石油污染對土壤性質的影響分析

魏樣

（1.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西西安 710075；2.陜西省土地整治重點實驗室，陜西西安 710075）

1 土壤石油污染現(xiàn)狀

石油是現(xiàn)代工業(yè)的血液，控制著整個國家的經(jīng)濟命脈。隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，人們對石油及其產(chǎn)品的需求量不斷增大，由此也引起了嚴重的生態(tài)環(huán)境污染問題。石油在開采、運輸、加工等過程中，不可避免地會出現(xiàn)泄漏情況，進入土壤環(huán)境，從而對土壤造成一定程度的污染。全世界每年平均石油總產(chǎn)量約為40億噸，而每生產(chǎn)1 t的石油就約有2 kg的石油污染物進入土、水等環(huán)境中。石油一旦進入土壤環(huán)境，就會對土壤性質產(chǎn)生不同程度的影響，因此明晰石油污染對土壤性質的影響，對于污染土壤修復治理措施的制定具有重要的指導意義。

2 石油污染對土壤性質的影響

石油具有含碳量高、有機物質多樣、疏水性強、粘滯系數(shù)高、密度小于水以及具有一定的揮發(fā)性等特點[1]，使得受石油污染的土壤在物理化學性質、水理性質、生物學性質等方面受到影響，從而威脅植物生長，乃至人畜健康等。石油類型不同，對土壤產(chǎn)生的影響程度也不同；土壤類型不同，對石油污染的響應能力也不盡相同。

2.1 石油污染對土壤物理性質的影響

石油污染會直接影響到土壤的物理狀態(tài)。因石油類污染物具有一定的疏水性，且其密度較小，具有較強的粘著力，會與土粒粘連在一起，堵塞土壤孔道，進而影響土壤通氣透水能力[2-3]。有研究表明，柴油和機油可減小砂土的有效孔隙度，柴油污染使砂土孔隙度減小幅度更加顯著[4]。另有研究表明，石油污染引起土壤容重增大[5]。魏準等[6]的研究表明，石油污染破壞土壤固、液、氣三相比例，在土壤石油污染程度較低時，對土壤容重和孔隙度影響不顯著；當土壤中石油污染量超過3%時，容重會隨著石油污染程度的增加而顯著降低；污染量超過5%時，土壤孔隙度隨著污染程度的增加顯著增大，其結果存在差異的原因可能是與土壤質地有關，也可能和石油污染物在土壤中存留時間長短以及滲透能力有關。石油進入土壤會滲透和侵蝕土層，引起土壤結構發(fā)生變化，從而使土壤發(fā)生鹽漬化、瀝青化、板結化的概率顯著增大[7]。

石油污染也會引起土壤力學性質發(fā)生變化。Fine等[8]的研究指出，石油污染會引起土壤強度減弱，壓縮性增強。Shah等[9]指出，用做燃料的油品還會導致土壤最大干密度（即容重）降低，土壤液限值升高，內摩擦角和團聚力變小，自由壓縮強度降低。另有研究表明，當原油進入砂土后，砂土的地基承載力呈現(xiàn)顯著降低的趨勢[10-11]。Evgin和Das[12]采用了有限元分析的方法，其研究結果表明，石油污染引起了地基的沉降量增加。目前，還鮮見有在石油降解過程中對土壤物理狀態(tài)特性和力學特性影響的研究與報道。

2.2 石油污染對土壤化學性質的影響

土壤化學性質受石油污染影響顯著。劉五星等[13-14]研究了江漢油田和大慶油田井群周圍，遭受不同污染程度的土壤性質。其結果顯示，石油污染土壤的pH呈下降趨勢，土壤有機碳含量增加顯著。石油污染對土壤有效態(tài)氮、磷、鉀含量影響不顯著。任芳菲[15]在大慶油田對石油污染土壤理化性質進行了測定，結果顯示，污染引起土壤的有效態(tài)氮和有效態(tài)磷的含量均呈顯著下降的趨勢。金文標等[16]研究認為石油污染導致土壤中有效氮濃度呈顯著增加趨勢，其結果與任芳菲的研究結果相悖。王傳遠等[17]研究表明，土壤氮含量與石油污染程度無明顯關系，對土壤全氮無顯著影響，但會引起土壤有機碳含量顯著增加，從而導致土壤C、N比嚴重失調。由于石油物質組成復雜，是由上百種物質組成的混合物[18]，石油污染必然會對土壤酶等生物化學性質產(chǎn)生一定的影響。王華金等[19]對石油污染土壤的相關酶活進行了監(jiān)測，結果發(fā)現(xiàn)土壤中脲酶、脫氫酶、過氧化氫酶、脂肪酶等的活性與污染程度均存在著一定的相關性。

2.3 石油污染對土壤水分特性的影響

水分條件是一切生命的基礎，土壤的持水性、透水性是最為重要的生態(tài)因素，對于植物、動物和微生物有著不可替代的作用和價值，一切土壤退化過程或多或少會影響土壤水分條件，從而威脅生物生存與發(fā)育，這一直是生態(tài)學家、土壤學家和環(huán)境科學家關注的重點課題。在石油污染對土壤持水性的影響研究中，賈建麗等[20]分別對華北油田、勝利油田等6大油田區(qū)域的土壤進行了研究，表明石油污染土壤的含水率有顯著下降的趨勢，當土壤污染程度達到8%時，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趨勢，但是和前者研究相比，其降幅存在著一定的差異。這主要是由于不同區(qū)域土壤的質地類型不同所致。以上研究均是含水率的對比性研究，目前從水分能量和容量相結合的觀點出發(fā)，開展不同基礎性狀土壤在不同程度石油污染條件下的水分特性變化規(guī)律研究還非常少見。

土壤顆粒表面的親水性是接納降水和灌溉水、減少地面徑流的前提條件，在土壤承受有機污染日益嚴重的情況下，斥水性增強是當今土壤退化的又一特征，土壤有機化、斥水性增大的問題引起學術界的極大關注，已經(jīng)成為土壤環(huán)境問題和水分特性退化問題的研究熱點。李小飛等[21]研究表明，土壤受柴油污染后，潤濕性發(fā)生了明顯改變，土壤斥水性增強，從而引起了土壤水分特征曲線發(fā)生變化，導致在低水吸力區(qū)段土壤持水能力有所降低。另有學者研究表明，疏水性的石油污染物使土壤潤濕性發(fā)生改變，原本親水性的土壤呈現(xiàn)明顯的疏水特征[22]。童玲等[23]研究表明，柴油污染引起土壤毛管水上升特性發(fā)生顯著變化，石油污染土壤的毛管水上升速率和上升高度均隨著污染程度的增加而減小，砂土毛管水上升高度與污染程度呈負線性相關關系。

良好的水分滲入性能是增加土壤水庫儲水量的前提，被作為土壤質量評價的重要指標之一。鄭西來等[4]研究表明，砂土的水分滲透性也隨石油污染程度的增加而減小，當柴油污染程度為2%時，砂土的滲透系數(shù)比對照清潔砂土降低75.26%，當機油污染程度為4%時，砂土的水分滲透系數(shù)比對照降低33.68%。Khamehchiyan等[24]在中東地區(qū)的研究表明，原油污染砂土的飽和導水率與原油含量呈負相關的關系，與砂土粒徑大小呈正相關的關系，污染物引起土壤孔隙度減小是導致飽和導水率發(fā)生變化的主要原因之一。任磊和黃廷林[25]的研究表明，即使進入土壤中的石油較少，但是由于疏水性的石油被吸附在土壤顆粒表面，不易被水分浸潤，較難形成有效的導水通道，從而會引起土壤透水性降低。

2.4 石油污染對土壤生物性質的影響

土壤是富有生命的，土壤微生物、動物、花粉、孢子以及種子等，構成了土壤的生命體系。石油污染土壤后會直接或間接地對植物、動物及人類構成嚴重威脅，其主要機理之一是影響了土壤生物系統(tǒng)和土壤生命力。土壤受石油污染后，其微生物群落結構、生物多樣性等均會受到不同程度的影響[13]。有研究表明，土壤石油污染物多集中于0～20 cm左右的土壤表層，而此區(qū)域恰恰是植物根系最發(fā)達的區(qū)域。因此，土壤石油污染程度的高低直接影響著植物的生長狀況[26]。石油污染物進入土壤后，因其會在植物根系表面形成粘膜，從而影響根系呼吸及其對養(yǎng)分和水分的吸收。當污染較為嚴重時，會導致植物根系腐爛，從而影響農(nóng)作物產(chǎn)量[27]。陳銳等[28]研究了陜北地區(qū)石油污染土壤的細菌群落與結構，得出污染土壤細菌群落數(shù)量顯著低于無污染土壤，其物種豐富度顯著降低的結論。

石油污染物進入土壤后會引起土壤新鮮有機碳含量的大量增加，氮和磷卻無相應的變化，從而會引起土壤C、N比和C、P比嚴重失調[14]，進而影響微生物的生長與繁殖，使得微生物群落結構和區(qū)系發(fā)生系列變化[29]，破壞土壤微生態(tài)環(huán)境。另外，石油若積累在土壤蚯蚓等低等動物體內，會導致其死亡，從而使生態(tài)平衡遭到破壞。石油進入土壤生態(tài)系統(tǒng)，必然經(jīng)過一系列物理、化學和生物作用，其有毒有害成分會在植物體內累積，從而間接地影響糧食質量，污染物質也會進入食物鏈，從而危及人類健康[26]。

3 結語

石油污染對土壤生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的影響，影響了土壤物理、化學、生物學等性質，對農(nóng)作物健康乃至人類的生命安全產(chǎn)生嚴重威脅。分析探明石油污染對土壤性質的影響，可以為污染土壤修復技術的制定提供有效參考?，F(xiàn)階段，我國已初步建立了石油污染土壤修復的理論和技術體系[30]，但是體系仍不成熟，土壤修復技術的發(fā)展還遠遠不能滿足土壤修復市場的需求。因此，未來仍需立足國情，創(chuàng)新性地研發(fā)修復效率高、效果好、費用低、操作性強的修復治理方法，為石油污染土壤修復打下堅實基礎。