石油污染草原土壤的綜合利用及利用前后土壤物質變化研究

劉澤東，柴鳳久，高海娟

（黑龍江省畜牧研究所，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

石油污染草原土壤的綜合利用及利用前后土壤物質變化研究

劉澤東，柴鳳久，高海娟

（黑龍江省畜牧研究所，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

為研究在石油的開采中被污染的土壤利用及利用前后土壤物質變化，試驗采用大面積種植披堿草、苜蓿、無芒雀麥，對污染草原進行綜合利用與利用前后石油污染對土壤全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、有機碳、pH等理化性質的研究，結果表明，石油污染草原土壤的綜合利用來看，披堿草利用的效果最好；從利用前后石油污染對土壤理化性質影響來看，苜蓿的修復效果最優。說明牧草綜合利用可以加速石油污染草原土壤生態環境的恢復。

石油污染；土壤物質；綜合利用

石油污染是指在石油的開采、煉制、貯運、使用過程中，原油和各種石油制品進入環境而造成的污染。盡管目前國內外對石油污染土壤的修復有很多研究，但隨著石油生產量和消費量的不斷提高，石油類物質進入土壤造成的污染問題日益嚴重，特別在油田開采作業區更為突出[1-3]。目前由于石油的開采，使得松嫩平原生態系統遭到嚴重破壞，植被分割支離破碎，土壤板結，鹽堿化加重，土壤和水污染也日益嚴重。土壤作為一種環境介質，具有一些獨特的性質，例如土壤地域差異性、生態系統復雜性和土壤不可能流動性等，這就決定了土壤污染要比水或空氣污染更復雜、治理難度更大[4-6]。土壤石油污染已嚴重制約畜牧業的發展，治理土壤污染、加強油田植被建設、恢復草原生態已迫在眉睫。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗牧草品種選擇披堿草、苜蓿、無芒雀麥（苜蓿產于黑龍江省畜牧研究所試驗田，其余購于北京正道草業公司）[7]。

1.2 試驗設計

2010年6月在黑龍江省大慶市紅崗區五廠建植苜蓿草地10 hm2，無芒雀麥草地6 hm2，披堿草草地8 hm2、披堿草+無芒雀麥混播草地3 hm2，綜合利用鹽堿化草原石油污染土壤，播種行距30 cm，于2011年對株高、蓋度、米間分枝數、草產量等指標進行測定[8]。

利用前后土壤變化選取了大慶油田五廠作業區油井周圍污染程度比較均勻的地塊，通過大面積種植披堿草、苜蓿、無芒雀麥對污染草原進行綜合利用，均勻取0～30 cm深的混合土樣，3次重復，設對照（CK）處理1個，對樣品的理化性質等進行室內分析。土壤含水量測定：在各處理小區用直徑為4 cm土鉆隨機取0～10、10～20、20～30 cm深度的新鮮土壤樣品，用改錐刮去土鉆中的上部浮土，將土迅速裝入已知準確質量并編號的鋁盒內，蓋緊，帶回實驗室內，將鋁盒外表擦拭干凈，立即稱重，然后揭開盒蓋，置于鋁盒底部，放入己預熱至105± 2℃的烘箱中烘烤12 h。取出，蓋好，在干燥器中冷卻至室溫，立即稱重，計算土壤含水量，重復3次。土壤容重測定：采用環刀法測定，用容積為100 cm3的土壤環刀在各放牧處理小區分別隨機取0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm深度的土樣，并裝入小鋁盒，帶回室內立即稱重，再將土樣放至105℃烘箱烘至恒重，測定土壤容重，重復3次。土壤總孔隙度測定：土壤總孔隙度用比重和容重計算求得，總孔隙度計算式見式1。

總孔隙度（%）=（比重-容重）/比重×100%（1）

其中，比重為2.65。

在各處理小區分別隨機取0～10、10～20、20～30 cm深度的土樣，3次重復，所取土樣混合均勻后，用四分法約取1 kg，帶回實驗室進行化學性質分析。土壤有機質測定采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）；土壤全氮測定采用凱氏定氮法；速效氮測定采用堿解-擴散法；土壤全磷測定采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法；速效磷測定采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提法；土壤全鉀測定采用NaOH熔融-火焰光度計法測定；速效鉀測定采用醋酸銨浸提-火焰光度法；pH測定采用電位法；土壤有無機碳含量測定采用總有機碳分析儀；土壤浸提液電導率測定采用電導率儀。

1.3 數據分析

試驗數據采用SAS 8.1軟件進行統計分析，Duncan′s法進行多重比較，結果以平均值表示。

2 結果與分析

2.1 土壤綜合利用

石油污染草原土壤綜合利用品種數據測定結果見表1。

表1 石油污染草原土壤綜合利用品種數據測定

從株高來看，苜蓿株高比CK高28.62 cm，增幅達69.23%。披堿草和無芒雀麥株高比CK的分別增高25.19和21.4 cm，增幅分別達60.93%和51.77%。方差分析表明，披堿草、苜蓿和無芒雀麥間無顯著差異（P＞0.05），披堿草、苜蓿、無芒雀麥顯著高于CK（P＜0.05）。

從蓋度來看，無芒雀麥蓋度比CK高52.07%，增幅達132.93%。披堿草和苜蓿蓋度分別比CK增高48.46%和47.13%，增幅分別達123.71%和120.32%。方差分析表明，披堿草、苜蓿和無芒雀麥間無顯著差異（P＞0.05），披堿草、苜蓿、無芒雀麥顯著高于CK（P＜0.05）。

由表1可知，每平方米枝條數最多的是無芒雀麥，其次是苜蓿、CK，最少的是披堿草，方差分析表明，苜蓿、無芒雀麥顯著高于披堿草（P＜0.05），苜蓿、無芒雀麥與CK無顯著差異（P＞0.05），披堿草與CK無顯著差異（P＞0.05）。

從產草量來看，披堿草的產量最高，比CK增產干草3 895.661 kg·hm-2，增幅達303.42%。苜蓿和無芒雀麥干草產量分別比CK分別增產3 029.126和2 562.053 kg·hm-2，增幅分別達到235.94%和199.56%。方差分析表明，披堿草、苜蓿和無芒雀麥間無顯著差異（P＞0.05），披堿草、苜蓿、無芒雀麥顯著高于CK（P＜0.05）。

2.2 利用前后土壤理化性質變化

石油污染草原土壤綜合利用土壤化學成分見表2。

表2 石油污染草原土壤綜合利用土壤化學成分

由表2可知，土壤中的全氮含量在種植前后變化很大，苜蓿全氮含量顯著高于披堿草和CK（P＜0.05），苜蓿與無芒雀麥間無顯著差異（P＞0.05），無芒雀麥顯著高于CK（P＜0.05），無芒雀麥與披堿草間無顯著差異（P＞0.05），披堿草顯著高于CK（P＜0.05）。土壤中的堿解氮含量在種植前后變化不大，其大小順序為苜蓿＞無芒雀麥＞披堿草＞CK，各處理間無顯著差異（P＞0.05），綜合治理前后土壤氮素變化，種植苜蓿處理相對高一些，是因為豆科牧草具有根瘤菌，本身具有固氮的作用；而CK堿解氮含量較低主要因為CK處理植被相對稀疏，對土壤中的堿解氮利用較慢造成的。

由表2可知，土壤中的全磷含量在種植前后變化不大，各處理間無顯著差異（P＞0.05），3個品種與CK間無規律性。土壤中的速效磷含量，苜蓿、無芒雀麥、披堿草顯著高于CK（P＜0.05），綜合治理前后土壤磷元素變化原因主要是因為人工種植牧草區植被覆蓋度較大，對有效磷的利用增加，而CK植被稀疏，對有效磷的利用減少，所以出現CK處理的速效磷高于其他處理。

由表2可知，土壤中的全鉀含量在種植前后變化不大，方差分析顯示，苜蓿、披堿草和無芒雀麥全鉀含量顯著高于CK（P＜0.05），3個品種間無顯著差異（P＞0.05）。土壤中的速效鉀含量在種植牧草前后變化大，其大小順序為CK＞苜蓿＞無芒雀麥＞披堿草，CK顯著高于苜蓿和無芒雀麥、披堿草（P＜0.05），苜蓿顯著高于無芒雀麥、披堿草（P＜0.05），無芒雀麥、披堿草兩個處理之間無顯著差異（P＞0.05），綜合鉀元素變化，分析原因主要是因為人工種植牧草區植被覆蓋度較大，對有效鉀的利用增加，而CK植被稀疏，對有效鉀的利用減少，所以出現CK處理的速效鉀高于其他處理。

由表2可知，土壤中的有機碳含量在種植前后變化很大，3個處理都顯著高于CK（P＜0.05），3個品種之間無顯著差異（P＞0.05），出現這種現象的主要原因是植被主要的根系都集中在土壤表層，當植物處理后土壤中有機碳大幅增加，而沒有經過植被處理的CK則有機碳含量非常低，但一般來說土壤有機碳含量是土壤潛在肥力的表現，由于碳是石油烴的主要組成成分，因此石油污染必然會導致土壤中有機碳的增加。但這種由于石油污染而引起的有機碳提高，并不能釋放出有效養分給植物吸收利用，因此對于石油污染的土壤不應該用有機碳指標來判斷土壤肥力。

3個種植處理及CK的pH大體接近，只是CK略高于其他3個處理，3個處理以及CK之間都沒有顯著差異（P＞0.05），說明植被處理后是可以降低土壤pH。

3 討論

對目前國內外主要應用的物理、化學和生物3大類型方法進行比較，微生物處理法和植物處理法比較適于大慶油田土壤原油污染的治理，在生物修復中，加入某些化學處理，通過二者的協調作用，使修復增效。Jorgensen試驗表明，經生物堆埋，石油污染的土壤中石油可降低71%[9]。近年來，在土壤科學和環境科學等不同領域開展了很多根際修復多環芳烴污染土地的研究，用篩選出的牧草進行根際修復。有研究選用田間農作物、園藝農作物和樹苗3類9種不同植物進行根際修復芘研究，種植植物8周后的土壤中芘消失了74%，收到顯著的效果。玉米、三葉草、黑麥草等單作栽培能有效去除土地菲和芘的污染，其中玉米效果最好，60 d后92.10%菲和88.36%芘被去除。科威特石油污染土地比較重，菊科植物與周圍根區的節桿菌結合對烷烴和芳香烴有較強的降解作用。苜蓿和柳枝稷6個月能使石油污土壤中的總多環芳香烴濃度減少57%[10-16]。石油污染草原土壤綜合利用研究中，綜合干草產量、株高、蓋度和平方米枝條數，3個植被利用效果遠遠大于對照。從利用前后石油污染對土壤全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、有機碳、pH等理化性質來看，在一定的濃度內，在污染兩年的土壤中，對植物生長期施加肥料，植物不僅可以生存良好，而且可以快速降解污染物。植物可以修復環境因子（如土壤pH、有機質含量、水分條件、氮、磷、鉀等），環境條件的改變會加速生態環境的恢復。丁克強等通過60 d的溫室盆栽試驗，觀察到土壤中菲的可提取濃度隨著時間逐漸減少，黑麥草加快了土壤中可提取態菲濃度的下降，在5、50、500 mg·kg-1菲處理濃度下黑麥草生長的土壤中菲的降解率分別達93.1%、95.6%和94.7%，黑麥草增強土壤中多酚氧化酶活性而提高植物對菲的降解率，土壤自身具有修復多環芳烴菲的自然本能，種植黑麥草具有強化土壤修復菲污染的作用；增加黑麥草產量，增強土壤多酚氧化酶活性，可提高黑麥草植物修復菲污染土壤的能力[17]。丁克強等通過盆栽試驗初步研究了黑麥草對污染土壤中多環芳烴苯并芘動態變化的影響，結果表明，隨盆栽時間的延長，黑麥草根圈土壤中多酚氧化酶含量提高[18]。

4 結論

從石油污染草原土壤綜合利用來看，綜合干草產量、株高、蓋度和平方米枝條數等指標，披堿草利用的效果最好。從利用前后石油污染對土壤全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、有機碳、pH等理化性質來看，苜蓿的修復效果最優。

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Utilization of Petroleum-contaminated Soil and Change Research of Grassland Soil Substance

LIU Zedong,CHAI Fengjiu,GAO Haijuan
（Animal Science Institute of Heilongjiang Province,Qiqihar 161005,Heilongjiang China）

To study the utilization of petroleum-contaminated soil and the change research of grassland soil substance,the study used large-scale cultivation test Elymus,alfalfa,bromegrass pollution and utilization of grass?land comprehensive utilization of oil pollution on soil all around nitrogen,nitrogen,total phosphorus,available phos?phorus,total potassium,potassium,organic carbon,pH,and other physical and chemical properties.The results showed that,petroleum contaminated grassland soil utilization point of view,the use of Elymus was best;oil pollu?tion from the use of before and after looking at the impact on soil physical and chemical properties,the repairing ef?fect of alfalfa was best.Description grass grassland utilization of petroleum-contaminated soil can accelerate the re?covery of the ecological environment.

oil pollution;soil material;utilization

X173；X171.5

A

1001-0084（2014）02-0039-04

2013-11-05

黑龍江省科技廳科技攻關項目（GC09C107）

劉澤東（1981-），男，內蒙古興安盟人，碩士，助理研究員，主要從事牧草育種、草原改良。