淺論土壤生態(tài)系統(tǒng)對石油污染的響應(yīng)研究

何俐蓉

【摘 要】石油是含有數(shù)千種化合質(zhì)的復(fù)雜混合物，包括飽和烷烴，芳香烴，瀝青質(zhì)和非烴化合物等成分組成，其在土壤中大量富集，會對土壤功能產(chǎn)生持續(xù)的負(fù)面影響，并對整個土壤生態(tài)系統(tǒng)的微生物造成不同程度危害。長期石油污染脅迫使得土壤孔隙度、透水性和含水率降低，滲透阻力、疏水性和容重增加，對水勢的影響不顯著，同時，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳和銨態(tài)氮顯著增加，總氮、全磷、全鉀、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀、交換性陽離子含量及土壤氧化還原電位降低。大多數(shù)研究表明，一定時間內(nèi)石油污染土壤微生物總量和異養(yǎng)微生物數(shù)量呈現(xiàn)增加，特別是將石油烴作為碳源的降解菌，而后，該刺激效應(yīng)隨時間遞減至消失，此外，石油污染對其他土壤微生物的數(shù)量與活性表現(xiàn)為抑制作用。先前研究都集中在其對土壤理化性質(zhì)及生物學(xué)特性、土壤微生物多樣性的影響等，而欠缺石油污染導(dǎo)致的生態(tài)效應(yīng)的機(jī)理等方面的研究。將來應(yīng)在分子到個體、種群到生態(tài)系統(tǒng)多個水平上，通過野外調(diào)查，結(jié)合室內(nèi)模擬或野外控制實驗，并構(gòu)建相關(guān)模型，從多個層次闡明石油污染對土壤產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)，揭示這種生態(tài)效應(yīng)的作用機(jī)理，準(zhǔn)確評估土壤質(zhì)量、污染物毒性及石油污染生態(tài)風(fēng)險，探究石油污染的急性效應(yīng)與長期影響。

【關(guān)鍵詞】石油污染;土壤微生物;生態(tài)效應(yīng)

中圖分類號： X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）20-0204-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.094

0 引言

近幾十年來，石油和石化產(chǎn)品對環(huán)境的污染備受關(guān)注。石油是含有數(shù)千種化合質(zhì)的復(fù)雜混合物，包括飽和烷烴，芳香烴，瀝青質(zhì)和非烴化合物等成分組成[1-3]。因為石油烴（APH）是常見的具有較高疏水性與持久性的有機(jī)污染物，導(dǎo)致其在土壤中大量富集，并且對土壤功能產(chǎn)生持續(xù)的負(fù)面影響，并對整個土壤生態(tài)系統(tǒng)的微生物造成不同程度危害[4-5]。

1 土壤生態(tài)系統(tǒng)對石油污染的響應(yīng)

1.1 土壤對石油污染的響應(yīng)

石油開采、加工、轉(zhuǎn)運、存儲、設(shè)備維修及偶然泄露等各個環(huán)節(jié)所導(dǎo)致的石油污染頻繁發(fā)生[6]。石油類污染物不僅可以在土壤介質(zhì)中富集，還可以遷移到地下水、湖泊、濕地等環(huán)境中，而且很難從被污染的系統(tǒng)中清除，對自然生態(tài)系統(tǒng)和人類健康帶來巨大的威脅，使得土壤的理化性質(zhì)發(fā)生顯著變化，進(jìn)而影響土壤系統(tǒng)的蓄水能力及其碳、氮和磷等營養(yǎng)元素的循環(huán)。

由于石油污染物的粘度較高、水溶性小，因此進(jìn)入土壤后土壤的孔隙度與透水性降低[7]，增加了土壤的滲透阻力和疏水性[8]，進(jìn)而顯著降低了土壤含水率[9]，但對土壤水勢的影響不顯著[10]。此外，使得土壤容重顯著升高[11]。石油污染使得土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳和銨態(tài)氮顯著增加，總氮、全磷、全鉀、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀交換性陽離子含量降低，其中總氮和全磷含量變化不顯著，石油污染與全氮、硝態(tài)氮和全磷無顯著相關(guān)關(guān)系[11-12]。研究表明石油污染顯著降低了土壤氧化還原電位[13]，但對土壤電導(dǎo)率影響的研究結(jié)果不一致，由于其環(huán)境影響因子太多，如土壤鹽分、水分、有機(jī)質(zhì)含量、緊實度、質(zhì)地、孔隙度等[14]。

1.2 土壤微生物對石油污染的響應(yīng)

土壤微生物對生態(tài)系統(tǒng)的任何擾動都非常敏感，尤其在其群落多樣性和活性方面因污染物的擾動會發(fā)生迅速變異[15]。微生物群落對于整個地下生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著重要意義[16-17]。由于土壤微生物對環(huán)境變化的高度敏感性和土壤的高度異質(zhì)性，以及土壤微生物與植物間的復(fù)雜關(guān)系，環(huán)境因素對土壤微生物群落組成的影響還存在許多不確定性[18]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，石油烴污染影響土壤酶活性及微生物群落多樣性[19]。同時，甄麗莎等利用 Biolog 微平板技術(shù)發(fā)現(xiàn)石油污染土壤微生物群落Shannon、Mc Intosh和Simpson等指數(shù)與清潔土壤存在極顯著差異（P<0.01）[20]。

關(guān)于石油污染對土壤微生物的影響，首先取決于污染物的特性，包括污染程度及污染物中芳香烴類的含量等，污染程度高與芳香烴類含量高使得土壤細(xì)菌多樣性顯著降低[21]。石油污染通過影響參與土壤養(yǎng)分傳遞的微生物，進(jìn)而影響土壤的物質(zhì)傳遞過程。大量研究指出，一定時間內(nèi)石油污染土壤微生物總量和異養(yǎng)微生物數(shù)量呈現(xiàn)增加，特別是將石油烴作為碳源的降解菌，而后，該刺激效應(yīng)隨時間遞減至消失[22]，此外，石油污染降低了其他土壤微生物的數(shù)量與活性[23]。但也有一些研究結(jié)果指出石油污染對土壤微生物總量和細(xì)菌數(shù)量的影響不顯著[24]。

1.3 存在的問題與不足

先前人們對大多數(shù)石油污染的研究都集中在其對土壤理化性質(zhì)及生物學(xué)特性、土壤微生物多樣性的影響等，而欠缺石油污染導(dǎo)致的生態(tài)效應(yīng)的機(jī)理等方面的研究，有關(guān)植被群落和土壤-微生物生態(tài)系統(tǒng)對石油污染的響應(yīng)機(jī)制方面較為薄弱。將石油污染對土壤-微生物生態(tài)系統(tǒng)各個指標(biāo)的影響，同石油污染的生態(tài)效應(yīng)相結(jié)合，仍為當(dāng)前的研究難點之一。

2 展望

關(guān)于石油污染土壤研究，應(yīng)在分子到個體、種群到生態(tài)系統(tǒng)多個水平上，通過野外調(diào)查，結(jié)合室內(nèi)模擬或野外控制實驗，并構(gòu)建相關(guān)模型，從多個層次闡明石油污染對土壤產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)，揭示這種生態(tài)效應(yīng)的作用機(jī)理，準(zhǔn)確評估土壤質(zhì)量、污染物毒性及石油污染生態(tài)風(fēng)險，探究石油污染的急性效應(yīng)與長期影響。

【參考文獻(xiàn)】

[1]V.N.Kavamura，E.Esposito Biotechnological strategies applied to the decontamination of soils polluted with heavy metals Biotechnol.Adv.，28（2010），pp.61-69.

[2]P.Xu，G.M.Zeng，D.L.Huang，C.L.Feng，S.Hu，M.H.Zhao，et al.Use of iron oxide nanomaterials in wastewater treatment：a review.