王小雨等，2009）。本研究中底泥电导率除受到石油烃影响外，推测石化废水中盐分可能为重要影响因素。通过分析发现石油烃在 1.89—7.21 g·kg−1质量分数变化范围内对 pH、电导率和比表面积无显著影响作用，不会作为优先关注的理化性质指标。
图3 石油烃污染底泥中总氮、铵氮、硝态氮、总磷、有效磷和有机质质量分数Fig. 3 Content of total nitrogen, ammonium nitrogen, nitrate nitrogen, total phosphorus, available phosphorus and organic matter in sediments polluted by petroleum hydrocarbon
石油烃污染底泥中总氮、铵氮、硝态氮、总磷、有效磷和有机质质量分数见图3。从图3可看出，B组内的铵氮、硝态氮、有效磷之间变异性较大。底泥中总氮与有机质质量分数顺序一致，均为D>A>B>C；铵氮顺序为：B>D>A>C；硝态氮顺序为：B=A>D>C；总磷和有效磷质量分数大小顺序一致：D>B>C>A。石油烃质量分数最高的D组底泥中除氨氮和硝态氮之外，总氮、总磷、有效磷和有机质明显高于其他3组。统计检验发现A、B、C 3组之间氮、磷及有机质质量分数之间均差异不显著。说明质量分数在 1.89—7.21 g·kg−1范围的石油烃未能显著改变此6个指标质量分数，然而质量分数超过13.13 g·kg−1的石油烃可能明显增加了总氮、总磷、有效磷和有机质。
黄河三角洲沉积物总氮质量分数为 0.10—0.670 g·kg−1（李任伟等，2001）。黄河三角洲石油生产区和大汶流站的湿地土壤总氮质量分数分别为0.21—0.87 g·kg−1和 0.59—0.94 g·kg−1（王传远等，2010）。对比发现，除最高质量分数的D组之外，其他3组中总氮质量分数范围为0.50—0.73 g·kg−1，皆处于黄河三角洲背景值范围之内。胜利油田孤东产区原油中氮质量分数（0.5%）较高（王传远等，2010）。因此，原油污染一定程度上也会提高污染底泥或土壤中氮质量分数，比如本研究中最高质量分数石油烃底泥中较高的氮质量分数。有效磷是指可被植物吸收利用磷的总称，包括水溶性磷、部分吸附态磷、部分微溶性无机磷和易矿化有机磷等。石油污染底泥中总磷和有效磷的质量分数顺序一致。有研究表明石油污染导致有效磷质量分数下降，且随着石油质量分数增加而逐渐降低（吉志新，2016；任芳菲，2009），然而总磷质量分数表现为随污染年限增加而减少（吴伟林等，2010）。原因在于，碳源增加后增强了微生物降解活性，导致对有效磷的消耗增加，或是石油烃反应基与无机磷结合而限制脱磷酸作用。研究发现石油烃污水灌溉以及油田溢油（0.62 g·kg−1）影响下有机质质量分数与总石油烃均为显著正相关（李慧等，2005；Marinescu et al.，2010），并且随着污染年限而逐渐增加（吴伟林等，2010）。比如老油井中有机质质量分数明显大于新油井（王传远等，2010））导致石油烃成为有机质的重要组成部分（刘莹等，2009）。黄河三角洲未污染地区C/N比值范围为28.35—33.94，污染区中比值为33.64—57.57（王传远等，2010），罗马尼亚某区石油污染导致 C/N比值由 13.01升高至 20.54（Marinescu et al.，2010）。本研究中C/N比值范围为 30.93—43.91，其远高于罗马尼亚案例数值，介于黄河三角洲背景值和污染值之间。说明底泥中碳氮比例受到石油烃的明显影响。石油烃质量分数低于13.13 g·kg−1时对底泥氮、磷及有机质均无显著影响。然而，高于此质量分数时加强对总氮、总磷、有效磷和有机质的监测和评价。
2.3 底泥酶活性
图4 石油烃污染底泥中不同酶活性（A）Fig. 4 Enzymatic activity (A) in sediments polluted by petroleum hydrocarbon
石油烃污染底泥中6种酶活性特征见图4。酶作为生物催化剂可有效促进有机物的转化。由图 4看出，底泥中淀粉酶（AMS）活性大小顺序为：A>B>C>D；脲酶（UE）活性为：D>B>A>C；过氧化氢酶（CAT）为：D>C>B>A；脱氢酶（DHO）为：D>C>A>B；脂肪酶（Lipase）为：C>B>A>D；硝酸还原酶（NR）为：B>C>A>D。其中，仅有B组的脲酶活性显著高于C组（P=0.047），C组的过氧化氢酶活性显著高于A组（P=0.049），而其他不同酶活性之间均无显著差异。石油烃质量分数最高的D组中脲酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性最高，而淀粉酶、脂肪酶和硝酸还原酶活性为最低值。
酶活性是综合反映微生物生物化学过程的生化指标（常学秀等，2001；Baligar et al.，1988；Jha et al.，1992）。酶活性也会受到不同石油烃化合物的显著影响（吕桂芬等，1997；Rossel et al.，1997；Burns et al.，2002）。厌氧条件下硝酸还原酶催化硝酸盐还原为亚硝酸盐，但是本研究中不同组之间硝酸盐质量分数无显著差别。淀粉酶水解淀粉生成糊精和麦芽糖，有研究发现石油烃质量分数低于 2 g·kg−1时，潮土和褐土淀粉酶活性受石油烃的显著影响（王梅等，2010）。本次研究中发现石油烃质量分数低于7.21 g·kg−1时均影响不显著。脂肪酶可以降解甘油和脂肪酸中的脂质。有研究表明石油烃增强了脂肪酶活性，提高了石油烃的代谢，脂肪酶活性可作为有机污染物生物降解的有效指标（Lin et al.，2009）。然而，本研究中各分组脂肪酶无显著差异。脲酶可促进有机物质中碳氮键水解，促进稳定性较高的有机氮向有效氮转化，可表征氮素转化状况（吴伟林等，2010）。B组中脲酶活性显著高于C组，说明其氮素的转化能力较高且营养条件充足利于微生物生长。有研究发现低质量分数的废机油（Trasar-Cepeda et al.，2000）、以及原油污染刺激和提高了脲酶活性（Dindar et al.，2015）。说明石油烃降解过程中微生物可能以铵态氮作为主要氮源。脱氢酶、过氧化氢酶均属于氧化还原酶系，在腐殖质组分的合成中起重要作用（李慧等，2005）。作为细胞内酶的脱氢酶存在于活微生物细胞中（Moeskops et al.，2010）。脱氢是微生物对石油烃降解或转化的开始阶段，脱氢酶活性与微生物生物量密切相关（Burns et al.，2002；Lipińska et al.，2014），脱氢酶直接参与石油烃降解过程，脱氢酶活性增加提高了石油烃的降解率（Galiulin et al.，2012），直接可以反映石油烃降解微生物的降解性能（李广贺等，2002；Galiulin et al.，2012；Lipińska et al.，2014）。过氧化氢酶活性顺序与石油烃质量分数大小一致，另外脱氢酶活性除质量分数最低的 A组和次低 B组外，基本也是与石油烃质量分数顺序一致。石油烃质量分数最高的D组具有最高的脱氢酶活性，表明其微生物对石油烃组分的降解性能较高，代谢过程中可能产生了较多的H2O2。也有研究发现油的种类（如原油和精炼石油）不同，其中脱氢酶活性也存在明显差异（Frankenberger et al.，1982；Lipińska et al.，2014）。脱氢酶对石油产品具有敏感性，对脱氢酶活性的影响严格取决于其类型，如生物柴油、柴油和燃料油会刺激脱氢酶，而汽油则是抑制剂（Kaczyńska et al.，2015；Gianfreda et al.，2005）。酶高活性可能是由于微生物的生长增强及其活性增加所致，因为柴油可能是某些微生物的良好营养物质。这可能是最低和次低石油烃质量分数组的酶活性顺序不一致的原因。另外，含油污水灌溉条件下脱氢酶、过氧化氢酶活性与总石油烃质量分数的显著正相关的结果与本研究的结果基本一致（李慧等，2005）。过氧化氢酶作用在于催化对机体有害的过氧化氢分解为水和氧气，通常指示微生物种群的大小或活性，有研究发现高质量分数石油烃污染土壤中过氧化氢酶活性增加（Lin et al.，2009；Wu et al.，2016）。然而，也有研究发现随原油质量分数增加，脱氢酶、过氧化氢酶和脲酶均受到抑制，且原油组成也随着酶而变化（Zhang et al.，2012）。因此，脲酶和过氧化氢酶的活性监测可用于评估石油烃污染和修复。
2.4 酶活性与石油烃、理化性质相关性
底泥酶活性与石油烃理化性质之间相关分析结果见表2。总石油烃与其4个组分之间均为极显著正相关，且不同组分之间也均显著正相关。这充分说明此4组分为总石油烃的主要构成类别。pH与总石油烃、不同组分之间均为负相关，其中与沥青和胶质之间为极显著负相关。EC与石油烃均无显著相关。总氮、总磷与石油烃及其各组分之间均显著相关，而铵氮、硝态氮和有效磷则均无显著相关。总磷和有效磷之间显著相关。有机质与除饱和烃之外的石油烃指标、以及总氮和总磷均为显著正相关，而与pH为显著负相关。说明石油烃对底泥的电导率、氨氮和硝态氮无明显贡献，对总氮的贡献可能主要是有机氮。有效磷可能主要表现为水溶性磷形态，因此表现为和总磷显著相关，而与石油烃及组分之间无显著相关。有机质主要来自于石油烃的含碳组分，并且总氮、总磷也部分来来源石油烃。
淀粉酶活性与石油烃及其组分之间均为负相关，其中与饱和烃为显著负相关。过氧化氢酶与石油烃及其组分均为正相关，其中与饱和烃和芳香烃为显著正相关。有研究发现过氧化氢酶活性与有机质、全氮和残留石油烃显著正相关（王华金等，2013），这表明当前质量分数范围的石油烃作为底物提高了过氧化氢酶参与石油烃降解时的活性（李慧等，2005；刘树庆，1996）。脂肪酶与石油烃参数均为正相关，其中芳香烃为显著正相关。原因在于其参与烃类降解有关，但是也有研究发现脂肪酶与石油残留量的相关性不明显（王华金等，2013）。硝酸还原酶与石油烃及其组分均为正相关，而与硝态氮为负相关，但均未达到显著水平。原因在于硝酸还原酶在硝酸还原过程中起的作用有关。未发现与脱氢酶及脲酶显著相关理化参数，这与已有油污水灌溉下脱氢酶与总石油烃（李慧等，2005），以及石油烃污染重脲酶与氮、磷、有机质和石油烃的显著关系明显不同（李东坡等，2003；李慧等，2005；王华金等，2013）。
表2 底泥不同指标相关性分析Table 2 Correlation of different parameters in sediments
3 结论
为研究石油烃污染对底泥理化性质及酶活性的影响，以黄河三角洲地区石化厂区为典型研究区，采集石化废水排放处底泥样品，通过进一步分析发现：
此次调查底泥样品中，总石油烃质量分数变化范围为 1.98—13.13 g·kg−1，饱和烃为主要组成部分。不同分组之间只有总石油烃和饱和烃为差异显著，芳香烃、沥青和胶质差异不显著，并且底泥中饱和烃相对容易发生降解作用。
底泥的pH、比表面积、总氮、铵氮、硝态氮、总磷、有效磷和有机质质量分数均未受到质量分数在 1.98—7.21 g·kg−1范围内的石油烃的显著影响。石油烃质量分数高于13.13 g·kg−1时，需要优先监测总氮、总磷、有效磷和有机质指标，可能会受到高于此质量分数石油烃的显著影响。石油烃明显提高了底泥中碳氮比值，数值范围为30.93—43.91。
石油烃质量分数在 1.98—7.21 g·kg−1范围内底泥中过氧化氢酶和脲酶均受到石油烃污染的显著影响，而其他4种酶（淀粉酶、脱氢酶、脂肪酶和硝酸还原酶）未受到显著影响。石油烃质量分数（13.13 g·kg−1）最高的底泥中脲酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性最高，而淀粉酶、脂肪酶和硝酸还原酶活性为最低值。石油烃污染一定程度上提高了脲酶活性，表明石油烃降解过程中微生物以铵态氮作为主要氮源。随着石油烃增高，脲酶也可能受到抑制作用。然而，高质量分数石油烃污染导致过氧化氢酶活性提高，说明微生物降解作用较高。基于底泥中脲酶和过氧化氢酶的测定有利于判断石油烃的污染以微生物的降解性能。
总石油烃与其他4个石油组分以及且不同组分之间均为显著相关，说明测试的石油烃组分参数均具有代表性。总氮、总磷与石油烃及各组分之间均显著相关，而电导率、铵氮、硝态氮和有效磷则均无显著相关。有机质质量分数与除饱和烃之外的石油组分以及总氮、总磷均为显著正相关。淀粉酶活性与石油烃及其组分之间均为负相关，其中与饱和烃为显著负相关。过氧化氢酶与石油烃及其组分均为正相关，其中与饱和烃和芳香烃为显著正相关。脂肪酶与芳香烃为显著正相关，表明底泥中微生物的降解代谢活动以饱和烃和芳香烃为主。
