環(huán)江流域土壤污染現(xiàn)狀及防治對(duì)策研究

馮七平

(甘肅省慶陽(yáng)市生態(tài)環(huán)境局環(huán)縣分局，甘肅 環(huán)縣 745700)

環(huán)江是馬蓮河(甘肅省慶陽(yáng)市境內(nèi)最大的一條河流)流經(jīng)慶陽(yáng)市環(huán)縣及慶城段的支流，系涇河的一級(jí)支流，黃河的二級(jí)支流，流域面積5000多平方公里，屬于水土流失特別嚴(yán)重區(qū)域[1]。該流域土壤以黃綿土、黑壚土和新積土為主，土壤質(zhì)地適中，透水性好，土層深厚，有機(jī)質(zhì)含量低，礦質(zhì)養(yǎng)分豐富，具有較好的生產(chǎn)性能。隴東黃土高原馬蓮河流域污染歷史較早，其缺乏污水處理措施，大規(guī)模的石油勘探開發(fā)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境脆弱，多項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)超標(biāo)[1-2]。環(huán)江流域目前探明含油地域面積500多平方公里，總資源量28.47億噸，涉及馬嶺、樊家川、演武、八珠等14個(gè)油田、63個(gè)開發(fā)區(qū)塊，區(qū)域內(nèi)有1500多口油井，年產(chǎn)原油600多萬(wàn)噸。該流域多年來(lái)由于石油開發(fā)，化肥、農(nóng)藥長(zhǎng)期不合理使用，畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈和農(nóng)田殘膜等農(nóng)業(yè)廢棄物不合理處置,造成流域污染問(wèn)題日益加劇[3]，這可能導(dǎo)致土壤的可持續(xù)生產(chǎn)能力遭受破壞，但目前缺乏環(huán)江流域土壤污染狀況的調(diào)查研究報(bào)告。鑒于此通過(guò)對(duì)環(huán)江流域井(站)場(chǎng)土壤石油污染和周邊農(nóng)用地面源污染現(xiàn)狀的調(diào)查，研究分析了流域土壤污染的原因及適合流域石油污染土壤修復(fù)的技術(shù)方法，為土壤污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 區(qū)域概況

2019-2020年連續(xù)兩年，在慶陽(yáng)市環(huán)縣、慶城縣所屬環(huán)江流域連續(xù)開展了油田井(站)場(chǎng)土壤石油污染和流域耕地土壤面源污染現(xiàn)狀的檢測(cè)調(diào)查。檢測(cè)調(diào)查區(qū)域包括環(huán)縣曲子、木缽、環(huán)城、洪德、山城、耿灣、甜水堡和慶城縣慶城、馬嶺、卅鋪等10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)共1690km2土地面積，調(diào)查區(qū)地貌類型以川臺(tái)為主，土壤類型涉及黃綿土、黑壚土和新積土三個(gè)土類，土壤孔隙度51.7～53.3%、容重1.28～1.5g/cm3、有機(jī)質(zhì)9.9～12.5g/kg、全氮0.67～0.85g/kg、全磷0.38～0.74g/kg、全鉀1.25～1.59%、速效氮42.5～63.9mg/kg、速效磷7.4～38.5mg/kg、速效鉀152.5～181mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年對(duì)長(zhǎng)慶油田分公司第二采油廠環(huán)縣、慶城境內(nèi)具有代表性的環(huán)84井區(qū)、午225井區(qū)、慶58井區(qū)部分井場(chǎng)土壤分析石油烴的含量，共分20、40、60cm三個(gè)土壤層次取樣。2019年7月對(duì)中國(guó)石油慶陽(yáng)石化公司老廠區(qū)東南區(qū)域(生活區(qū))土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀取樣監(jiān)測(cè)，24個(gè)土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位(含1個(gè)對(duì)照點(diǎn))共105個(gè)土壤樣品(含現(xiàn)場(chǎng)平行樣)，共進(jìn)行了砷、鎘、鉻(六價(jià))重金屬含量等65項(xiàng)土壤檢測(cè)指標(biāo)(表2)。甘肅馨寶利環(huán)境監(jiān)測(cè)公司于2020年7-9月對(duì)環(huán)江流域石油開采井(站)場(chǎng)周邊耕地土壤分20、60、100cm層次分別取樣監(jiān)測(cè)了鉛、鉻、鋅等9項(xiàng)指標(biāo)(表3)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

測(cè)定方法參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB 15618—2018土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)；HJ 1021—2019土壤和沉積物石油烴(C10-C40)的測(cè)定氣相色譜法。土壤石油烴采用氣相色譜法測(cè)定，汞、砷、硒、鉍、銻采用微波消解/原子熒光法測(cè)定，鉛、鎘采用KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法測(cè)定，銅、鋅、鉛、鎳、鉻采用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定，六價(jià)鉻采用二苯碳酰二肼分光光度法測(cè)定，四氯化碳、氯仿等揮發(fā)性有機(jī)物采用頂空/氣相色譜法測(cè)定，苯并(a)蒽等多環(huán)芳烴采用高效液相色譜法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 井(站)場(chǎng)土壤污染現(xiàn)狀

表1是2019年對(duì)長(zhǎng)慶油田分公司第二采油廠環(huán)縣、慶城境內(nèi)具有代表性的環(huán)84井區(qū)、午225井區(qū)、慶58井區(qū)部分井場(chǎng)土壤的取樣分析結(jié)果。結(jié)果顯示，井場(chǎng)區(qū)域石油烴監(jiān)測(cè)值[4]與背景對(duì)照值相比超標(biāo)率為100%，超標(biāo)倍數(shù)為0.02～19.0，其中，20cm和40cm采樣層次的石油烴含量顯著性高于60cm，井場(chǎng)的泥漿池附近的石油烴監(jiān)測(cè)值高于高架罐附近和油井區(qū)。

表1 環(huán)江流域部分井場(chǎng)土壤石油烴監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.2 生活區(qū)土壤污染現(xiàn)狀

根據(jù)2019年7月對(duì)中國(guó)石油慶陽(yáng)石化公司老廠區(qū)東南區(qū)域(生活區(qū))土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀取樣監(jiān)測(cè)，24個(gè)土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位(含1個(gè)對(duì)照點(diǎn))共105個(gè)土壤樣品(含現(xiàn)場(chǎng)平行樣)，65項(xiàng)土壤檢測(cè)指標(biāo)中(表2)，砷、鎘等37項(xiàng)指標(biāo)有檢出。這說(shuō)明中國(guó)石油慶陽(yáng)石化公司老廠區(qū)東南區(qū)域盡管未在石油生產(chǎn)區(qū)域，但由于污染物遷移影響[5]，該區(qū)域已顯現(xiàn)出較為嚴(yán)重的土壤石油污染問(wèn)題。由表1和表2可以看出，環(huán)江流域由于石油開發(fā)，井(站)場(chǎng)等石油生產(chǎn)區(qū)域及生活區(qū)域土壤有多種污染物檢出。

表2 慶陽(yáng)石化公司老廠區(qū)東南區(qū)域土壤檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

2.3 耕地土壤污染現(xiàn)狀

根據(jù)甘肅馨寶利環(huán)境監(jiān)測(cè)公司2020年7月-9月對(duì)環(huán)江流域石油開采井(站)場(chǎng)周邊耕地土壤分層取樣監(jiān)測(cè)，土壤鎘檢測(cè)值0.105～0.214mg/kg范圍內(nèi)，汞檢測(cè)值0.071～0.099mg/kg范圍內(nèi)，鎳檢測(cè)值22.9～31.2mg/kg范圍內(nèi)，鋅檢測(cè)值52.1～66.3mg/kg范圍內(nèi)，鉻檢測(cè)值45.9～66.3mg/kg范圍內(nèi)，石油烴C10-C40僅在井場(chǎng)周邊土壤耕作層有零星檢出，犁底層及以下未檢出(表3)。其中，60cm土壤層位的鉛、砷、銅元素含量較高，而100cm土壤的鋅、汞含量較高。

表3 環(huán)江流域耕地土壤重金屬和石油烴檢測(cè)結(jié)果 單位：mg/kg

根據(jù)2017-2018年全國(guó)農(nóng)用地土壤污染狀況詳查資料[6]，環(huán)縣、慶城縣在環(huán)江流域的三個(gè)點(diǎn)位耕作層土壤汞檢測(cè)值平均0.023mg/kg，鉻檢測(cè)平均值是54.6mg/kg(表4)。其中，環(huán)縣樊家川的重金屬污染物含量較低，而慶城三十里鋪的鉻、鋅、汞、鎘等元素含量高于其他地區(qū)。

表4 環(huán)江流域農(nóng)地耕作層土壤污染狀況詳查結(jié)果 單位：mg/kg

由表3和表4可以看出，兩次不同監(jiān)測(cè)結(jié)果中土壤鎘、汞、砷、鉛、銅、鎳、鋅等重金屬均有檢出，雖然都未超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618-2018)“其他”風(fēng)險(xiǎn)篩選值，但2020年監(jiān)測(cè)結(jié)果中各項(xiàng)重金屬污染物含量明顯較2017年有所增加，其中鎘、汞、砷、鉛、銅、鎳、鋅、鉻分別增加1.4、11.7、6.9、0.6、0.062、0.074、1.6、2.8mg/kg，說(shuō)明隨著時(shí)間的推移，環(huán)江流域農(nóng)用地重金屬含量有積累增加的趨勢(shì)；流域農(nóng)用地石油烴只有井場(chǎng)周邊耕作層有零星檢出，含量很低，犁底層及以下未檢出，說(shuō)明石油烴未造成流域耕地土壤污染。

3 討論

3.1 環(huán)江流域土壤污染原因分析

由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，井(站)場(chǎng)、生活區(qū)和耕地土壤都有不同程度的污染狀況出現(xiàn)，井場(chǎng)區(qū)域石油烴含量與背景值相比100%超標(biāo)，而生活區(qū)和耕地土壤均檢測(cè)出重金屬等污染物。研究發(fā)現(xiàn)，石油烴影響了作物的生長(zhǎng)及食用，當(dāng)土壤石油類含量為3100mg/kg時(shí)，玉米減產(chǎn)10%，石油類含量達(dá)到500mg/kg，則苯并芘在玉米中的殘留量超標(biāo)，玉米不能食用[7]。環(huán)江流域是隴東油區(qū)的中心分布區(qū)域，自20世紀(jì)70年代長(zhǎng)慶油田開發(fā)以來(lái)，該流域石油污染土壤面積逐年擴(kuò)大。由于原油泄漏、生產(chǎn)事故、生產(chǎn)管理等多方面原因造成區(qū)域土壤污染[1，2]。環(huán)江流域土壤石油污染涉及面廣，危害已日益凸現(xiàn)，已成為流域主要環(huán)境問(wèn)題之一。

化肥及有機(jī)肥的不合理施用是土壤重金屬等污染的主要原因。環(huán)江流域耕地200多萬(wàn)畝，化肥總用量超過(guò)7萬(wàn)噸/年，單位面積用化肥折純量277.5kg/hm2，嚴(yán)重超出發(fā)達(dá)國(guó)家防止水體污染安全上限值225kg/hm2?；实拇罅渴┯?，尤其是磷肥和混成肥等以礦石為原料生產(chǎn)的化學(xué)肥料，含有重金屬等有毒元素，長(zhǎng)期施用會(huì)導(dǎo)致有毒元素在土壤中積累，破壞土壤結(jié)構(gòu)，惡化土壤性質(zhì)[8]，使土壤可持續(xù)生產(chǎn)能力下降。據(jù)資料反映，全國(guó)21省市,豬糞中Cu、Zn、As、Cd、Cr平均含量超標(biāo)省市分別占到95.2%、85.7%、33.3%、20.0%和5.26%[9]。畜禽糞便中含有Cu、Zn、As、Cd、Cr等飼料添加劑成分，這些含有重金屬的糞污通過(guò)施肥進(jìn)入土壤，不斷積累污染土壤，徑流擴(kuò)散污染水體，通過(guò)食物鏈危害人體健康。截至2019年底，環(huán)江流域的環(huán)縣、慶城兩縣羊、牛、豬、馬類和雞的飼養(yǎng)量分別為746.9萬(wàn)只、95.3萬(wàn)頭、191.2萬(wàn)頭、13.2萬(wàn)頭和3051萬(wàn)只。畜禽糞便年產(chǎn)生量已超過(guò)3.71億噸，是工業(yè)有機(jī)污染物的4倍。

除此之外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中大量的殘膜、秸稈、畜禽糞便施用，以及流域內(nèi)人口的生活活動(dòng)產(chǎn)生的垃圾及污水散排等面源污染[3]，也是導(dǎo)致流域土壤污染的主要原因。環(huán)江流域農(nóng)藥年用量超過(guò)2000噸，其有效利用率只有30%左右，其余70%左右約1500噸左右的農(nóng)藥未發(fā)揮作用而殘留于土壤。該流域年農(nóng)膜用量約1.8萬(wàn)噸，廢舊殘膜回收量約8.5萬(wàn)噸，回收率48%左右，每年約有0.9萬(wàn)噸的廢棄地膜殘留土壤，自然降解緩慢，表現(xiàn)出積累效應(yīng)。每年農(nóng)作物產(chǎn)量100余萬(wàn)噸，秸稈產(chǎn)量超過(guò)150萬(wàn)噸，由于作物秸稈收集利用成本較高，加之受還田量的限值，每年約有100萬(wàn)噸左右的農(nóng)作物秸稈被廢棄在田間地頭和莊前屋后，自然腐爛嚴(yán)重污染土壤環(huán)境。環(huán)江流域地處貧困地區(qū)，城市化水平較低，2019年末流域常住人口50萬(wàn)人左右，其中農(nóng)村人口40萬(wàn)人以上，按人均每天生活垃圾0.86公斤、生活污水0.02方計(jì)算，流域內(nèi)農(nóng)村每天產(chǎn)生生活垃圾345噸、生活污水8000方以上。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，石油開采規(guī)模在不斷擴(kuò)大，農(nóng)用化學(xué)品的使用種類及用量也越來(lái)越多，各種污染物之間相互作用，又構(gòu)成了流域土壤生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)合污染“源”，更增加了流域內(nèi)土壤污染治理的難度。

3.2 耕地土壤面源污染防治

基于以上對(duì)環(huán)江流域土壤污染原因的分析與探討，提出以下耕地土壤面源污染防治的措施：

(1)建立污染源頭控制監(jiān)督體系：從源頭杜絕，建立污染源頭控制監(jiān)督體系，依托各級(jí)政府和組織，對(duì)不規(guī)范的生產(chǎn)、生活和經(jīng)營(yíng)活動(dòng)進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)督，對(duì)造成嚴(yán)重環(huán)境污染的不規(guī)范行為實(shí)施懲罰措施。

(2)加強(qiáng)污染物無(wú)害化處理力度：加快農(nóng)村生產(chǎn)生活垃圾收集處理設(shè)施及污水處理站建設(shè)；加大作物秸稈回收綜合利用，制成商品有機(jī)肥，做到無(wú)害化處理和資源化利用。

(3)科學(xué)施用農(nóng)藥和化肥：杜絕化學(xué)劇毒農(nóng)藥，推廣高效低毒低殘留農(nóng)藥，推廣以蟲治蟲、以菌治菌等生物防治技術(shù)，減輕農(nóng)藥在土壤中的殘留量。推廣測(cè)土配方施肥技術(shù)，增加有機(jī)肥用量，減少化肥用量，提高肥料利用率，增強(qiáng)土壤可持續(xù)生產(chǎn)能力。

(4)治理農(nóng)田殘膜污染：環(huán)江流域的無(wú)霜期為150～170天，完全能夠滿足一般農(nóng)作物成熟要求，覆膜種植生產(chǎn)效益不是很明顯，沒(méi)有特殊需求，建議盡量不使用或少使用地膜，或采用“一膜多季利用”種植技術(shù)，做到減量化利用。加大殘膜回收和資源化利用力度，制定“誰(shuí)使用誰(shuí)回收”制度，規(guī)定殘膜回收率，達(dá)不到回收標(biāo)準(zhǔn)則予以處罰，達(dá)到則給予獎(jiǎng)勵(lì)。利用經(jīng)濟(jì)杠桿撬動(dòng)，提升殘膜回收率，把殘膜污染治理意識(shí)變成全民的自覺(jué)行動(dòng)。

(5)推廣保護(hù)性耕作技術(shù)：推廣免耕、溝播、周年覆膜播種、小麥膜溝穴播、玉米清潔生產(chǎn)、一膜多季綜合利用等保護(hù)性耕作栽培技術(shù)，減少土壤侵蝕和養(yǎng)分流失，減輕農(nóng)業(yè)面源污染。

(6)嚴(yán)格控制養(yǎng)殖糞污污染：對(duì)養(yǎng)殖糞污實(shí)行綜合利用，做到減量化生產(chǎn)、無(wú)害化處置、資源化利用。實(shí)行干清糞工藝，將糞便與作物秸稈發(fā)酵加工制成商品有機(jī)肥，將養(yǎng)殖廢水發(fā)酵制取沼氣，沼液沼渣作為有機(jī)肥處置，減少養(yǎng)殖糞污擴(kuò)散對(duì)土壤的污染。

3.3 石油污染土壤修復(fù)

目前石油污染土壤的修復(fù)主要有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)[10]和生物修復(fù)[11，12]三類修復(fù)方法。

物理修復(fù)法如客土法，具有見(jiàn)效快、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但其人工費(fèi)用較高，僅使用于小面積污染土壤治理，中國(guó)石油慶陽(yáng)石化公司老廠區(qū)土壤修復(fù)即以客土法為主，修復(fù)取得良好效果。生物修復(fù)法是利用特定的生物(植物、微生物或原生動(dòng)物)，通過(guò)生物自身的生產(chǎn)和代謝過(guò)程，將存在于土壤中的污染物移除、降解或轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，使土壤中污染物濃度降低至可接受水平，最終實(shí)現(xiàn)環(huán)境凈化和生態(tài)效應(yīng)恢復(fù)[13，14]。據(jù)研究，石油污染土壤通過(guò)種植紫花苜蓿進(jìn)行田間修復(fù)[15]，對(duì)石油烴污染具有一定的修復(fù)作用，并且由于紫花苜?？鼓嫘詮?qiáng)，適應(yīng)范圍廣，能在多種類型的氣候、土壤中生長(zhǎng)，普遍用于石油污染土壤修復(fù)。

根據(jù)環(huán)江流域石油類污染土壤的污染特點(diǎn)，結(jié)合室內(nèi)模擬研究結(jié)果，環(huán)江流域擬采用物理修復(fù)法和生物修復(fù)法相結(jié)合修復(fù)井(站)場(chǎng)石油污染土壤，首先采用客土法將井場(chǎng)60cm以上的表層污染土壤全部置換，置換的井場(chǎng)含油土壤作為危廢交由有資質(zhì)單位處置，然后在井場(chǎng)播撒適宜本區(qū)域生長(zhǎng)的苜蓿草籽，再種植適應(yīng)本區(qū)生長(zhǎng)的油松樹進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，利用植被根系對(duì)石油烴的吸收和分解作用進(jìn)行生物修復(fù)，采用物理修復(fù)法和生物修復(fù)法相結(jié)合的方法進(jìn)行修復(fù)可使土壤中石油烴濃度降低至可接受水平。子午嶺自然保護(hù)區(qū)內(nèi)退出井(站)場(chǎng)采用客土法+生物法修復(fù)已初見(jiàn)成效，土壤修復(fù)已達(dá)到農(nóng)用地風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)限值要求，植被已全部恢復(fù)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)環(huán)江流域油田井(站)場(chǎng)等石油生產(chǎn)區(qū)域石油烴有不同程度超標(biāo)，并且砷、鎘等37項(xiàng)污染因子均有檢出。井(站)場(chǎng)周邊農(nóng)用地土壤鎘、汞等8類重金屬含量有積累增加的趨勢(shì)，石油烴只有部分井場(chǎng)周邊耕作層有零星檢出，含量很低，犁底層及以下未檢出。石油開采過(guò)程中原油泄露是造成流域油田井(站)場(chǎng)土壤污染的根本原因；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中大量的化肥、農(nóng)藥、農(nóng)用塑料薄膜、畜禽糞便施用和農(nóng)作物秸稈不合理處置，以及流域內(nèi)人口的生活活動(dòng)產(chǎn)生的垃圾及污水散排，是導(dǎo)致流域農(nóng)用地土壤污染的主要原因。采用客土法將井(站)場(chǎng)60cm以上的表層污染土壤全部置換，置換出的含油土壤作為危廢交由有資質(zhì)單位處置，然后在井(站)場(chǎng)種植苜蓿和油松等植物，利用植被根系對(duì)殘留石油烴進(jìn)行吸收和分解降解是環(huán)江流域石油污染土壤修復(fù)的最佳方法。