石油污染對土壤速效養分的影響

董書瑤 張鳳杰 隋小文 楊玲玲 肖智化

摘要：為了研究石油污染對土壤有效養分的影響，在內蒙古額爾古納市森林草原過渡帶生態系統研究站進行了模擬落地油方式的污染脅迫實驗，分析了0～5 cm表層土壤中硝態氮、銨態氮、有效磷含量。結果表明：土壤中石油濃度與土壤硝態氮、銨態氮、有效磷含量無顯著相關關系;石油污染濃度升高導致硝態氮含量的降低，銨態氮、有效磷含量升高。

關鍵詞：石油污染;土壤;銨態氮;硝態氮;有效磷

中圖分類號：X53

文獻標識碼：A?文章編號：1674-9944（2020）14-0145-03

1?引言

隨著現代社會快速發展，人們對于石油能源的需求量與日俱增。目前我國勘探、開發的油田約400多個，油田的主要工作范圍近20萬km2，覆蓋地區面積達32萬km2，其中約480萬hm2土地的石油含量可能超過安全值[1]。鑒于目前人們對石油開采技術水平有限，在加工運輸過程中，管道的腐蝕和石油泄漏對生態環境造成了嚴重的影響，當石油進入土壤，石油污染物沿著土壤中的孔隙蔓延到土壤中各個角落[2]，引起土壤性質改變。土壤養分是生態系統的重要組成部分，為植物生長提供了必需的礦質養分[3]。

石油類污染物黏性大，密度小，當其進入土壤后會與土壤顆粒粘連，堵塞土壤孔隙，使土壤通透性、透水透氣功能降低，石油烴類污染物能與土壤中N、P等養分結合，導致土壤中N、P等養分能被植物利用的量減少[4]。張曉陽在陜北地區對石油污染土壤理化性質分析發現，石油污染引起了土壤硝態氮和速效磷含量顯著降低，銨態氮含量顯著升高[6]， 土壤pH值與銨態氮、硝態氮、速效磷均成負相關[5]。土壤是植物生長養分的主要來源，土壤養分的變異必然會引起植物生長的受阻[7]。因此，研究石油對土壤速效養分的影響，明晰石油污染與土壤養分之間的相互作用關系，對開展石油污染生物修復具有重要意義。

目前涉及石油污染土壤方面的研究，大多集中在生物修復效率和機制以及修復過程中的微生物協同作用機制[8，9]，有關石油污染對土壤養分含量的影響的研究較少。本研究為了探究石油污染對內蒙古地區土壤有效養分的影響，在內蒙古額爾古納市森林草原過渡帶生態系統研究站，開展了石油污染脅迫實驗，探討了石油污染對土壤的有效養分的影響規律。

2?材料與方法

2.1?研究區域概況

研究區域位于在內蒙古呼倫貝爾草甸草原，中國科學院沈陽應用生態研究所的內蒙古額爾古納市森林草原過渡帶生態系統研究站的羊草群落長期實驗樣地（50°10′46″N， 119°22′56″E），海拔523 m。研究地屬于溫帶-寒溫交錯帶氣候，無霜期短，夏季燥熱，冬季漫長。該站土壤為黑鈣土，主要草原類型為典型草原。

2.2?實驗設計

本實驗模擬落地油污染方式。2018年5月中旬，將相應量的0#柴油均勻拌入10 kg的土壤中，均勻的撒入樣地中。設置的5個石油污染水平濃度分別為0、25、50、100、200 g/m2。共計5個處理，各處理設置6個重復，每個樣地的面積為4.0 m×4.0 m的30個小區，每個小區間隔2 m。

2.3?實驗方法

土壤樣品的采集利用對角線取樣法均勻布點，用直徑7.5 cm土鉆在每個取0～5 cm深度的土壤作為樣品，將同一小區相同土層樣品混勻裝袋，不同類型處理小區土壤樣品分開放置。將土壤樣品帶回實驗室，去除石塊和根等雜物，冷藏保存，待測。土壤銨態氮采用KCl浸提—靛酚藍比色法測量;硝態氮采用紫外分光光度矯正因數法進行測量;有效磷采用NaHCO3浸提—分光光度法測量。

2.4?數據處理

使用SPSS21.0數據處理軟件對不同污染濃度下土壤銨態氮、硝態氮和有效磷含量進行單因素方差分析和多重比較，Turkey 檢驗均值間的差異性，顯著性水平 a = 0.05。養分間的相關性用 Pearson 相關分析統計（雙尾檢驗，a =0.05），作圖使用Microsoft Office Excel 2010進行。

3?結果

3.1?石油污染濃度對土壤硝態氮、銨態氮含量的影響

石油污染濃度對不同深度土壤硝態氮的影響如圖1所示，表層土壤中硝態氮含量隨著石油污染濃度的升高而降低，當石油污染濃度低于100 g/m2時，隨著石油濃度的提高土壤中銨態氮含量增加，當石油污染高于100 g/m2時銨態氮含量減少。與石油濃度為50 g/m2相比，石油濃度為100 g/m2時土壤銨態氮顯著增加，石油污染高于100 g/m2時，銨態氮含量略微減少。隨著石油污染濃度升高，土壤中硝態氮含量呈下降趨勢，銨態氮呈上升趨勢。由表1相關性分析可知，石油污染濃度與土壤硝態氮之間的相關系數為-0.131，石油污染對土壤有效磷、銨態氮含量無明顯影響。

3.2?石油污染濃度對土壤有效磷含量的影響

如圖1所示，當石油污染濃度低于100 g/m2時，隨著石油濃度的提高土壤中有效磷含量顯著增加，當石油污染高于100 g/m2時有效磷含量與對照組相比沒有顯著變化但呈下降的趨勢。隨著石油污染濃度升高，土壤中有效磷含量是呈上升趨勢的。相關性分析結果見表1，石油污染濃度與土壤有效磷含量之間的相關系數為0.251，無顯著相關性，表明石油污染濃度對土壤有效磷含量無顯著相關關系（P>0.05）。

4?討論

當前石油污染形勢日益嚴峻，當石油在土壤中大量富集，會對土壤功能產生負面的影響。植物和土壤是草原生態系統中具有緊密聯系的兩個子系統，兩者相互影響土壤養分的變化，會對植被的生長產生巨大的影響，從而也會對微生物產生不同程度的危害[10]。探究石油污染對土壤中養分含量的影響，可以為污染土壤修復技術的制定提供有效的參考依據。

本研究結果表明，石油污染濃度與硝態氮含量呈顯著負相關，隨著石油污染濃度增加，土壤中硝態氮含量顯著降低，而土壤銨態氮與有效磷含量雖無顯著變化，但也呈上升趨勢。一些研究表明石油污染進入土壤后土壤中有效態磷含量升高[11]。還有研究結果發現石油污染對土壤有效態氮、磷含量影響不顯著，隨著石油污染濃度增加壤硝態氮含量顯著降低[1，12]，與本實驗研究結果相似。石油類污染物進入土壤后，會使土壤中有機碳含量升高[10]，土壤原本的營養平衡被打破。石油烴類污染物進入土壤后，土壤中以石油烴類污染物為碳源的微生物的數量顯著增加，其他類型微生物數量則會減少[14，15]。姬塬油田油井附進被污染的土壤中微生物群落結構發生明顯的變化，石油降解菌群逐漸成為優勢種群，有機質降解微生物的增加使得有機質降解速率加快，消耗的土壤氮的含量增加[16]，所以隨著石油污染濃度增加土壤中硝態氮含量顯著降低。

隨著石油污染濃度的增加，與對照組相比土壤表層土壤硝態氮含量顯著降低，當石油污染濃度為100 g/m2時土壤銨態氮含量雖無顯著變化，但呈現上升的趨勢;石油污染對表層土壤的有效磷含量沒有顯著影響，但當污染濃度大于100 g/m2 時土壤有效磷含量增加，說明在本實驗中，石油污染濃度為100 g/m2可能是土壤的一個耐受閾值，當污染濃度大于該濃度土壤速效養分發生變化。

5?結論

石油濃度與土壤的硝態氮含量呈負相關關系，與銨態氮、有效磷無顯著相關關系。石油污染導致表層土壤硝態氮顯著降低，對土壤銨態氮和有效磷的含量沒有顯著影響，石油污染后土壤有效養分含量出現變化的污染濃度是100 g/m2。

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