石油污染對土壤速效養(yǎng)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(yǎng)分的影響，在內(nèi)蒙古額爾古納市森林草原過渡帶生態(tài)系統(tǒng)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(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷含量。結(jié)果表明：土壤中石油濃度與土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷含量無顯著相關(guān)關(guān)系;石油污染濃度升高導(dǎo)致硝態(tài)氮含量的降低，銨態(tài)氮、有效磷含量升高。

關(guān)鍵詞：石油污染;土壤;銨態(tài)氮;硝態(tài)氮;有效磷

中圖分類號：X53

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

1?引言

隨著現(xiàn)代社會快速發(fā)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(fā)的油田約400多個，油田的主要工作范圍近20萬km2，覆蓋地區(qū)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(shù)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(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響，當(dāng)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(zhì)改變。土壤養(yǎng)分是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為植物生長提供了必需的礦質(zhì)養(yǎng)分[3]。

石油類污染物黏性大，密度小，當(dāng)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(yǎng)分結(jié)合，導(dǎo)致土壤中N、P等養(yǎng)分能被植物利用的量減少[4]。張曉陽在陜北地區(qū)對石油污染土壤理化性質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，石油污染引起了土壤硝態(tài)氮和速效磷含量顯著降低，銨態(tài)氮含量顯著升高[6]， 土壤pH值與銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷均成負(fù)相關(guān)[5]。土壤是植物生長養(yǎng)分的主要來源，土壤養(yǎng)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(yǎng)分的影響，明晰石油污染與土壤養(yǎng)分之間的相互作用關(guān)系，對開展石油污染生物修復(fù)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(fù)效率和機制以及修復(fù)過程中的微生物協(xié)同作用機制[8，9]，有關(guān)石油污染對土壤養(yǎng)分含量的影響的研究較少。本研究為了探究石油污染對內(nèi)蒙古地區(qū)土壤有效養(yǎng)分的影響，在內(nèi)蒙古額爾古納市森林草原過渡帶生態(tài)系統(tǒng)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(yǎng)分的影響規(guī)律。

2?材料與方法

2.1?研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于在內(nèi)蒙古呼倫貝爾草甸草原，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所的內(nèi)蒙古額爾古納市森林草原過渡帶生態(tài)系統(tǒng)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(shè)計

本實驗?zāi)M落地油污染方式。2018年5月中旬，將相應(yīng)量的0#柴油均勻拌入10 kg的土壤中，均勻的撒入樣地中。設(shè)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(shè)置6個重復(fù)，每個樣地的面積為4.0 m×4.0 m的30個小區(qū)，每個小區(qū)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(qū)相同土層樣品混勻裝袋，不同類型處理小區(qū)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(tài)氮采用KCl浸提—靛酚藍比色法測量;硝態(tài)氮采用紫外分光光度矯正因數(shù)法進行測量;有效磷采用NaHCO3浸提—分光光度法測量。

2.4?數(shù)據(jù)處理

使用SPSS21.0數(shù)據(jù)處理軟件對不同污染濃度下土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)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(yǎng)分間的相關(guān)性用 Pearson 相關(guān)分析統(tǒng)計（雙尾檢驗，a =0.05），作圖使用Microsoft Office Excel 2010進行。

3?結(jié)果

3.1?石油污染濃度對土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量的影響

石油污染濃度對不同深度土壤硝態(tài)氮的影響如圖1所示，表層土壤中硝態(tài)氮含量隨著石油污染濃度的升高而降低，當(dāng)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(tài)氮含量增加，當(dāng)石油污染高于100 g/m2時銨態(tài)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(tài)氮顯著增加，石油污染高于100 g/m2時，銨態(tài)氮含量略微減少。隨著石油污染濃度升高，土壤中硝態(tài)氮含量呈下降趨勢，銨態(tài)氮呈上升趨勢。由表1相關(guān)性分析可知，石油污染濃度與土壤硝態(tài)氮之間的相關(guān)系數(shù)為-0.131，石油污染對土壤有效磷、銨態(tài)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(dāng)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(dāng)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(guān)性分析結(jié)果見表1，石油污染濃度與土壤有效磷含量之間的相關(guān)系數(shù)為0.251，無顯著相關(guān)性，表明石油污染濃度對土壤有效磷含量無顯著相關(guān)關(guān)系（P>0.05）。

4?討論

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

本研究結(jié)果表明，石油污染濃度與硝態(tài)氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)，隨著石油污染濃度增加，土壤中硝態(tài)氮含量顯著降低，而土壤銨態(tài)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(tài)磷含量升高[11]。還有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)石油污染對土壤有效態(tài)氮、磷含量影響不顯著，隨著石油污染濃度增加壤硝態(tài)氮含量顯著降低[1，12]，與本實驗研究結(jié)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(yǎng)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(shù)量顯著增加，其他類型微生物數(shù)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(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的變化，石油降解菌群逐漸成為優(yōu)勢種群，有機質(zhì)降解微生物的增加使得有機質(zhì)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(tài)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(tài)氮含量顯著降低，當(dāng)石油污染濃度為100 g/m2時土壤銨態(tài)氮含量雖無顯著變化，但呈現(xiàn)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(dāng)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(dāng)污染濃度大于該濃度土壤速效養(yǎng)分發(fā)生變化。

5?結(jié)論

石油濃度與土壤的硝態(tài)氮含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與銨態(tài)氮、有效磷無顯著相關(guān)關(guān)系。石油污染導(dǎo)致表層土壤硝態(tài)氮顯著降低，對土壤銨態(tài)氮和有效磷的含量沒有顯著影響，石油污染后土壤有效養(yǎng)分含量出現(xiàn)變化的污染濃度是100 g/m2。

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