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石油污染对土壤酶活性的影响

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  [摘 要] 现今工业的快速发展、石油制品的大规模应用,导致了世界各国均存在严重的土壤石油污染问题,而我国的土壤石油污染问题亦不容小觑。石油污染改变了土壤理化性质,影响了动植物、微生物等生命活动,对反映土壤功能和质量的土壤酶活性造成了影响。基于此,本文综述世界石油污染现状,分析石油对土壤酶活性的影响,揭示石油污染对土壤酶活性产生影响的机理,对于污染土壤生物修复具有一定的指导作用。
  [关键词] 石油污染;土壤;酶活性
  [中图分类号] S152.5 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909(2019)10-114-2
  土壤酶是土壤生物化学反应的催化剂,主要来源于土壤微生物、根系分泌物以及动植物残体的分解释放。土壤酶参与了许多生物化学反应,在一定程度上反映了土壤的功能状况,是评价土壤质量的重要指標,成为学者关注的研究重点之一。近年来,由于人们对石油产品的大量需求,大量石油及其制品进入土壤中,引发了严重的污染问题,土壤受到严重危害。石油污染物不仅影响了植物的正常生长,而且对土壤理化性质、微生物群落、区系变化等产生了影响,在一定程度上抑制了土壤酶活性。石油污染土壤生物修复需要多种土壤酶的参与,因此探索石油污染对土壤酶活性的影响,对于指导石油污染土壤生物修复具有重要意义。
  1 世界土壤石油污染现状
  石油产品的大规模生产、运输、储存及使用,导致世界各国均存在严重的土壤石油污染问题。俄罗斯的输油管道超过150万m3,每年3 500 t以上的漏油事故超过700例,每年小型泄漏超过6万例,12.5%的草原土壤受到严重的污染破坏。美国的石油污泥累计超1 000万t,荷兰的污染土壤超2亿多t,墨西哥相当大范围1.2~2.0 m深处的土壤被高度污染,污染浓度超当地标准的40倍有余[1]。
  目前,我国开发的油田和油气田400多个,遍布25个省、区、市,主要工作范围接近20万km2,覆盖面积32万km2,约占我国国土面积的3%,其中4.8万km2的土地石油污染物含量可能超过安全阈值[2]。人们对自然资源的掠夺式占用、不合理的开发利用,导致我国的原油污染面积有逐年扩大之趋,在胜利、辽河、冀东等老重油田,土壤原油含量超10 g/kg,有的甚至达到100 g/kg,远超临界值。对塔里木北部油田的调查表明,0~20 cm土壤污染最严重,石油含量平均为0.12 g/kg,1 m深处的污染浓度也达到了当地背景值的5倍左右;30年的老油井和1年多的新油井对比发现,污染范围达300 m,新油井污染物含量平均为背景值的15倍,而老油井则为30倍有余[3]。陕北是我国石油工业的发源地,新老油田造成黄土区石油类污染浓度为0.72~16.06 g/kg[4]。严重的土壤污染问题导致土壤酶活性受到影响,对生命体造成威胁。
  2 石油污染对土壤酶活性的影响
  石油成分复杂,是由上百种物质组成的混合物。不同地区由于油品组成、区域气候条件、土壤理化性质等的不同,导致污染对土壤酶活性的影响存在一定的差异。王梅等对潮土、褐土和棕壤受石油污染后的土壤酶活性进行监测,结果表明,低于2 g/kg的石油烃对潮土和褐土的淀粉酶活性影响显著,淀粉酶可作为潮土和褐土受石油污染的敏感生化指标,而石油烃对3种土壤的脲酶活性影响不显著[5]。王华金等对石油污染水稻土的研究表明,污染土壤中的脱氢酶、脲酶、脂肪酶、过氧化氢酶等活性与石油污染程度存在一定的相关性,其中石油烃残留量与脱氢酶活性极显著负相关(r=-0.969),与过氧化氢酶活性极显著负相关(r=-0.974),与脲酶活性显著负相关(r=-0.916),与脂肪酶活性无显著相关性[6]。吕桂芬研究了石油污染对草原土壤酶活性的影响,结果显示石油烃含量与土壤蛋白酶、转化酶和磷酸酶活性呈显著负相关关系,与多酚氧化酶活性显著正相关[7]。
  有研究者通过对石油污染土壤进行不同的处理,来试图影响或改变土壤的酶活性。谯兴国等对石油污染土壤进行冻融处理,结果发现,经10个冻融循环后,土壤中的脲酶和过氧化氢酶的活性有一定的增强,两者的活性分别提高了6.64%和41.11%[8]。吴建雄等在石油污染土壤上种植棉花,修复90 d后,土壤中的碱性磷酸酶和多酚氧化酶活性与污染程度正相关,污染物激活了磷的矿化作用和芳香烃中酚类物质的转化;石油污染浓度为2 g/kg时土壤脱氢酶活性最高,污染浓度为1 g/kg时土壤中的脲酶、转化酶、FDA水解酶的活性最高,土壤碳氮转化较活跃,微生物总活性高[9]。张秀霞采用降解菌来修复石油污染土壤,28 d后土壤中的多酚氧化酶、过氧化氢酶、脲酶、脱氢酶和蛋白酶的活性与石油烃的降解率显著相关,相关系数分别为0.988、0.964、0.994、0.934和0.944[10]。王国保等采用不同的牧草秸秆修复石油污染土壤,结果表明,6种牧草秸秆的添加在一定程度上提高了土壤脱氢酶、碱性磷酸酶及脲酶活性,在一定程度上降低了土壤HO酶活性[11]。王建等为设置了不同石油污染浓度,研究了植物修复对不同浓度污染土壤中的脱氢酶活性的影响,结果显示,种植植物土壤的脱氢酶活性高于对照不种植植物土壤,根系活动对土壤酶活性有一定的促进作用,低于40 g/kg的污染浓度,草木犀、黄花蒿和沙打旺修复的土壤酶活性随污染浓度升高而增加,污染浓度为20 g/kg时紫花苜蓿修复的土壤脱氢酶活性最大[12]。
  3 石油污染对土壤酶活性的影响机理
  污染物引起土壤酶活性发生改变的机理包含3个方面,一是石油烃对土壤微生物的生命活动产生影响,在一定程度上抑制或者促进了微生物的生长繁殖,影响了微生物体内酶的合成和分泌;二是石油烃影响了植物的生长代谢,根系分泌物和相关酶的分泌受到影响;三是石油污染物直接作用于土壤酶,改变了酶的构象,抑制或者促进酶的活性。一般高含量的石油污染物对土壤酶的活性基本上呈抑制作用[13]。   4 结语
  对于石油污染土壤,最有力的、经济环保的修复手段为生物修复技术。石油污染通过改变土壤理化性质、影响土壤生命活动,从而引起土壤酶活性发生改变,必然对生物修复效果产生影响。因此,采用定性和定量相结合的方法,探索石油污染对于土壤酶活性的影响,对于指导污染土壤生物修复工作具有重要的现实意义。
  参考文献
  [1]杜卫东,万云洋,钟宁宁,等.土壤和沉积物石油污染现状[J].武汉大学学报(理学版),2011(4):311-322.
  [2]刘五星,骆永明,滕应,等.我国部分油田土壤及油泥的石油污染初步研究[J].土壤,2007(2):247-251.
  [3]柳军荣,雪克热提.油田开发中石油污染对土壤影响预测:以塔里木北部油田为例[J].新疆环境保护,1995(1):38-40.
  [4]黄廷林,任磊.黄土地区石油类污染物的径流污染模拟及模型预测[J].中国环境科学,2000(4):345-348.
  [5]王梅,江丽华,刘兆辉,等.石油污染物对山东省三种类型土壤微生物种群及土壤酶活性的影响[J].土壤学报,2010(2):341-346.
  [6]王华金,朱能武,杨崇,等.石油污染土壤生物修复对土壤酶活性的影响[J].農业环境科学学报,2013(6):1178-1184.
  [7]吕桂芬,赵吉,赵利,等.应用土壤酶活性评价草原石油污染的初步研究[J].内蒙古大学学报(自然科学版),1997(5):687-691.
  [8]谯兴国,李法云,张营,等.冻融作用对石油污染土壤酶活性和水溶性碳的影响[J].农业环境科学学报,2008(3):914-919.
  [9]吴建雄.石油污染对棉花生长及土壤生物学特性的毒性效应研究[D].天津:天津理工大学,2013.
  [10]张秀霞,武海杰,白雪晶,等.土壤修复过程中微生物数量、酶活性与石油降解率的关系[J].石油学报(石油加工),2014(1):94-99.
  [11]王国保,刘增文,张晓曦,等.陕北石油区牧草秸秆对油污土壤生物化学性质的修复效应[J].草地学报,2013(6):1101-1108.
  [12]王建,林发荣,张壮壮,等.植物修复对石油污染土壤脱氢酶活性的影响[J].陕西农业科学,2017(8):12-15.
  [13]曹慧,孙辉,杨浩,等.土壤酶活性及其对土壤质量的指示研究进展[J].应用与环境生物学报,2003(1):105-109.
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