环江流域土壤污染现状及防治对策研究

冯七平

(甘肃省庆阳市生态环境局环县分局，甘肃 环县 745700)

环江是马莲河(甘肃省庆阳市境内最大的一条河流)流经庆阳市环县及庆城段的支流，系泾河的一级支流，黄河的二级支流，流域面积5000多平方公里，属于水土流失特别严重区域[1]。该流域土壤以黄绵土、黑垆土和新积土为主，土壤质地适中，透水性好，土层深厚，有机质含量低，矿质养分丰富，具有较好的生产性能。陇东黄土高原马莲河流域污染历史较早，其缺乏污水处理措施，大规模的石油勘探开发导致生态环境脆弱，多项监测指标超标[1-2]。环江流域目前探明含油地域面积500多平方公里，总资源量28.47亿吨，涉及马岭、樊家川、演武、八珠等14个油田、63个开发区块，区域内有1500多口油井，年产原油600多万吨。该流域多年来由于石油开发，化肥、农药长期不合理使用，畜禽粪便、农作物秸秆和农田残膜等农业废弃物不合理处置,造成流域污染问题日益加剧[3]，这可能导致土壤的可持续生产能力遭受破坏，但目前缺乏环江流域土壤污染状况的调查研究报告。鉴于此通过对环江流域井(站)场土壤石油污染和周边农用地面源污染现状的调查，研究分析了流域土壤污染的原因及适合流域石油污染土壤修复的技术方法，为土壤污染防治提供科学依据。

1 研究方法

1.1 区域概况

2019-2020年连续两年，在庆阳市环县、庆城县所属环江流域连续开展了油田井(站)场土壤石油污染和流域耕地土壤面源污染现状的检测调查。检测调查区域包括环县曲子、木钵、环城、洪德、山城、耿湾、甜水堡和庆城县庆城、马岭、卅铺等10个乡镇共1690km2土地面积，调查区地貌类型以川台为主，土壤类型涉及黄绵土、黑垆土和新积土三个土类，土壤孔隙度51.7～53.3%、容重1.28～1.5g/cm3、有机质9.9～12.5g/kg、全氮0.67～0.85g/kg、全磷0.38～0.74g/kg、全钾1.25～1.59%、速效氮42.5～63.9mg/kg、速效磷7.4～38.5mg/kg、速效钾152.5～181mg/kg。

1.2 试验设计

2019年对长庆油田分公司第二采油厂环县、庆城境内具有代表性的环84井区、午225井区、庆58井区部分井场土壤分析石油烃的含量，共分20、40、60cm三个土壤层次取样。2019年7月对中国石油庆阳石化公司老厂区东南区域(生活区)土壤环境质量现状取样监测，24个土壤监测点位(含1个对照点)共105个土壤样品(含现场平行样)，共进行了砷、镉、铬(六价)重金属含量等65项土壤检测指标(表2)。甘肃馨宝利环境监测公司于2020年7-9月对环江流域石油开采井(站)场周边耕地土壤分20、60、100cm层次分别取样监测了铅、铬、锌等9项指标(表3)。

1.3 测定项目及方法

测定方法参考国家标准：GB 15618—2018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准；HJ 1021—2019土壤和沉积物石油烃(C10-C40)的测定气相色谱法。土壤石油烃采用气相色谱法测定，汞、砷、硒、铋、锑采用微波消解/原子荧光法测定，铅、镉采用KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法测定，铜、锌、铅、镍、铬采用火焰原子吸收分光光度法测定，六价铬采用二苯碳酰二肼分光光度法测定，四氯化碳、氯仿等挥发性有机物采用顶空/气相色谱法测定，苯并(a)蒽等多环芳烃采用高效液相色谱法测定。

2 结果与分析

2.1 井(站)场土壤污染现状

表1是2019年对长庆油田分公司第二采油厂环县、庆城境内具有代表性的环84井区、午225井区、庆58井区部分井场土壤的取样分析结果。结果显示，井场区域石油烃监测值[4]与背景对照值相比超标率为100%，超标倍数为0.02～19.0，其中，20cm和40cm采样层次的石油烃含量显著性高于60cm，井场的泥浆池附近的石油烃监测值高于高架罐附近和油井区。

表1 环江流域部分井场土壤石油烃监测结果

2.2 生活区土壤污染现状

根据2019年7月对中国石油庆阳石化公司老厂区东南区域(生活区)土壤环境质量现状取样监测，24个土壤监测点位(含1个对照点)共105个土壤样品(含现场平行样)，65项土壤检测指标中(表2)，砷、镉等37项指标有检出。这说明中国石油庆阳石化公司老厂区东南区域尽管未在石油生产区域，但由于污染物迁移影响[5]，该区域已显现出较为严重的土壤石油污染问题。由表1和表2可以看出，环江流域由于石油开发，井(站)场等石油生产区域及生活区域土壤有多种污染物检出。

表2 庆阳石化公司老厂区东南区域土壤检测结果统计分析

2.3 耕地土壤污染现状

根据甘肃馨宝利环境监测公司2020年7月-9月对环江流域石油开采井(站)场周边耕地土壤分层取样监测，土壤镉检测值0.105～0.214mg/kg范围内，汞检测值0.071～0.099mg/kg范围内，镍检测值22.9～31.2mg/kg范围内，锌检测值52.1～66.3mg/kg范围内，铬检测值45.9～66.3mg/kg范围内，石油烃C10-C40仅在井场周边土壤耕作层有零星检出，犁底层及以下未检出(表3)。其中，60cm土壤层位的铅、砷、铜元素含量较高，而100cm土壤的锌、汞含量较高。

表3 环江流域耕地土壤重金属和石油烃检测结果 单位：mg/kg

根据2017-2018年全国农用地土壤污染状况详查资料[6]，环县、庆城县在环江流域的三个点位耕作层土壤汞检测值平均0.023mg/kg，铬检测平均值是54.6mg/kg(表4)。其中，环县樊家川的重金属污染物含量较低，而庆城三十里铺的铬、锌、汞、镉等元素含量高于其他地区。

表4 环江流域农地耕作层土壤污染状况详查结果 单位：mg/kg

由表3和表4可以看出，两次不同监测结果中土壤镉、汞、砷、铅、铜、镍、锌等重金属均有检出，虽然都未超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)“其他”风险筛选值，但2020年监测结果中各项重金属污染物含量明显较2017年有所增加，其中镉、汞、砷、铅、铜、镍、锌、铬分别增加1.4、11.7、6.9、0.6、0.062、0.074、1.6、2.8mg/kg，说明随着时间的推移，环江流域农用地重金属含量有积累增加的趋势；流域农用地石油烃只有井场周边耕作层有零星检出，含量很低，犁底层及以下未检出，说明石油烃未造成流域耕地土壤污染。

3 讨论

3.1 环江流域土壤污染原因分析

由以上试验结果可以看出，井(站)场、生活区和耕地土壤都有不同程度的污染状况出现，井场区域石油烃含量与背景值相比100%超标，而生活区和耕地土壤均检测出重金属等污染物。研究发现，石油烃影响了作物的生长及食用，当土壤石油类含量为3100mg/kg时，玉米减产10%，石油类含量达到500mg/kg，则苯并芘在玉米中的残留量超标，玉米不能食用[7]。环江流域是陇东油区的中心分布区域，自20世纪70年代长庆油田开发以来，该流域石油污染土壤面积逐年扩大。由于原油泄漏、生产事故、生产管理等多方面原因造成区域土壤污染[1，2]。环江流域土壤石油污染涉及面广，危害已日益凸现，已成为流域主要环境问题之一。

化肥及有机肥的不合理施用是土壤重金属等污染的主要原因。环江流域耕地200多万亩，化肥总用量超过7万吨/年，单位面积用化肥折纯量277.5kg/hm2，严重超出发达国家防止水体污染安全上限值225kg/hm2。化肥的大量施用，尤其是磷肥和混成肥等以矿石为原料生产的化学肥料，含有重金属等有毒元素，长期施用会导致有毒元素在土壤中积累，破坏土壤结构，恶化土壤性质[8]，使土壤可持续生产能力下降。据资料反映，全国21省市,猪粪中Cu、Zn、As、Cd、Cr平均含量超标省市分别占到95.2%、85.7%、33.3%、20.0%和5.26%[9]。畜禽粪便中含有Cu、Zn、As、Cd、Cr等饲料添加剂成分，这些含有重金属的粪污通过施肥进入土壤，不断积累污染土壤，径流扩散污染水体，通过食物链危害人体健康。截至2019年底，环江流域的环县、庆城两县羊、牛、猪、马类和鸡的饲养量分别为746.9万只、95.3万头、191.2万头、13.2万头和3051万只。畜禽粪便年产生量已超过3.71亿吨，是工业有机污染物的4倍。

除此之外，农业生产过程中大量的残膜、秸秆、畜禽粪便施用，以及流域内人口的生活活动产生的垃圾及污水散排等面源污染[3]，也是导致流域土壤污染的主要原因。环江流域农药年用量超过2000吨，其有效利用率只有30%左右，其余70%左右约1500吨左右的农药未发挥作用而残留于土壤。该流域年农膜用量约1.8万吨，废旧残膜回收量约8.5万吨，回收率48%左右，每年约有0.9万吨的废弃地膜残留土壤，自然降解缓慢，表现出积累效应。每年农作物产量100余万吨，秸秆产量超过150万吨，由于作物秸秆收集利用成本较高，加之受还田量的限值，每年约有100万吨左右的农作物秸秆被废弃在田间地头和庄前屋后，自然腐烂严重污染土壤环境。环江流域地处贫困地区，城市化水平较低，2019年末流域常住人口50万人左右，其中农村人口40万人以上，按人均每天生活垃圾0.86公斤、生活污水0.02方计算，流域内农村每天产生生活垃圾345吨、生活污水8000方以上。随着工农业生产的发展，石油开采规模在不断扩大，农用化学品的使用种类及用量也越来越多，各种污染物之间相互作用，又构成了流域土壤生态系统的复合污染“源”，更增加了流域内土壤污染治理的难度。

3.2 耕地土壤面源污染防治

基于以上对环江流域土壤污染原因的分析与探讨，提出以下耕地土壤面源污染防治的措施：

(1)建立污染源头控制监督体系：从源头杜绝，建立污染源头控制监督体系，依托各级政府和组织，对不规范的生产、生活和经营活动进行指导和监督，对造成严重环境污染的不规范行为实施惩罚措施。

(2)加强污染物无害化处理力度：加快农村生产生活垃圾收集处理设施及污水处理站建设；加大作物秸秆回收综合利用，制成商品有机肥，做到无害化处理和资源化利用。

(3)科学施用农药和化肥：杜绝化学剧毒农药，推广高效低毒低残留农药，推广以虫治虫、以菌治菌等生物防治技术，减轻农药在土壤中的残留量。推广测土配方施肥技术，增加有机肥用量，减少化肥用量，提高肥料利用率，增强土壤可持续生产能力。

(4)治理农田残膜污染：环江流域的无霜期为150～170天，完全能够满足一般农作物成熟要求，覆膜种植生产效益不是很明显，没有特殊需求，建议尽量不使用或少使用地膜，或采用“一膜多季利用”种植技术，做到减量化利用。加大残膜回收和资源化利用力度，制定“谁使用谁回收”制度，规定残膜回收率，达不到回收标准则予以处罚，达到则给予奖励。利用经济杠杆撬动，提升残膜回收率，把残膜污染治理意识变成全民的自觉行动。

(5)推广保护性耕作技术：推广免耕、沟播、周年覆膜播种、小麦膜沟穴播、玉米清洁生产、一膜多季综合利用等保护性耕作栽培技术，减少土壤侵蚀和养分流失，减轻农业面源污染。

(6)严格控制养殖粪污污染：对养殖粪污实行综合利用，做到减量化生产、无害化处置、资源化利用。实行干清粪工艺，将粪便与作物秸秆发酵加工制成商品有机肥，将养殖废水发酵制取沼气，沼液沼渣作为有机肥处置，减少养殖粪污扩散对土壤的污染。

3.3 石油污染土壤修复

目前石油污染土壤的修复主要有物理修复、化学修复[10]和生物修复[11，12]三类修复方法。

物理修复法如客土法，具有见效快、操作简单的优点，但其人工费用较高，仅使用于小面积污染土壤治理，中国石油庆阳石化公司老厂区土壤修复即以客土法为主，修复取得良好效果。生物修复法是利用特定的生物(植物、微生物或原生动物)，通过生物自身的生产和代谢过程，将存在于土壤中的污染物移除、降解或转化为无害物质，使土壤中污染物浓度降低至可接受水平，最终实现环境净化和生态效应恢复[13，14]。据研究，石油污染土壤通过种植紫花苜蓿进行田间修复[15]，对石油烃污染具有一定的修复作用，并且由于紫花苜蓿抗逆性强，适应范围广，能在多种类型的气候、土壤中生长，普遍用于石油污染土壤修复。

根据环江流域石油类污染土壤的污染特点，结合室内模拟研究结果，环江流域拟采用物理修复法和生物修复法相结合修复井(站)场石油污染土壤，首先采用客土法将井场60cm以上的表层污染土壤全部置换，置换的井场含油土壤作为危废交由有资质单位处置，然后在井场播撒适宜本区域生长的苜蓿草籽，再种植适应本区生长的油松树进行生态恢复，利用植被根系对石油烃的吸收和分解作用进行生物修复，采用物理修复法和生物修复法相结合的方法进行修复可使土壤中石油烃浓度降低至可接受水平。子午岭自然保护区内退出井(站)场采用客土法+生物法修复已初见成效，土壤修复已达到农用地风险管控标准限值要求，植被已全部恢复。

4 结论

本试验发现环江流域油田井(站)场等石油生产区域石油烃有不同程度超标，并且砷、镉等37项污染因子均有检出。井(站)场周边农用地土壤镉、汞等8类重金属含量有积累增加的趋势，石油烃只有部分井场周边耕作层有零星检出，含量很低，犁底层及以下未检出。石油开采过程中原油泄露是造成流域油田井(站)场土壤污染的根本原因；农业生产过程中大量的化肥、农药、农用塑料薄膜、畜禽粪便施用和农作物秸秆不合理处置，以及流域内人口的生活活动产生的垃圾及污水散排，是导致流域农用地土壤污染的主要原因。采用客土法将井(站)场60cm以上的表层污染土壤全部置换，置换出的含油土壤作为危废交由有资质单位处置，然后在井(站)场种植苜蓿和油松等植物，利用植被根系对残留石油烃进行吸收和分解降解是环江流域石油污染土壤修复的最佳方法。