石油污染對土壤物理性質(zhì)的影響

魏準(zhǔn)，田應(yīng)兵

(長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

杜顯元，陳宏坤

(中國石油安全環(huán)保技術(shù)研究院，北京 102206)

金濤，周建利

(長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

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石油污染對土壤物理性質(zhì)的影響

魏準(zhǔn)，田應(yīng)兵

(長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

杜顯元，陳宏坤

(中國石油安全環(huán)保技術(shù)研究院，北京 102206)

金濤，周建利

(長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

[摘要]采用室內(nèi)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(jié)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(dāng)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(dāng)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(shù)量的增加，土壤滲透系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間也隨之延長。

[關(guān)鍵詞]石油污染；土壤；容重；孔隙度；滲透系數(shù)

近年來,隨著石油工業(yè)的發(fā)展,土壤的石油污染已成為世界各國普遍關(guān)注的環(huán)境問題。石油類污染物已列入我國危險(xiǎn)廢物名錄,在列入的48種危險(xiǎn)廢物中,石油類排第8位[1]。石油進(jìn)入土壤后，破壞土壤的固、液、氣三相結(jié)構(gòu)，石油烴在表層土壤中的積累導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)性和通透性能發(fā)生改變，進(jìn)而影響土壤微生物的活動(dòng)以及植物根系的呼吸和對水分與養(yǎng)料的吸收，甚至造成植物根系腐爛壞死，最終對農(nóng)作物的生長和發(fā)育造成極大的負(fù)面影響[2]。微量石油類污染物進(jìn)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(zhì)進(jìn)入到土壤中可能會造成整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的退化[4]。

目前關(guān)于土壤中石油污染物對土壤水分運(yùn)動(dòng)的影響研究較多，但關(guān)于石油污染物對土壤容重、孔隙性質(zhì)及其與水分運(yùn)動(dòng)之間關(guān)系的研究尚不多見。鑒于此，本研究采用室內(nèi)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(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試土壤采自長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)基地，土壤為灰潮土，質(zhì)地輕粘。供試石油取自華北油田。

1.2試驗(yàn)方法與測定項(xiàng)目

室內(nèi)模擬試驗(yàn)設(shè)置土壤中石油污染物含量為6個(gè)水平，分別為0、30、50、70、90、110g/kg，每個(gè)水平3次重復(fù)。

試驗(yàn)前，將供試土壤進(jìn)行風(fēng)干、磨碎、過2mm篩及混勻處理，每個(gè)塑料桶(直徑30cm，高45cm)裝風(fēng)干土3kg，按照上述設(shè)置的石油污染物水平加入石油，同時(shí)分別加入一定數(shù)量的水，使土壤質(zhì)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(shù)，歷時(shí)30d。采用烘干法測定土壤含水率，采用環(huán)刀法測定土壤容重與孔隙度[5]。

1.3數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2003軟件和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2結(jié)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(jié)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(shù)據(jù)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?zé)o顯著影響。當(dāng)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(dá)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(shù)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(jié)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(dāng)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(dá)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(shù)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(shù)均隨石油污染物數(shù)量的增大而降低，不同處理之間差異均達(dá)到顯著水平。與對照相比，不同處理的土壤滲透系數(shù)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(shù)

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(shù)量的增加，土壤滲透系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)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(shù)的穩(wěn)定時(shí)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(jié)構(gòu)性能等物理性狀均會發(fā)生明顯改變。例如，砂質(zhì)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(jié)構(gòu)有利的絮凝狀代謝物，故土壤水穩(wěn)性團(tuán)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(zhì)土壤為對象進(jìn)行研究，結(jié)果表明低含量(0～30g/kg)的石油污染物對容重?zé)o顯著影響，只有當(dāng)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(yuǎn)低于前人的研究結(jié)果，造成這種差異的原因可能在于土壤質(zhì)地的不同。砂質(zhì)土壤的顆粒較粗，大孔隙居多，一定時(shí)間內(nèi)容納的石油數(shù)量會多于粘質(zhì)土，故其導(dǎo)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(zhì)地以及石油在土壤中的滲透能力與存留時(shí)間有關(guān)。質(zhì)地越粗，滲透力越強(qiáng)；石油及其組分在土壤中存在的時(shí)間越久，其在土壤中的滲透作用也越強(qiáng)[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(jié)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(dāng)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(shù)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(jìn)入土壤中的石油較少，由于石油類物質(zhì)的水溶性一般很小，土壤顆粒吸附石油類物質(zhì)后不易被水浸潤，難以形成有效的導(dǎo)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(jié)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(zhì)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(huán)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(jié)果顯示，隨著石油污染物數(shù)量的增加，土壤滲透系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間也隨之延長，其原因在于石油強(qiáng)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。

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[收稿日期]2015-12-17

[基金項(xiàng)目]中國石油天然氣集團(tuán)公司項(xiàng)目(2014D-4603-01)。

[作者簡介]魏準(zhǔn)(1992-)，男，現(xiàn)從事土壤污染與修復(fù)研究。通信作者：田應(yīng)兵，yingbt@sina.com。

[中圖分類號]X53

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)09-0059-04

[引著格式]魏準(zhǔn)，田應(yīng)兵，杜顯元，等.石油污染對土壤物理性質(zhì)的影響[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ，2016，13(9)：59～62.