石油污染對土壤物理性質的影響

魏準，田應兵

(長江大學農學院，湖北 荊州 434025)

杜顯元，陳宏坤

(中國石油安全環保技術研究院，北京 102206)

金濤，周建利

(長江大學農學院，湖北 荊州 434025)

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石油污染對土壤物理性質的影響

魏準，田應兵

(長江大學農學院，湖北 荊州 434025)

杜顯元，陳宏坤

(中國石油安全環保技術研究院，北京 102206)

金濤，周建利

(長江大學農學院，湖北 荊州 434025)

[摘要]采用室內模擬的方法，研究了不同含量石油污染條件下土壤容重、孔隙度、含水率和滲透性能的變化。結果表明，土壤中低含量的石油污染物對容重和孔隙度的影響不顯著，當土壤中石油污染物含量超過30g/kg以后，土壤容重隨含油量的增加而顯著降低；當土壤中石油污染物含量超過50g/kg以后，土壤孔隙度隨含油量的增加而顯著增大。石油污染物能顯著降低土壤的滲透性能和含水率，隨著石油污染物數量的增加，土壤滲透系數達到穩定的時間也隨之延長。

[關鍵詞]石油污染；土壤；容重；孔隙度；滲透系數

近年來,隨著石油工業的發展,土壤的石油污染已成為世界各國普遍關注的環境問題。石油類污染物已列入我國危險廢物名錄,在列入的48種危險廢物中,石油類排第8位[1]。石油進入土壤后，破壞土壤的固、液、氣三相結構，石油烴在表層土壤中的積累導致土壤結構性和通透性能發生改變，進而影響土壤微生物的活動以及植物根系的呼吸和對水分與養料的吸收，甚至造成植物根系腐爛壞死，最終對農作物的生長和發育造成極大的負面影響[2]。微量石油類污染物進入土壤后可以通過微生物的分解作用去除[3]，但是大量石油類物質進入到土壤中可能會造成整個生態系統的退化[4]。

目前關于土壤中石油污染物對土壤水分運動的影響研究較多，但關于石油污染物對土壤容重、孔隙性質及其與水分運動之間關系的研究尚不多見。鑒于此，本研究采用室內模擬土壤石油污染的方法，研究了不同石油污染水平下土壤容重、孔隙度及滲透性能的變化，旨在為石油污染土壤的治理提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試土壤采自長江大學農學院實驗基地，土壤為灰潮土，質地輕粘。供試石油取自華北油田。

1.2試驗方法與測定項目

室內模擬試驗設置土壤中石油污染物含量為6個水平，分別為0、30、50、70、90、110g/kg，每個水平3次重復。

試驗前，將供試土壤進行風干、磨碎、過2mm篩及混勻處理，每個塑料桶(直徑30cm，高45cm)裝風干土3kg，按照上述設置的石油污染物水平加入石油，同時分別加入一定數量的水，使土壤質量含水率保持在20%，混勻后靜置90d。90d后按照土壤滲透性測定方法測定滲透系數，歷時30d。采用烘干法測定土壤含水率，采用環刀法測定土壤容重與孔隙度[5]。

1.3數據分析

利用Microsoft Excel 2003軟件和SPSS 19.0進行數據處理與分析。

2結果與分析

2.1石油污染物含量對土壤容重的影響

不同石油污染物含量下各處理的容重結果見表1。

表1　不同含量石油污染物處理后供試土壤的容重變化

注：表中同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，表2～3 同。

由表1可知，土壤中低含量(0～30g/kg)的石油污染物對容重無顯著影響。當土壤中石油污染物含量超過30g/kg以后，土壤容重依次降低，不同處理間差異均達到顯著水平。與對照(0g/kg)相比，不同處理的土壤容重分別降低了0.572%、1.591%、3.182%、4.947%和6.388%。說明土壤中石油污染物只有增加到一定數量后才會使土壤容重顯著降低。

2.2石油污染物含量對土壤孔隙度的影響

不同石油污染物含量下各處理的孔隙度結果見表2。由表2可知，土壤中低含量(0～50g/kg)的石油污染物對孔隙度無顯著影響。當土壤中石油污染物含量超過50g/kg以后，土壤孔隙度依次增大，不同處理間差異均達到顯著水平。與對照(0g/kg)相比，不同處理的土壤孔隙度分別增加了0.406%、0.682%、3.208%、4.468%和5.250%。說明土壤中石油污染物只有增加到一定數量后才會顯著增大土壤孔隙度。

表2　不同含量石油污染物處理后供試土壤的孔隙度變化

2.3石油污染物含量對土壤滲透性能的影響

由表3可知，供試土壤的滲透系數均隨石油污染物數量的增大而降低，不同處理之間差異均達到顯著水平。與對照相比，不同處理的土壤滲透系數分別降低了12.578%、26.745%、65.599%、69.605%和76.691%。說明石油污染物能顯著降低土壤的滲透性能。

表3　不同含量石油污染物處理后供試土壤的滲透系數

圖1反映了不同石油污染物含量對土壤水分滲透過程的影響。從圖1可以看出，隨著石油污染物數量的增加，土壤滲透系數達到穩定的時間也隨之延長。

圖1　不同含量石油污染物處理后土壤滲透系數的穩定時間

2.4石油污染物含量對土壤含水率的影響

不同含量石油污染物處理后土壤含水率的變化見圖2。

圖2　不同含量石油污染物處理后供試土壤的含水率

由圖2可知，隨著石油污染物含量的增加，土壤含水率呈下降趨勢。含油處理的含水率與對照相比均有顯著降低。其中30g/kg和50g/kg含量處理的含水率差異不顯著，70g/kg和90g/kg含量處理的含水率差異也不顯著。

3討論

土壤受到石油污染后，其容重、孔隙度、滲透性能以及結構性能等物理性狀均會發生明顯改變。例如，砂質土壤被石油污染(含油量65g/kg)后，在生化降解過程中因生成對改善土壤結構有利的絮凝狀代謝物，故土壤水穩性團聚體由初始的12.9%增加到64.4%，土壤容重則由1.3g/cm3降至0.7g/cm3[6]。本研究以粘質土壤為對象進行研究，結果表明低含量(0～30g/kg)的石油污染物對容重無顯著影響，只有當土壤中石油污染物含量超過30g/kg以后，土壤容重才會顯著降低，而且土壤容重顯著降低的臨界含油量遠低于前人的研究結果，造成這種差異的原因可能在于土壤質地的不同。砂質土壤的顆粒較粗，大孔隙居多，一定時間內容納的石油數量會多于粘質土，故其導致容重顯著降低的臨界含油量也較高。也有研究表明，土壤容重會隨著石油污染物含量的增加而顯著增大[7]，這可能與土壤質地以及石油在土壤中的滲透能力與存留時間有關。質地越粗，滲透力越強；石油及其組分在土壤中存在的時間越久，其在土壤中的滲透作用也越強[8]。

隨著土壤容重的降低，石油污染土壤的孔隙度隨之增大。本研究結果表明，土壤中低含量(0～50g/kg)的石油污染物對孔隙度無顯著影響。當土壤中石油污染物含量超過50g/kg以后，土壤孔隙度依次增大，說明土壤中石油污染物只有增加到一定數量后才會顯著增大土壤孔隙度。

由于石油的粘度較高，加上油類降解、同化過程中生成的若干粘稠性代謝物可堵塞土壤孔隙，從而增加土壤的滲透阻力和疏水性[9]。即使進入土壤中的石油較少，由于石油類物質的水溶性一般很小，土壤顆粒吸附石油類物質后不易被水浸潤，難以形成有效的導水通路，透水性也會降低[10]。石油污染會顯著降低土壤含水率[11]，但不會顯著影響土壤水勢[12]。本研究結果表明，隨著石油污染物含量的增加，土壤含水率呈下降趨勢。此外，表層土壤的質地特征是決定土壤透水性能的重要因素[13]。研究表明，土壤透水性能常因地域環境不同而有很大差異[14]。 石油污染物的含量也影響到土壤的滲透過程。本研究結果顯示，隨著石油污染物數量的增加，土壤滲透系數達到穩定的時間也隨之延長，其原因在于石油強烈的疏水性使土壤不易被雨水和灌溉水濕潤，降雨或灌溉后易形成地表徑流而流出土體。

[參考文獻]

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[收稿日期]2015-12-17

[基金項目]中國石油天然氣集團公司項目(2014D-4603-01)。

[作者簡介]魏準(1992-)，男，現從事土壤污染與修復研究。通信作者：田應兵，yingbt@sina.com。

[中圖分類號]X53

[文獻標識碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)09-0059-04

[引著格式]魏準，田應兵，杜顯元，等.石油污染對土壤物理性質的影響[J].長江大學學報(自科版) ，2016，13(9)：59～62.