生 态 环 境 学 报 2016, 25(2): 300-306 Ecology and Environmental Sciences http://www.jeesci.com E-mail: editor@jeesci.com 崇 明 西 沙 湿 地 土 壤 石 油 类 污 染 物 季 节 变 化 特 征 及 其 对 植 被 类 型 的 影 响 张 树 栋, 翁 辰, 黄 慧 琴, 张 秋 卓 *, 任 雪 丽, 丁 驰 华 东 师 范 大 学 生 态 与 环 境 科 学 学 院, 上 海 市 城 市 化 生 态 过 程 与 生 态 恢 复 重 点 实 验 室, 上 海 200241 摘 要 : 随 着 人 类 开 采 石 油 量 的 增 加 海 上 交 通 运 输 的 发 展 海 底 溢 油 事 故 的 发 生 以 及 工 业 民 用 废 水 排 放 的 日 益 增 长, 海 洋 环 境 承 受 着 来 自 外 界 的 巨 大 危 害 并 且, 海 洋 中 的 石 油 类 污 染 物 由 水 体 迁 移 至 土 壤, 给 周 边 土 壤 也 带 来 极 大 影 响 石 油 类 物 质 已 成 为 崇 明 西 沙 湿 地 土 壤 主 要 的 污 染 物 之 一 基 于 此, 于 2014 年 3 月 至 12 月 在 崇 明 西 沙 湿 地 设 置 5 个 采 样 点, 利 用 紫 外 分 光 光 度 计 GC-MS 等 仪 器 对 石 油 类 污 染 物 的 浓 度 和 组 分 进 行 测 定, 研 究 了 土 壤 石 油 类 污 染 物 含 量 随 季 节 变 化 的 情 况 及 其 对 植 被 类 型 的 影 响, 并 对 污 染 物 组 分 和 来 源 进 行 解 析 结 果 表 明, 湿 地 土 壤 石 油 类 污 染 物 主 要 以 碳 原 子 数 小 于 8 的 饱 和 直 链 烷 烃 和 饱 和 支 链 烷 烃 为 主, 同 时 还 含 有 少 量 的 烯 烃 含 氧 杂 环 含 氮 杂 环 等 物 质 该 地 区 石 油 类 污 染 物 平 均 含 量 为 47.3 mg kg -1, 其 中 春 季 最 高, 秋 季 最 低 ; 单 因 子 污 染 指 数 为 0.079~0.155, 土 壤 尚 处 于 清 洁 水 平 湿 地 土 壤 石 油 类 含 量 呈 现 季 节 性 变 化, 与 外 源 输 入 海 上 作 业 及 微 生 物 的 分 解 作 用 有 关 3 种 植 被 群 落 土 壤 和 光 滩 石 油 类 污 染 物 含 量 各 异, 且 随 季 节 变 化 明 显, 其 中 光 滩 群 落 土 壤 石 油 类 污 染 物 含 量 最 低, 芦 苇 群 落 土 壤 石 油 类 污 染 物 含 量 最 高, 且 4 个 季 节 均 明 显 高 于 其 它 群 落, 分 析 其 原 因 可 能 是 芦 苇 特 殊 的 根 系 结 构 对 石 油 有 较 好 的 截 留 和 吸 附 作 用 关 键 词 : 石 油 类 污 染 物 ; 季 节 变 化 ; 植 被 类 型 ; 崇 明 西 沙 湿 地 DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.02.017 中 图 分 类 号 :X144; X17 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1674-5906(2016)02-0300-07 引 用 格 式 : 张 树 栋, 翁 辰, 黄 慧 琴, 张 秋 卓, 任 雪 丽, 丁 驰. 崇 明 西 沙 湿 地 土 壤 石 油 类 污 染 物 季 节 变 化 特 征 及 其 对 植 被 类 型 的 影 响 [J]. 生 态 环 境 学 报, 2016, 25(2): 300-306. ZHANG Shudong, WENG Chen, HUANG Huiqin, ZHANG Qiuzhuo, REN Xueli, DING Chi. Seasonal Variation and Influence of Vegetation Types on Petroleum Pollutants in the Soil of Chongming Xisha Wetlands [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2016, 25(2): 300-306. 经 济 的 迅 猛 发 展 促 使 我 国 对 石 油 的 需 求 迅 速 增 长 目 前, 石 油 能 源 消 耗 列 居 世 界 第 二 位 ( 苏 红, 2008) 然 而, 随 着 人 类 开 采 石 油 量 的 增 加 海 上 交 通 运 输 的 发 展 海 底 溢 油 事 故 的 发 生 以 及 工 业 民 用 废 水 的 排 放 等 ( 方 曦 等,2007), 海 洋 环 境 承 受 着 来 自 外 界 的 巨 大 危 害 尤 其 是 在 近 海 岸, 石 油 已 经 成 为 海 洋 环 境 的 主 要 污 染 物 ( 李 银 朋 等,2014) 石 油 类 污 染 物 通 过 水 体 逐 渐 迁 移 至 海 洋 底 泥, 海 水 在 潮 涨 潮 落 过 程 中, 水 体 中 石 油 类 污 染 物 也 会 被 截 留 在 水 域 周 边 的 土 壤 中 石 油 烃 类 污 染 物 不 但 会 对 海 洋 底 栖 生 物 (Pi et al.,2015) 和 水 体 系 统 造 成 严 重 的 危 害 ( 张 学 佳 等,2009), 进 入 湿 地 土 壤 后, 可 能 造 成 比 水 体 污 染 更 严 重 的 危 害 微 量 石 油 类 污 染 物 进 入 土 壤 后 可 以 通 过 微 生 物 的 分 解 作 用 去 除 (Wu et al.,2014), 但 是 大 量 石 油 类 物 质 进 入 到 土 壤 中 可 能 会 造 成 整 个 生 态 系 统 的 退 化 ( 侯 梅 芳 等,2014) 目 前 关 于 海 洋 水 体 石 油 类 污 染 的 研 究 较 多, 多 数 集 中 于 被 污 染 水 体 的 各 项 水 质 指 标 监 测, 而 忽 略 了 对 迁 移 至 底 泥 及 土 壤 中 的 有 机 污 染 物 的 研 究, 因 而 不 能 客 观 评 价 海 洋 环 境 污 染 的 整 体 状 况 崇 明 西 沙 湿 地 处 于 我 国 第 三 大 岛 崇 明 岛 西 侧, 所 处 位 置 为 长 江 河 口 段 第 一 级 分 汊 口, 属 于 河 口 潮 滩 涨 潮 地, 是 国 际 重 要 的 湿 地 类 型 之 一 ( 曾 刚, 2014) 人 工 森 林 沼 泽 和 天 然 草 丛 沼 泽 共 同 构 成 了 该 地 的 植 被 带, 其 中 芦 苇 (Phragmites australis(cav.) Trin. ex Steud) 水 杉 (Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng) 柳 树 (Salix babylonica L.) 为 该 区 域 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (31400513); 上 海 市 自 然 科 学 基 金 面 上 项 目 (12ZR1409100) 作 者 简 介 : 张 树 栋 (1988 年 生 ), 男, 硕 士 研 究 生, 研 究 方 向 为 土 壤 污 染 及 生 态 修 复 E-mail: shudongyt@163.com * 通 信 作 者 : 张 秋 卓 (1982 年 生 ), 女, 副 教 授, 博 士, 研 究 方 向 为 固 体 废 弃 物 资 源 化 利 用 及 污 染 土 的 生 态 修 复 E-mail: qzhzhang@des.ecnu.edu.cn 收 稿 日 期 :2015-10-13
张 树 栋 等 : 崇 明 西 沙 湿 地 土 壤 石 油 类 污 染 物 季 节 变 化 特 征 及 其 对 植 被 类 型 的 影 响 301 典 型 的 植 被 群 落 ( 阿 也 提 古 丽 斯 迪 克,2010) 同 时, 崇 明 西 沙 湿 地 水 域 是 长 江 河 口 重 要 的 海 上 运 输 通 道, 绿 华 码 头 海 门 码 头 等 承 担 着 繁 重 的 海 上 运 输 作 业 任 务, 石 油 运 输 船 货 物 运 输 船 挖 沙 船 客 轮 等 运 输 工 具 频 繁 往 返 于 崇 明 西 沙 湿 地 附 近 水 域 运 输 过 程 中 的 船 舶 溢 油 事 故 及 船 舶 航 行 产 生 的 油 水 混 合 物 进 入 水 体 后 逐 渐 迁 移 至 土 壤 中 因 此, 崇 明 西 沙 湿 地 在 进 化 过 程 中 会 受 到 附 近 水 域 石 油 类 污 染 物 的 潜 在 威 胁 然 而, 关 于 该 地 区 土 壤 中 石 油 类 污 染 物 的 相 关 研 究 尚 未 有 报 道 鉴 于 此, 本 文 选 取 该 地 有 代 表 性 的 植 被 类 区 土 壤 进 行 研 究, 分 析 石 油 类 污 染 物 在 不 同 季 节 不 同 植 被 类 型 下 的 污 染 状 况, 为 保 护 崇 明 西 沙 湿 地 生 态 安 全 提 供 参 考 及 合 理 的 决 策 依 据 1 材 料 与 方 法 1.1 研 究 区 域 概 况 崇 明 西 沙 湿 地 采 样 区 位 于 北 纬 31 43 46.63 ~ 31 46 30.40, 东 经 121 10 32.16 ~121 14 11.76, 西 南 方 向 与 江 苏 太 仓 常 熟 隔 江 相 望, 北 面 与 启 东 隔 江 相 望 该 地 区 属 于 典 型 的 亚 热 带 季 风 气 候 ( 刘 红 梅 等,2007), 四 季 分 明, 气 候 温 和 湿 润, 年 平 均 气 温 为 15.5, 年 平 均 降 雨 量 为 1 143.7 m, 降 雨 量 主 要 集 中 在 夏 季, 约 占 全 年 降 雨 量 的 一 半, 年 平 均 蒸 发 量 为 720.5 mm 夏 季 盛 行 东 南 风, 冬 季 盛 行 偏 北 风 中 生 代 以 来 发 育 的 土 层 构 成 了 该 地 区 主 要 地 质 结 构, 土 壤 以 灰 色 和 灰 褐 色 - 粘 土 质 粉 砂 为 主 ( 付 杰 等,2014), 含 水 率 较 高, 土 质 较 软 西 沙 滩 涂 湿 地 属 于 淡 水 或 微 淡 水 河 口 湿 地, 其 主 要 植 被 群 落 为 旱 柳 水 杉 芦 苇 等 1.2 采 样 点 设 置 和 样 品 采 集 崇 明 西 沙 湿 地 采 样 区 如 图 1 所 示, 布 置 5 个 采 样 区 S1~S5, 每 个 采 样 区 均 有 2 种 或 2 种 以 上 典 型 的 植 被 类 型, 相 邻 采 样 区 间 距 约 2.5km, 采 样 区 基 本 情 况 如 表 1 所 示 对 每 个 采 样 区 不 同 植 被 类 型 土 壤 进 行 单 独 采 样, 每 种 植 被 类 型 均 设 计 3 个 采 样 点 所 有 采 样 点 均 采 集 5~20 cm 的 表 层 土 采 样 时, 在 半 径 为 5 m 的 圆 圈 内 采 集 3 个 样 品 进 行 混 合, 用 四 分 法 取 大 约 1 kg 的 土 样 带 回 实 验 室 为 避 免 污 染, 需 用 木 铲 进 行 采 样, 并 将 土 样 做 好 标 记 装 入 塑 封 袋 中 实 验 于 2014 年 3 月 份 进 行,3 6 9 12 月 4 次 采 样, 分 别 代 表 春 夏 秋 冬 4 个 季 节 的 监 测 为 保 证 4 次 采 样 的 精 确 性, 在 采 样 时 均 采 用 GPS 定 位 1.3 实 验 方 法 1.3.1 样 品 预 处 理 将 土 壤 样 品 放 在 室 内 通 风 处 自 然 风 干, 剔 除 其 中 的 石 块 树 枝 植 物 根 系 等, 用 研 钵 磨 细 后 过 100 图 1 崇 明 西 沙 湿 地 采 样 区 分 布 图 Fig. 1 Sampling sites in Chongmingxisha wetland Table 1 表 1 采 样 区 基 本 情 况 Basic information of the sampling sites 土 壤 采 样 区 主 要 植 被 群 落 采 样 区 中 心 位 置 经 纬 度 S1 芦 苇 水 杉 31 46 30.40 N, 121 10 32.16 E S2 芦 苇 水 杉 旱 柳 31 45 39.60 N, 121 11 24.12 E S3 芦 苇 光 滩 31 44 49.20 N, 121 12 10.80 E S4 芦 苇 光 滩 31 43 58.04 N, 121 13 11.64 E S5 芦 苇 水 杉 旱 柳 31 43 46.63 N, 121 14 11.76 E 采 集 样 品 数 n=180 目 尼 龙 筛, 装 于 塑 封 袋 中, 做 好 标 记 后 于 4 冰 箱 中 保 存, 用 于 后 续 土 壤 石 油 类 污 染 物 的 定 性 测 定 和 定 量 测 定 1.3.2 石 油 类 污 染 物 定 性 测 定 (1) 样 品 的 萃 取 与 浓 缩 称 取 20 g 风 干 土 样, 分 别 加 入 50 ml 石 油 醚 和 50 ml 丙 酮, 在 转 速 为 150 r min -1 摇 床 上 振 荡 1 h, 抽 滤 将 萃 取 液 移 入 250 ml 分 液 漏 斗 中, 再 加 入 2% 的 硫 酸 钠 溶 液 80 ml, 充 分 振 荡 后 静 置 待 液 体 分 层 后 收 集 石 油 醚 萃 取 相, 上 层 水 相 再 用 20 ml 石 油 醚 萃 取 2 次 把 萃 取 液 过 无 水 硫 酸 钠 收 集 在 锥 形 瓶 中,50 条 件 下 水 浴 浓 缩 蒸 发 至 2 ml 左 右 用 适 量 石 油 醚 预 淋 自 制 的 硅 胶 层 析 柱 ( 填 料 从 上 到 下 依 次 为 无 水 Na 2 SO 4 硅 镁 吸 附 剂 无 水 Na 2 SO 4, 填 料 厚 度 分 别 为 2 4 2 cm) 将 浓 缩 后 的 提 取 液 转 入 层 析 柱, 以 除 去 动 物 油 植 物 油 对 结 果 的 影 响, 最 后 用 40 ml 乙 酸 乙 酯 - 石 油 醚 混 合 液 (V V= 5 95) 淋 洗 在 50 下 再 次 浓 缩 至 1 ml 左 右, 将 液
302 生 态 环 境 学 报 第 25 卷 第 2 期 (2016 年 2 月 ) 体 移 入 样 品 瓶 供 GC-MS 测 定 分 析 (2) 气 相 色 谱 - 质 谱 条 件 采 用 Agient 气 相 色 谱 - 质 谱 联 用 仪 (GC-MS, 7890A-5975C) 对 土 壤 石 油 类 污 染 物 组 分 进 行 定 性 分 析 GC 分 析 条 件 : 色 谱 柱 为 HP-5MS(30 m 250 μm 0.25 μm), 载 气 为 高 纯 氦 气, 流 量 1 ml min -1, 柱 温 采 用 程 序 升 温, 初 始 温 度 50 保 持 2 min, 以 8 min -1 升 温 至 180 保 持 3 min, 以 8 min -1 升 温 至 250 保 持 2 min, 进 样 量 为 1 μl, 采 用 不 分 流 进 样 MS 分 析 条 件 : 离 子 源 为 EI 源, 电 子 源 能 量 70 ev, 离 子 源 温 度 230, 四 级 杆 温 度 为 150, 接 口 温 度 为 250, 采 用 全 扫 描 检 测 方 式 1.3.3 石 油 类 污 染 物 定 量 测 定 (1) 样 品 的 定 量 测 定 步 骤 用 超 声 - 紫 外 分 光 光 度 法 ( 李 纪 云 等,1999) 进 行 石 油 类 污 染 物 含 量 定 量 分 析 步 骤 如 下 : 准 确 称 量 保 存 土 样 10.00 g 放 于 150 ml 具 塞 三 角 烧 瓶 中, 加 入 20 ml 三 氯 甲 烷, 将 三 角 烧 瓶 放 在 SK7200H 型 超 声 波 器 中, 在 温 度 30 功 率 25 W 条 件 下 提 取 15 min, 静 置 后 抽 滤 再 将 抽 滤 土 壤 用 相 同 方 法 二 次 提 取 把 两 次 提 取 液 合 并,70 下 在 WHS-28 型 恒 温 水 浴 锅 中 将 溶 剂 蒸 发 掉, 用 石 油 醚 溶 解 残 渣, 将 液 体 转 移 至 25 ml 比 色 管 中 定 容 利 用 岛 津 UV-2550 紫 外 分 光 光 度 计 在 225 nm 测 定 样 品 的 吸 光 度, 计 算 出 石 油 类 物 质 的 含 量 其 中, 油 标 准 曲 线 由 胜 利 油 田 原 油 ( 密 度 为 0.903 g cm -3 ) 配 制 而 成 (2) 检 出 限 及 精 密 度 实 验 标 准 曲 线 线 性 范 围 为 0~150.0 mg kg -1, 称 取 10 份 无 石 油 污 染 的 空 白 土 样, 每 份 10.0 g, 按 照 上 述 方 法 进 行 定 量 测 定, 得 出 该 方 法 的 最 低 检 出 限 为 4.3 mg kg -1 配 制 石 油 含 量 为 50 mg kg -1 的 标 准 土 样, 取 15 份 土 样 进 行 平 行 实 验, 实 验 测 得 石 油 类 物 质 平 均 含 量 为 49.4 mg kg -1 石 油 浓 度 标 准 偏 差 和 回 收 率 标 准 偏 差 分 别 为 0.031 和 1.81, 可 认 为 重 现 性 良 好 (3) 空 白 加 标 回 收 实 验 取 10 份 经 过 严 格 加 工 的 干 净 土 壤 ( 三 氯 甲 烷 萃 取 马 弗 炉 烘 烧 ), 配 制 成 浓 度 不 同 的 含 油 标 样, 空 白 加 标 回 收 实 验 结 果 如 表 2 所 示 实 验 测 得 不 同 浓 度 的 标 样 回 收 率 范 围 为 94.0%~98.6%, 平 均 回 收 率 为 96.3% 结 果 表 明, 本 实 验 符 合 紫 外 分 光 光 度 法 测 定 要 求 1.4 土 壤 石 油 烃 类 污 染 物 评 价 方 法 以 土 壤 石 油 类 含 量 临 界 值 (500 mg kg -1 ) 为 参 考 标 准 ( 辛 思 维 等,2014), 采 用 单 因 子 污 染 指 数 土 样 编 号 表 2 加 标 回 收 实 验 结 果 Table 2 Results of standard recovery test 土 样 石 油 类 含 量 / 土 样 石 油 类 含 量 / 土 样 (mg kg -1 ) (mg kg -1 ) 编 号 实 际 值 测 量 值 回 收 率 /% 实 际 值 测 量 值 回 收 率 /% 1 10.0 9.4 94.0 6 60.0 59.2 98.6 2 20.0 18.9 94.5 7 70.0 68.1 97.3 3 30.0 28.6 95.2 8 80.0 77.7 97.1 4 40.0 38.7 96.7 9 90.0 86.9 96.6 5 50.0 48.7 97.4 10 100.0 95.9 95.9 样 品 重 复 数 n=4 分 析 和 污 染 样 品 超 标 率 相 结 合 的 方 法 对 崇 明 西 沙 湿 地 石 油 类 污 染 情 况 进 行 评 价 单 因 子 污 染 指 数 及 土 壤 污 染 超 标 率 如 公 式 (1) (2) 所 示 : P i =C i /S i (1) 式 中 :P i 为 污 染 指 数 ;S i 为 污 染 物 评 价 标 准 ; C i 为 污 染 物 实 测 值 超 标 样 本 数 土 壤 污 染 超 标 率 % = 100% 监 测 样 本 数 (2) 2 结 果 与 分 析 2.1 崇 明 西 沙 湿 地 土 壤 石 油 类 物 质 成 分 分 析 在 崇 明 西 沙 湿 地 芦 苇 水 杉 旱 柳 3 种 基 本 植 被 群 落 和 光 滩 中, 芦 苇 是 生 态 自 然 进 化 中 形 成 的 优 势 群 落, 而 水 杉 旱 柳 多 为 后 期 种 植 的 人 工 林 本 研 究 5 个 采 样 区 均 有 芦 苇 群 落 分 布, 因 此, 选 取 具 有 代 表 性 的 芦 苇 采 样 点 作 为 土 壤 石 油 类 组 分 定 性 分 析 和 研 究 的 对 象 5 个 采 样 区 芦 苇 群 落 土 壤 GC-MS 分 析 结 果 如 图 2 所 示 从 图 中 可 以 看 出, 各 物 质 出 峰 主 要 集 中 在 2~8 min 污 染 物 主 要 组 分 包 括 直 链 饱 和 烷 烃 支 链 饱 和 烷 烃 芳 香 烃, 还 包 括 少 量 的 烯 烃 含 氧 杂 环 含 氮 杂 环 等 化 合 物 所 检 测 的 混 合 物 组 分 以 碳 原 子 数 小 于 8 的 饱 和 直 链 烷 烃 和 饱 和 支 链 烷 烃 为 主, 共 有 13 种 其 次 是 碳 原 子 数 小 于 20 的 芳 香 类 物 质, 本 研 究 中 未 检 测 出 碳 原 子 数 大 于 20 的 物 质 同 时, 从 图 2 可 以 看 出,5 个 谱 图 的 特 征 峰 基 本 相 同, 并 且 5 个 采 样 点 污 染 物 组 分 基 本 一 致, 可 以 推 断, 崇 明 西 沙 湿 地 受 到 了 来 自 相 同 污 染 源 的 影 响 石 油 类 各 组 分 被 微 生 物 降 解 的 速 率 不 同 (Wang et al.,2012), 降 解 速 率 主 要 由 碳 原 子 数 目 及 官 能 团 种 类 决 定 在 这 些 烃 类 组 分 中, 直 链 饱 和 烃 最 容 易 降 解 (Uzochukwu et al.,2014), 其 次 是 支 链 烃 类, 支 链 越 少 越 容 易 被 降 解 芳 烃 类 化 合 物 要 比 饱 和 烃 更 难 降 解, 且 随 着 环 数 的 增 加 降 解 的 难 度 增 大,4 环 及 以 上 的 芳 烃 类 物 质 基 本 不 能 被 土 壤 中 的
张 树 栋 等 : 崇 明 西 沙 湿 地 土 壤 石 油 类 污 染 物 季 节 变 化 特 征 及 其 对 植 被 类 型 的 影 响 303 丰 度 丰 度 丰 度 3 2 1 3 2 1 3 2 1 (a) 样 \ (b) (c) 微 生 物 降 解, 这 些 物 质 大 量 残 留 在 生 物 降 解 的 最 终 产 物 中, 成 为 降 解 后 的 主 要 残 留 物 ( 丁 克 强 等, 2000) 本 次 研 究 GC-MS 所 测 结 果 主 要 为 碳 原 子 数 小 于 8 的 饱 和 烃 类, 属 于 中 等 长 度 的 链 烃 因 此, 该 地 区 被 石 油 污 染 的 土 壤 可 以 通 过 微 生 物 的 降 解 作 用 来 修 复 2.2 崇 明 西 沙 湿 地 土 壤 石 油 类 污 染 物 季 节 变 化 特 征 及 污 染 状 态 评 价 崇 明 西 沙 湿 地 4 个 季 节 石 油 类 污 染 物 平 均 含 量 及 污 染 评 价 如 图 3 表 3 所 示 从 图 3 可 以 看 出, 春 季 石 油 类 物 质 含 量 最 高, 为 50.2 mg kg -1 ; 冬 季 次 之, 为 49.6 mg kg -1 ; 秋 季 的 石 油 类 物 质 含 量 最 少, 为 42.9 mg kg -1 石 油 含 量 随 季 节 变 化 明 显 (P<0.05) 春 季 石 油 类 污 染 物 含 量 最 高, 推 测 其 主 要 原 因 是 由 于 环 境 温 度 偏 低, 土 壤 环 境 的 温 度 直 接 影 响 到 微 生 物 的 生 长 和 代 谢 微 生 物 在 降 解 石 油 类 物 质 的 过 程 中 伴 随 着 复 杂 的 生 物 化 学 反 应, 且 整 个 过 程 都 在 体 内 酶 催 化 作 用 下 完 成, 在 一 定 的 温 度 范 围 内, 温 度 越 低, 酶 的 活 性 越 低, 降 解 速 率 越 慢 另 外, 环 境 温 度 还 会 影 响 石 油 的 物 理 性 质, 温 度 越 低, 石 油 类 的 粘 性 越 大, 最 终 会 影 响 到 石 油 分 子 与 微 生 物 膜 的 相 互 作 用 过 程, 致 使 微 生 物 降 解 作 用 滞 后 该 地 区 石 油 类 物 质 含 量 呈 现 季 节 性 变 化, 说 明 有 外 源 石 油 类 污 染 物 输 入 崇 明 西 沙 湿 地 区 域 52 丰 度 3 2 1 (d) w( 土 壤 石 油 类 污 染 物 )/(mg kg -1 ) 50 48 46 44 42 40 38 春 季 夏 季 秋 季 冬 季 丰 度 (e) 样 品 重 复 数 n=3 图 3 崇 明 西 沙 湿 地 石 油 类 污 染 物 季 节 变 化 特 征 Fig. 3 The petroleum content of different seasons in Chongmingxisha wetland 3 2 1 (a)(b)(c)(d)(e) 分 别 为 S1 S2 S3 S4 S5 采 样 区 GC-MS 分 析 图 谱 图 2 崇 明 西 沙 湿 地 石 油 组 分 GC-MS 分 析 图 谱 Fig. 2 GC-MS of petroleum-contaminated soils samples in Chongmingxisha wetland 崇 西 湿 地 4 个 季 节 石 油 类 物 质 检 出 范 围 和 单 因 子 污 染 指 数 如 表 3 所 示 由 表 3 可 以 看 出, 该 地 区 5 个 采 样 区 均 有 石 油 类 物 质 被 检 出, 污 染 物 检 出 率 为 100% 污 染 物 总 体 检 出 范 围 在 19.2~126.5 mg kg -1 之 间, 春 夏 秋 冬 4 个 季 度 单 因 子 污 染 指 数 分 别 为 0.097 0.098 0.092 0.105 5 个 采 样 区 虽 然 均 有 石 油 类 污 染 物 被 检 出, 但 是 均 未 超 出 土 壤 石 油 类 含 量 临 界 值 (500 mg kg -1 ), 因 此 土 壤 污 染
304 生 态 环 境 学 报 第 25 卷 第 2 期 (2016 年 2 月 ) Table 3 表 3 5 个 采 样 区 石 油 类 污 染 评 价 Assessment of soil petroleum contaminants in Chongmingxisha wetland 采 样 区 春 季 夏 季 秋 季 冬 季 标 准 差 差 异 性 显 著 (P<0.05) 检 出 范 围 /(mg kg -1 ) 44.1~62.7 51.1~60.3 33.0~53.2 42.3~75.9 S1 平 均 值 /(mg kg -1 ) 53.4 55.7 43.6 59.1 6.66 是 单 因 子 污 染 指 数 0.107 0.111 0.087 0.118 检 出 范 围 /(mg kg -1 ) 36.3~62.4 19.2~38.0 27.4~44.6 33.0~50.2 S2 平 均 值 /(mg kg -1 ) 39.7 28.7 36.0 39.3 5.09 是 单 因 子 污 染 指 数 0.079 0.057 0.072 0.078 检 出 范 围 /(mg kg -1 ) 24.1~53.5 24.0~50.8 29.1~39.2 35.3~56.4 S3 平 均 值 /(mg kg -1 ) 35.7 39.5 35.5 45.8 4.82 是 单 因 子 污 染 指 数 0.071 0.079 0.071 0.091 检 出 范 围 /(mg kg -1 ) 40.4~64.6 27.9~126.5 25.3~122.3 37.3~101.1 S4 平 均 值 /(mg kg -1 ) 52.5 77.4 73.8 69.2 11.01 是 单 因 子 污 染 指 数 0.105 0.155 0.148 0.138 检 出 范 围 /(mg kg -1 ) 40.2~94.2 38.5~50.6 28.8~51.9 33.2~62.7 S5 平 均 值 /(mg kg -1 ) 61.7 44.7 41.0 48.3 9.02 是 单 因 子 污 染 指 数 0.123 0.089 0.082 0.096 检 出 范 围 /(mg kg -1 ) 24.1~94.2 19.2~126.5 25.3~122.3 33.0~101.1 总 体 单 因 子 污 染 指 数 0.097 0.098 0.092 0.105 - 是 超 标 率 0 0 0 0 样 本 超 标 率 为 0, 表 明 该 崇 明 西 沙 湿 地 土 壤 石 油 类 污 染 处 于 较 清 洁 水 平 S4 采 样 区 土 壤 较 其 他 区 石 油 类 含 量 高, 分 析 其 主 要 原 因 是 该 地 区 附 近 有 码 头, 船 只 作 业 频 繁, 海 上 溢 油 及 港 口 装 卸 油 均 可 使 水 体 中 石 油 类 物 质 迁 移 至 土 壤 2.3 崇 明 西 沙 湿 地 土 壤 石 油 类 污 染 物 对 植 被 类 型 的 影 响 崇 明 西 沙 湿 地 4 种 典 型 的 植 被 群 落 土 壤 中 石 油 类 污 染 物 含 量 及 季 节 变 化 情 况 分 别 如 表 4 图 4 所 示 从 表 4 可 以 看 出, 芦 苇 土 壤 石 油 类 含 量 最 高, 为 62.5 mg kg -1 ; 水 杉 次 之, 含 量 为 42.9 mg kg -1 ; 光 滩 区 石 油 类 物 质 含 量 最 少, 仅 为 35.9 mg kg -1 由 图 4 可 知,4 种 植 被 土 壤 石 油 类 污 染 物 含 量 随 季 节 变 化 差 异 性 显 著 (P<0.05) 所 有 植 被 类 型 的 土 壤 均 有 石 油 类 物 质 被 检 出, 石 油 类 污 染 物 含 量 31.3~63.6 mg kg -1 在 4 个 季 节 中, 芦 苇 群 落 土 壤 石 油 类 含 量 均 高 于 其 它 2 种 植 被 和 光 滩, 且 在 一 年 中 石 油 类 含 量 波 动 较 小, 浓 度 维 持 在 59.9~65.2 mg kg -1 之 间 经 计 算, 芦 苇 旱 柳 水 杉 光 滩 土 壤 石 油 类 污 染 物 单 因 子 污 染 指 数 最 高 值 分 别 为 :0.130 0.113 0.102 0.085 虽 然 均 有 石 油 类 污 染 物 被 检 出, 但 表 4 不 同 植 被 类 型 土 壤 石 油 类 物 质 含 量 Table 4 Petroleum contents of different vegetation types 植 被 类 型 芦 苇 旱 柳 水 杉 光 滩 检 出 范 围 /(mg kg -1 ) 59.9~65.2 28.5~59.4 33.3~50.8 31.3~42.3 平 均 值 /(mg kg -1 ) 62.5 40.5 42.9 35.9 是 均 未 超 出 土 壤 石 油 烃 总 量 的 标 准 值 (500 mg kg -1 ), 因 此 该 区 域 3 种 植 被 类 型 土 壤 和 光 滩 石 油 类 污 染 处 于 清 洁 水 平 石 油 类 污 染 物 由 水 体 迁 移 至 土 壤 的 含 量, 既 受 外 来 污 染 源 的 直 接 输 入 的 影 响, 又 受 到 潮 汐 作 用 波 浪 高 度 海 水 循 环 ( 郑 西 来 等,2008) 植 被 类 型 湿 地 沉 积 物 胶 体 的 粒 径 ( 胡 颖 慧 等,2012) 等 因 素 的 影 响 芦 苇 植 被 区 靠 近 江 边, 受 水 的 浸 渍 时 间 长, 水 中 的 石 油 类 污 染 物 滞 留 相 对 容 易 芦 苇 长 期 在 水 中 生 长, 始 终 处 于 厌 氧 状 态, 土 壤 表 层 根 的 数 量 最 多 ( 潘 伟 明,2014) 并 且, 芦 苇 具 有 庞 大 的 根 系, 根 孔 以 横 向 走 向 为 主, 茂 密 的 根 系 对 石 油 类 污 染 物 具 有 很 强 的 吸 附 能 力, 横 向 根 孔 更 利 于 石 油 类 在 表 层 土 壤 富 集, 因 此 在 芦 苇 群 落 土 壤 石 油 类 含 量 最 高 光 滩 区 虽 然 渍 水 更 长, 但 是 由 于 潮 汐 作 用, 水 流 对 该 区 冲 刷 作 用 很 强, 且 光 滩 区 除 有 少 量 的 藻 类 外, 很 少 有 根 系 发 达 的 高 等 植 物, 都 不 利 于 石 油 的 吸 附 此 外, 该 区 土 质 主 要 为 粉 砂 质 粘 土 ( 张 雯 雯 等,2008), 含 沙 量 较 高, 不 利 于 石 油 类 物 质 的 截 留 因 此, 该 区 石 油 类 污 染 物 含 量 偏 低 是 合 理 的 3 讨 论 本 文 对 崇 明 西 沙 湿 地 不 同 植 被 类 型 及 不 同 季 节 土 壤 中 石 油 类 污 染 物 进 行 了 监 测 与 评 价, 得 出 以 下 结 论 : (1) 崇 明 西 沙 湿 地 石 油 类 污 染 物 主 要 组 分 包 括 直 链 饱 和 烷 烃 支 链 饱 和 烷 烃 芳 香 烃, 还 包 括 少
张 树 栋 等 : 崇 明 西 沙 湿 地 土 壤 石 油 类 污 染 物 季 节 变 化 特 征 及 其 对 植 被 类 型 的 影 响 305 70 w( 土 壤 石 油 类 污 染 物 )/(mg kg -1 ) 60 50 40 30 20 10 冬 季 秋 季 0 夏 季 芦 苇 旱 柳 水 杉 光 滩 春 季 样 品 重 复 数 n=3 图 4 不 同 植 被 类 型 土 壤 石 油 含 量 季 节 变 化 Fig. 4 Seasonal variation of soil petroleum concentration by different vegetation types 量 的 烯 烃 含 氧 杂 环 含 氮 杂 环 等 物 质 该 地 区 石 油 烃 类 污 染 物 可 生 物 降 解 性 较 好, 含 有 该 污 染 物 的 土 壤 可 以 通 过 微 生 物 的 分 解 作 用 去 除 (2) 崇 明 西 沙 湿 地 土 壤 石 油 类 含 量 季 节 性 差 异 较 为 明 显 其 中 春 季 石 油 类 物 质 含 量 最 高, 为 50.2 mg kg -1, 秋 季 的 石 油 类 物 质 含 量 最 少, 为 42.9 mg kg -1 环 境 温 度 是 关 系 微 生 物 降 解 石 油 类 物 质 速 率 的 重 要 条 件, 春 秋 季 节 温 度 较 低, 烃 类 降 解 菌 活 性 低, 微 生 物 分 解 污 染 物 的 速 率 较 慢 (3) 崇 明 西 沙 湿 地 3 种 植 被 类 型 土 壤 和 光 滩 石 油 类 污 染 物 含 量 随 季 节 变 化 差 异 性 显 著 (P<0.05) 芦 苇 植 被 群 落 土 壤 石 油 类 含 量 最 高, 为 62.5 mg kg -1, 光 滩 土 壤 石 油 类 物 质 含 量 最 少, 为 35.9 mg kg -1 3 植 被 类 型 土 壤 和 光 滩 石 油 类 物 质 检 出 率 为 100%, 但 是 均 未 超 出 国 家 土 壤 石 油 烃 总 量 限 值 (500 mg kg -1 ), 样 本 超 标 率 为 0 因 此, 可 认 为 崇 明 西 沙 湿 地 土 壤 尚 处 于 清 洁 水 平 参 考 文 献 : PI Y R, XU N N, BAO M T, et al. 2015. Bioremediation of the oil spill polluted marine intertidal zone and its toxicity effect on microalgae [J]. Environmental Science: Processes and Impacts, 17(7): 877-885. UZOCHUKWU C, DAVID A, CLAIRE I, et al. 2014. Microbial degradation of crude oil hydrocarbons on organoclay minerals [J]. Environmental Management, 14(16): 197-202. WANG X, CAI Z, ZHOU Q X, et al. 2012. Bioelectrochemical stimulation of petroleum hydrocarbon degradation in saline soil using U-tube microbial fuel cells [J]. Biotechnology and Bioengineering, 109(2): 426-433. WU B B, LAN T, LU D D, et al. 2014. Ecological and enzymatic responses to petroleum contamination [J]. Environmental Science: Processes and Impacts, 16(6): 1501-1509. 阿 也 提 古 丽 斯 迪 克, 赵 书 河, 左 平, 等. 2010. 基 于 知 识 工 程 师 的 崇 明 岛 东 滩 自 然 保 护 区 盐 沼 植 被 分 类 研 究 [J]. 国 土 资 源 遥 感, 83(1): 123-126. 丁 克 强, 孙 铁 珩, 李 培 军. 2000. 石 油 污 染 土 壤 的 生 物 修 复 技 术 [J]. 生 态 学 杂 志, 19(2): 50-55. 方 曦, 杨 文. 2007. 海 洋 石 油 污 染 研 究 现 状 及 防 治 [J]. 环 境 科 学 与 管 理, 23(9): 78-80. 付 杰, 赵 丹, 蒋 敏 芝. 2014. 崇 明 西 滩 芦 苇 湿 地 土 壤 酶 活 性 特 征 的 研 究 [J]. 安 徽 农 业 科 学, 42(7): 1969-1792. 侯 梅 芳, 潘 栋 宇, 黄 赛 花, 等. 2015. 微 生 物 修 复 土 壤 多 环 芳 烃 污 染 的 研 究 进 展 [J]. 生 态 环 境 科 学, 23(7): 1233-1238. 胡 颖 慧, 贾 建 伟, 王 磊, 等. 2012. 长 江 口 九 段 沙 湿 地 土 壤 石 油 类 污 染 评 价 及 其 源 特 征 分 析 [J]. 土 壤 通 报, 2(1): 195-200. 李 纪 云, 李 丽, 冯 成 武. 1999. 超 声 - 紫 外 法 测 定 土 壤 中 石 油 类 物 质 含 量 [J]. 石 油 大 学 学 报, 23(6): 82-83. 李 银 朋, 王 长 进, 哈 明 达. 2014. 海 洋 石 油 污 染 的 原 因 分 析 及 防 治 措 施 [J]. 科 技 资 讯, (5): 39-41. 刘 红 梅, 陆 健 健, 董 双 林, 等. 2007. 上 海 崇 西 湿 地 生 态 系 统 功 能 价 值 分 析 [J]. 中 山 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ), 46(z2): 240-243. 潘 伟 明. 2014. 芦 苇 在 生 态 护 坡 航 道 整 治 中 的 应 用 研 究 [J]. 现 代 交 通 技 术, 11(4): 88-92. 苏 红. 2008. 中 国 石 油 与 经 济 [J]. 内 蒙 古 石 油 化 工, 34(15): 20-35. 辛 思 维, 周 立 娇. 2015. 土 壤 中 石 油 污 染 物 的 脱 附 过 程 [J]. 电 子 测 试, (11): 165-166. 曾 刚. 2014. 崇 明 生 态 岛 建 设 解 析 [J]. 中 国 环 境 管 理, (6): 10-14.
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