石油污染对土壤速效养分的影响

董书瑶 张凤杰 隋小文 杨玲玲 肖智化

摘要：为了研究石油污染对土壤有效养分的影响，在内蒙古额尔古纳市森林草原过渡带生态系统研究站进行了模拟落地油方式的污染胁迫实验，分析了0～5 cm表层土壤中硝态氮、铵态氮、有效磷含量。结果表明：土壤中石油浓度与土壤硝态氮、铵态氮、有效磷含量无显著相关关系;石油污染浓度升高导致硝态氮含量的降低，铵态氮、有效磷含量升高。

关键词：石油污染;土壤;铵态氮;硝态氮;有效磷

中图分类号：X53

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2020）14-0145-03

1 引言

随着现代社会快速发展，人们对于石油能源的需求量与日俱增。目前我国勘探、开发的油田约400多个，油田的主要工作范围近20万km2，覆盖地区面积达32万km2，其中约480万hm2土地的石油含量可能超过安全值[1]。鉴于目前人们对石油开采技术水平有限，在加工运输过程中，管道的腐蚀和石油泄漏对生态环境造成了严重的影响，当石油进入土壤，石油污染物沿着土壤中的孔隙蔓延到土壤中各个角落[2]，引起土壤性质改变。土壤养分是生态系统的重要组成部分，为植物生长提供了必需的矿质养分[3]。

石油类污染物黏性大，密度小，当其进入土壤后会与土壤颗粒粘连，堵塞土壤孔隙，使土壤通透性、透水透气功能降低，石油烃类污染物能与土壤中N、P等养分结合，导致土壤中N、P等养分能被植物利用的量减少[4]。张晓阳在陕北地区对石油污染土壤理化性质分析发现，石油污染引起了土壤硝态氮和速效磷含量显著降低，铵态氮含量显著升高[6]， 土壤pH值与铵态氮、硝态氮、速效磷均成负相关[5]。土壤是植物生长养分的主要来源，土壤养分的变异必然会引起植物生长的受阻[7]。因此，研究石油对土壤速效养分的影响，明晰石油污染与土壤养分之间的相互作用关系，对开展石油污染生物修复具有重要意义。

目前涉及石油污染土壤方面的研究，大多集中在生物修复效率和机制以及修复过程中的微生物协同作用机制[8，9]，有关石油污染对土壤养分含量的影响的研究较少。本研究为了探究石油污染对内蒙古地区土壤有效养分的影响，在内蒙古额尔古纳市森林草原过渡带生态系统研究站，开展了石油污染胁迫实验，探讨了石油污染对土壤的有效养分的影响规律。

2 材料与方法

2.1 研究区域概况

研究区域位于在内蒙古呼伦贝尔草甸草原，中国科学院沈阳应用生态研究所的内蒙古额尔古纳市森林草原过渡带生态系统研究站的羊草群落长期实验样地（50°10′46″N， 119°22′56″E），海拔523 m。研究地属于温带-寒温交错带气候，无霜期短，夏季燥热，冬季漫长。该站土壤为黑钙土，主要草原类型为典型草原。

2.2 实验设计

本实验模拟落地油污染方式。2018年5月中旬，将相应量的0#柴油均匀拌入10 kg的土壤中，均匀的撒入样地中。设置的5个石油污染水平浓度分别为0、25、50、100、200 g/m2。共计5个处理，各处理设置6个重复，每个样地的面积为4.0 m×4.0 m的30个小区，每个小区间隔2 m。

2.3 实验方法

土壤样品的采集利用对角线取样法均匀布点，用直径7.5 cm土钻在每个取0～5 cm深度的土壤作为样品，将同一小区相同土层样品混匀装袋，不同类型处理小区土壤样品分开放置。将土壤样品带回实验室，去除石块和根等杂物，冷藏保存，待测。土壤铵态氮采用KCl浸提—靛酚蓝比色法测量;硝态氮采用紫外分光光度矫正因数法进行测量;有效磷采用NaHCO3浸提—分光光度法测量。

2.4 数据处理

使用SPSS21.0数据处理软件对不同污染浓度下土壤铵态氮、硝态氮和有效磷含量进行单因素方差分析和多重比较，Turkey 检验均值间的差异性，显著性水平 a = 0.05。养分间的相关性用 Pearson 相关分析统计（双尾检验，a =0.05），作图使用Microsoft Office Excel 2010进行。

3 结果

3.1 石油污染濃度对土壤硝态氮、铵态氮含量的影响

石油污染浓度对不同深度土壤硝态氮的影响如图1所示，表层土壤中硝态氮含量随着石油污染浓度的升高而降低，当石油污染浓度低于100 g/m2时，随着石油浓度的提高土壤中铵态氮含量增加，当石油污染高于100 g/m2时铵态氮含量减少。与石油浓度为50 g/m2相比，石油浓度为100 g/m2时土壤铵态氮显著增加，石油污染高于100 g/m2时，铵态氮含量略微减少。随着石油污染浓度升高，土壤中硝态氮含量呈下降趋势，铵态氮呈上升趋势。由表1相关性分析可知，石油污染浓度与土壤硝态氮之间的相关系数为-0.131，石油污染对土壤有效磷、铵态氮含量无明显影响。

3.2 石油污染浓度对土壤有效磷含量的影响

如图1所示，当石油污染浓度低于100 g/m2时，随着石油浓度的提高土壤中有效磷含量显著增加，当石油污染高于100 g/m2时有效磷含量与对照组相比没有显著变化但呈下降的趋势。随着石油污染浓度升高，土壤中有效磷含量是呈上升趋势的。相关性分析结果见表1，石油污染浓度与土壤有效磷含量之间的相关系数为0.251，无显著相关性，表明石油污染浓度对土壤有效磷含量无显著相关关系（P>0.05）。

4 讨论

当前石油污染形势日益严峻，当石油在土壤中大量富集，会对土壤功能产生负面的影响。植物和土壤是草原生态系统中具有紧密联系的两个子系统，两者相互影响土壤养分的变化，会对植被的生长产生巨大的影响，从而也会对微生物产生不同程度的危害[10]。探究石油污染对土壤中养分含量的影响，可以为污染土壤修复技术的制定提供有效的参考依据。

本研究结果表明，石油污染浓度与硝态氮含量呈显著负相关，随着石油污染浓度增加，土壤中硝态氮含量显著降低，而土壤铵态氮与有效磷含量虽无显著变化，但也呈上升趋势。一些研究表明石油污染进入土壤后土壤中有效态磷含量升高[11]。还有研究结果发现石油污染对土壤有效态氮、磷含量影响不显著，随着石油污染浓度增加壤硝态氮含量显著降低[1，12]，与本实验研究结果相似。石油类污染物进入土壤后，会使土壤中有机碳含量升高[10]，土壤原本的营养平衡被打破。石油烃类污染物进入土壤后，土壤中以石油烃类污染物为碳源的微生物的数量显著增加，其他类型微生物数量则会减少[14，15]。姬塬油田油井附进被污染的土壤中微生物群落结构发生明显的变化，石油降解菌群逐渐成为优势种群，有机质降解微生物的增加使得有机质降解速率加快，消耗的土壤氮的含量增加[16]，所以随着石油污染浓度增加土壤中硝态氮含量显著降低。

随着石油污染浓度的增加，与对照组相比土壤表层土壤硝态氮含量显著降低，当石油污染浓度为100 g/m2时土壤铵态氮含量虽无显著变化，但呈现上升的趋势;石油污染对表层土壤的有效磷含量没有显著影响，但当污染浓度大于100 g/m2 时土壤有效磷含量增加，说明在本实验中，石油污染浓度为100 g/m2可能是土壤的一个耐受阈值，当污染浓度大于该浓度土壤速效养分发生变化。

5 结论

石油浓度与土壤的硝态氮含量呈负相关关系，与铵态氮、有效磷无显著相关关系。石油污染导致表层土壤硝态氮显著降低，对土壤铵态氮和有效磷的含量没有显著影响，石油污染后土壤有效养分含量出现变化的污染浓度是100 g/m2。

参考文献

[1]刘五星，骆永明，滕 应，等.我国部分油田土壤及油泥的石油污染初步研究[J].土壤，2007（2）：247～251.

[2]余春浩.石油泄漏对土壤的污染[J].当代化工，2019，48（10）：2385～2387，2423.

[3]舒媛媛，黄俊胜，赵高卷，等.青藏高原东缘不同树种人工林对土壤酶活性及养分的影响[J].生态学报，2016，36（2）：394～402.

[4]李小利，刘国彬，薛 萐，等.土壤石油污染对植物苗期生长和土壤呼吸的影响[J].水土保持学报， 2007， 21（3）：95～98.

[5]许中旗，闵庆文，王英舜，等.人为干扰对典型草原生态系统土壤养分状况的影响[J].水土保持学报，2006（5）：38～42.

[6]赵 静.土壤酸化对土壤有效养分、酶活性及黄金梨品质的影响[D].泰安：山东农业大学，2011.

[7]张晓阳，李凯荣，张麟君.陕北石油污染对土壤理化性质的影响[J].水土保持研究，2013，20（3）：32～38.

[8]王辛芝，张甘霖，俞元春，等.南京城市土壤pH和养分的空间分布[J].南京林业大学学报（自然科学版），2006，30（4）：69～72.

[9]魏淑梅，李春琴，王瑞兵，等.石油污染土壤修复技术的研究现状[J].绿色科技，2019（10）：118～119.

[10]胡永扬，刘沙沙，翁丹宜，等.石油污染土壤的微生物修复研究进展[J].广州化工，2020，48（7）：30～33.

[11]Wang X Y，Feng J，Wang J.Petroleum Hydrocarbon Contamination and Impact on Soil Characteristics from Oilfield Momoge Wetland[J].Environmental Science，2009，30（8）：2394.

[12]董洪芳，于君寶，孙志高，等.黄河口滨岸潮滩湿地植物-土壤系统有机碳空间分布特征[J].环境科学，2010，31（6）：1594～1599.

[13]任芳菲.石油污染土壤的理化性质和微生物群落功能多样性研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2009.

[14]Delille D.Response of Antarctic Soil Bacterial Assemblages to Contamination by Diesel Fuel and Crude Oil [J].Microbial Ecology，2000，40（2）：159～168.

[15]HuangJC，TangM，Niu Z C，etal.Arbuscularmycorrhizal fungi in petroleum-contaminated soil in Suining area of Sichuan Province[J].Chinese Journal Ecology，2007，26（9）：1389～1392.

[16]许 刚，刘长兵.输油管线工程对土壤环境的影响研究[J].安徽农业科学，2010，（14）：7348～7349.