石油污染草原土壤的綜合利用及利用前后土壤物質(zhì)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(zhì)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(kāi)采中被污染的土壤利用及利用前后土壤物質(zhì)變化，試驗(yàn)采用大面積種植披堿草、苜蓿、無(wú)芒雀麥，對(duì)污染草原進(jìn)行綜合利用與利用前后石油污染對(duì)土壤全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、有機(jī)碳、pH等理化性質(zhì)的研究，結(jié)果表明，石油污染草原土壤的綜合利用來(lái)看，披堿草利用的效果最好；從利用前后石油污染對(duì)土壤理化性質(zhì)影響來(lái)看，苜蓿的修復(fù)效果最優(yōu)。說(shuō)明牧草綜合利用可以加速石油污染草原土壤生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)。

石油污染；土壤物質(zhì)；綜合利用

石油污染是指在石油的開(kāi)采、煉制、貯運(yùn)、使用過(guò)程中，原油和各種石油制品進(jìn)入環(huán)境而造成的污染。盡管目前國(guó)內(nèi)外對(duì)石油污染土壤的修復(fù)有很多研究，但隨著石油生產(chǎn)量和消費(fèi)量的不斷提高，石油類(lèi)物質(zhì)進(jìn)入土壤造成的污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，特別在油田開(kāi)采作業(yè)區(qū)更為突出[1-3]。目前由于石油的開(kāi)采，使得松嫩平原生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，植被分割支離破碎，土壤板結(jié)，鹽堿化加重，土壤和水污染也日益嚴(yán)重。土壤作為一種環(huán)境介質(zhì)，具有一些獨(dú)特的性質(zhì)，例如土壤地域差異性、生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性和土壤不可能流動(dòng)性等，這就決定了土壤污染要比水或空氣污染更復(fù)雜、治理難度更大[4-6]。土壤石油污染已嚴(yán)重制約畜牧業(yè)的發(fā)展，治理土壤污染、加強(qiáng)油田植被建設(shè)、恢復(fù)草原生態(tài)已迫在眉睫。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)?zāi)敛萜贩N選擇披堿草、苜蓿、無(wú)芒雀麥（苜蓿產(chǎn)于黑龍江省畜牧研究所試驗(yàn)田，其余購(gòu)于北京正道草業(yè)公司）[7]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2010年6月在黑龍江省大慶市紅崗區(qū)五廠建植苜蓿草地10 hm2，無(wú)芒雀麥草地6 hm2，披堿草草地8 hm2、披堿草+無(wú)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(duì)株高、蓋度、米間分枝數(shù)、草產(chǎn)量等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定[8]。

利用前后土壤變化選取了大慶油田五廠作業(yè)區(qū)油井周?chē)廴境潭缺容^均勻的地塊，通過(guò)大面積種植披堿草、苜蓿、無(wú)芒雀麥對(duì)污染草原進(jìn)行綜合利用，均勻取0～30 cm深的混合土樣，3次重復(fù)，設(shè)對(duì)照（CK）處理1個(gè)，對(duì)樣品的理化性質(zhì)等進(jìn)行室內(nèi)分析。土壤含水量測(cè)定：在各處理小區(qū)用直徑為4 cm土鉆隨機(jī)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(zhǔn)確質(zhì)量并編號(hào)的鋁盒內(nèi)，蓋緊，帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，將鋁盒外表擦拭干凈，立即稱(chēng)重，然后揭開(kāi)盒蓋，置于鋁盒底部，放入己預(yù)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(chēng)重，計(jì)算土壤含水量，重復(fù)3次。土壤容重測(cè)定：采用環(huán)刀法測(cè)定，用容積為100 cm3的土壤環(huán)刀在各放牧處理小區(qū)分別隨機(jī)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(nèi)立即稱(chēng)重，再將土樣放至105℃烘箱烘至恒重，測(cè)定土壤容重，重復(fù)3次。土壤總孔隙度測(cè)定：土壤總孔隙度用比重和容重計(jì)算求得，總孔隙度計(jì)算式見(jiàn)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(qū)分別隨機(jī)取0～10、10～20、20～30 cm深度的土樣，3次重復(fù)，所取土樣混合均勻后，用四分法約取1 kg，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)性質(zhì)分析。土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）；土壤全氮測(cè)定采用凱氏定氮法；速效氮測(cè)定采用堿解-擴(kuò)散法；土壤全磷測(cè)定采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法；速效磷測(cè)定采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提法；土壤全鉀測(cè)定采用NaOH熔融-火焰光度計(jì)法測(cè)定；速效鉀測(cè)定采用醋酸銨浸提-火焰光度法；pH測(cè)定采用電位法；土壤有無(wú)機(jī)碳含量測(cè)定采用總有機(jī)碳分析儀；土壤浸提液電導(dǎo)率測(cè)定采用電導(dǎo)率儀。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 8.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan′s法進(jìn)行多重比較，結(jié)果以平均值表示。

2 結(jié)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(shù)據(jù)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 石油污染草原土壤綜合利用品種數(shù)據(jù)測(cè)定

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

從蓋度來(lái)看，無(wú)芒雀麥蓋度比CK高52.07%，增幅達(dá)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(dá)123.71%和120.32%。方差分析表明，披堿草、苜蓿和無(wú)芒雀麥間無(wú)顯著差異（P＞0.05），披堿草、苜蓿、無(wú)芒雀麥顯著高于CK（P＜0.05）。

由表1可知，每平方米枝條數(shù)最多的是無(wú)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(wú)芒雀麥顯著高于披堿草（P＜0.05），苜蓿、無(wú)芒雀麥與CK無(wú)顯著差異（P＞0.05），披堿草與CK無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

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

2.2 利用前后土壤理化性質(zhì)變化

石油污染草原土壤綜合利用土壤化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 石油污染草原土壤綜合利用土壤化學(xué)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(wú)芒雀麥間無(wú)顯著差異（P＞0.05），無(wú)芒雀麥顯著高于CK（P＜0.05），無(wú)芒雀麥與披堿草間無(wú)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?yàn)檐俎＃緹o(wú)芒雀麥＞披堿草＞CK，各處理間無(wú)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(duì)高一些，是因?yàn)槎箍颇敛菥哂懈鼍旧砭哂泄痰淖饔茫欢鳦K堿解氮含量較低主要因?yàn)镃K處理植被相對(duì)稀疏，對(duì)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(wú)顯著差異（P＞0.05），3個(gè)品種與CK間無(wú)規(guī)律性。土壤中的速效磷含量，苜蓿、無(wú)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?yàn)槿斯しN植牧草區(qū)植被覆蓋度較大，對(duì)有效磷的利用增加，而CK植被稀疏，對(duì)有效磷的利用減少，所以出現(xiàn)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(wú)芒雀麥全鉀含量顯著高于CK（P＜0.05），3個(gè)品種間無(wú)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?yàn)镃K＞苜蓿＞無(wú)芒雀麥＞披堿草，CK顯著高于苜蓿和無(wú)芒雀麥、披堿草（P＜0.05），苜蓿顯著高于無(wú)芒雀麥、披堿草（P＜0.05），無(wú)芒雀麥、披堿草兩個(gè)處理之間無(wú)顯著差異（P＞0.05），綜合鉀元素變化，分析原因主要是因?yàn)槿斯しN植牧草區(qū)植被覆蓋度較大，對(duì)有效鉀的利用增加，而CK植被稀疏，對(duì)有效鉀的利用減少，所以出現(xiàn)CK處理的速效鉀高于其他處理。

由表2可知，土壤中的有機(jī)碳含量在種植前后變化很大，3個(gè)處理都顯著高于CK（P＜0.05），3個(gè)品種之間無(wú)顯著差異（P＞0.05），出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是植被主要的根系都集中在土壤表層，當(dāng)植物處理后土壤中有機(jī)碳大幅增加，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)植被處理的CK則有機(jī)碳含量非常低，但一般來(lái)說(shuō)土壤有機(jī)碳含量是土壤潛在肥力的表現(xiàn)，由于碳是石油烴的主要組成成分，因此石油污染必然會(huì)導(dǎo)致土壤中有機(jī)碳的增加。但這種由于石油污染而引起的有機(jī)碳提高，并不能釋放出有效養(yǎng)分給植物吸收利用，因此對(duì)于石油污染的土壤不應(yīng)該用有機(jī)碳指標(biāo)來(lái)判斷土壤肥力。

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

3 討論

對(duì)目前國(guó)內(nèi)外主要應(yīng)用的物理、化學(xué)和生物3大類(lèi)型方法進(jìn)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(fù)中，加入某些化學(xué)處理，通過(guò)二者的協(xié)調(diào)作用，使修復(fù)增效。Jorgensen試驗(yàn)表明，經(jīng)生物堆埋，石油污染的土壤中石油可降低71%[9]。近年來(lái)，在土壤科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等不同領(lǐng)域開(kāi)展了很多根際修復(fù)多環(huán)芳烴污染土地的研究，用篩選出的牧草進(jìn)行根際修復(fù)。有研究選用田間農(nóng)作物、園藝農(nóng)作物和樹(shù)苗3類(lèi)9種不同植物進(jìn)行根際修復(fù)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?chē)鶇^(qū)的節(jié)桿菌結(jié)合對(duì)烷烴和芳香烴有較強(qiáng)的降解作用。苜蓿和柳枝稷6個(gè)月能使石油污土壤中的總多環(huán)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(chǎn)量、株高、蓋度和平方米枝條數(shù)，3個(gè)植被利用效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)照。從利用前后石油污染對(duì)土壤全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、有機(jī)碳、pH等理化性質(zhì)來(lái)看，在一定的濃度內(nèi)，在污染兩年的土壤中，對(duì)植物生長(zhǎng)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(fù)環(huán)境因子（如土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量、水分條件、氮、磷、鉀等），環(huán)境條件的改變會(huì)加速生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)。丁克強(qiáng)等通過(guò)60 d的溫室盆栽試驗(yàn)，觀察到土壤中菲的可提取濃度隨著時(shí)間逐漸減少，黑麥草加快了土壤中可提取態(tài)菲濃度的下降，在5、50、500 mg·kg-1菲處理濃度下黑麥草生長(zhǎng)的土壤中菲的降解率分別達(dá)93.1%、95.6%和94.7%，黑麥草增強(qiáng)土壤中多酚氧化酶活性而提高植物對(duì)菲的降解率，土壤自身具有修復(fù)多環(huán)芳烴菲的自然本能，種植黑麥草具有強(qiáng)化土壤修復(fù)菲污染的作用；增加黑麥草產(chǎn)量，增強(qiáng)土壤多酚氧化酶活性，可提高黑麥草植物修復(fù)菲污染土壤的能力[17]。丁克強(qiáng)等通過(guò)盆栽試驗(yàn)初步研究了黑麥草對(duì)污染土壤中多環(huán)芳烴苯并芘動(dòng)態(tài)變化的影響，結(jié)果表明，隨盆栽時(shí)間的延長(zhǎng)，黑麥草根圈土壤中多酚氧化酶含量提高[18]。

4 結(jié)論

從石油污染草原土壤綜合利用來(lái)看，綜合干草產(chǎn)量、株高、蓋度和平方米枝條數(shù)等指標(biāo)，披堿草利用的效果最好。從利用前后石油污染對(duì)土壤全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、有機(jī)碳、pH等理化性質(zhì)來(lái)看，苜蓿的修復(fù)效果最優(yōu)。

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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(guān)項(xiàng)目（GC09C107）

劉澤東（1981-），男，內(nèi)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。