《Soil and Tillage Research》：Laboratory Insights into the Effects of Gasoil Contamination on Runoff and Soil Loss Behaviors
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汽油污染对径流和土壤侵蚀的影响研究。在伊朗德黑兰省炼油厂附近采集土壤，模拟降雨（35mm/min，30分钟）下进行小尺度侵蚀试验。结果显示汽油污染显著缩短径流初生时间21%，增加径流体积95.4%和径流系数94.9%，导致土壤流失量增加1273.2%，沉积物浓度上升564.5%。污染土壤有机碳、有机质分别增加605.3%和609.2%，但团聚体稳定性下降86.2%。证实汽油污染加剧水土流失，改变土壤水文特性，强调石油污染区土壤保护的重要性。
阿扎姆·穆姆扎伊（Azam Mumzaei）、赛义德·哈米德雷扎·萨德吉（Seyed Hamidreza Sadeghi）、梅赫迪·霍马伊（Mehdi Homaee）、贝赫鲁兹·扎雷·达基（Behrouz Zarei Darki）
伊朗诺尔市塔比亚特莫达雷斯大学（Tarbiat Modares University）自然资源学院流域管理工程系
摘要
石油产品作为全球最主要的能源，其生产和消费量巨大，导致了日益严重的环境问题。尽管许多研究探讨了石油污染物对土壤的影响，但它们对水文过程（如径流和土壤侵蚀）的影响尚未得到充分研究。为填补这一空白，本研究旨在探讨柴油污染对径流和土壤流失的影响。为此，在德黑兰省的炼油厂附近采集了土壤样本，并在35毫米/分钟的速度下进行了30分钟的模拟降雨实验。设置了小型侵蚀实验区（0.5×0.5米），以比较柴油污染土壤与未受污染土壤在模拟降雨条件下的土壤和水分流失情况。结果表明，柴油污染显著改变了土壤的水文特性：径流起始时间缩短了21%，径流量增加了95.4%，径流系数增加了94.9%。土壤退化严重，土壤流失和沉积物浓度分别增加了1273.2%和564.5%。柴油还引发了土壤的物理化学变化，包括有机碳（+605.3%）、有机质（+609.2%）、容重（+22.0%）和疏水性（+1740.4%）的增加；同时，土壤团聚体稳定性下降了86.2%。研究证实，柴油污染通过改变水循环加剧了土壤和水分的流失。本研究强调了采取预防措施以减轻石油污染土壤造成的环境损害的重要性。
引言
土壤和水资源是生态系统可持续性、农业生产力及人类福祉的基石。土壤是生物多样性的主要载体，对生态系统稳定起着关键作用（Wuepper等人，2020年）。土壤侵蚀、肥沃土地用途的改变、肥力下降、盐碱化蔓延、缺乏合理使用规范、土壤破坏和污染的预防、污染物进入土壤以及气候变化的影响，都是威胁土壤资源数量和质量的因素（Asadi等人，2022年）。然而，这些资源正以每年每公顷1.4吨的平均速率遭受侵蚀（Wuepper等人，2020年）。伊朗是世界第18大经济体，其1亿公顷土地中约有7900万公顷为耕地（Roozitalab等人，2018年）。根据土壤保护与流域管理研究所编制的侵蚀地图，伊朗的土壤侵蚀率估计约为每年10亿吨（Arabkhedri等人，2018年）。当前的土壤侵蚀速度超过了自然土壤形成的速度，对粮食安全和生态系统活力构成了严重威胁。因此，控制和减少土壤水分流失是保护土壤的有效策略。人类活动是导致土壤侵蚀的主要因素，这对土地生产力、生物地球化学循环乃至社会经济状况都有重大影响（Borrelli等人，2020年）。保护世界土壤、防止土壤侵蚀具有高度紧迫性。土壤质量对于评估土地退化程度和确定可持续利用的管理措施至关重要。在石油资源丰富的伊朗，对石油开采和精炼过程中有害环境后果的忽视导致了部分土壤和水资源的石油烃污染。
石油是主要的能源来源之一，自2018年以来，石油产业贡献了全球50%的初级能源。然而，石油及其相关产品仍是土壤污染的主要来源，也是环境中最持久的有机污染物之一（Adipah，2019年；Falih等人，2024年）。全球受污染土壤中的总石油烃（TPH）浓度平均在1.17–236.7克/千克范围内（Waychal等人，2022年）。土壤污染具有广泛影响，波及水、空气、植物、动物和人类系统（Singh，2024年）。联合国环境规划署（UNEP，2024年）指出，石油污染的土壤会改变水文循环，增加河流中的侵蚀沉积物负荷，并将碳氢化合物渗入含水层，从而影响水资源的安全性和可用性。土壤污染物可进入食物链，对动植物健康构成严重威胁（Tarighat和Boustani，2024年；Kumar等人，2025年）。土壤是一种动态的、不可再生的资源，其状况直接影响粮食生产、环境效率和全球平衡。石油污染会破坏土壤功能，进而影响作物的生长。土壤中石油污染物的存在会通过干扰土壤功能及其对植物的影响而危害土壤健康。受石油化合物污染的土壤不适合用于农业、居住和娱乐目的，会造成经济、生态和农业损失。石油化合物的毒性会导致植物地上器官功能下降，生长受阻。石油化合物的疏水性会改变土壤结构，导致水分分布不均，引发干旱，减少植物对水和养分的吸收（Mohanta等人，2024年；Bondar等人，2025年）。在土壤中移动的石油污染物会渗透到原本充满水或空气的孔隙中，与土壤颗粒或矿物结合。这些区域会遭受生态破坏，因空气和水被排除在土壤微环境之外（Okafor，2023年）。石油污染还会通过蒸气排放、直接接触和水源二次污染对植物和动物造成危害（Huang等人，2021年；Kanungo等人，2024年）。
当土壤暴露于碳氢化合物污染时，污染物会与土壤颗粒反应，降低水与颗粒的反应能力，形成较薄的双电荷颗粒层。双电荷层厚度的减小会导致土壤颗粒絮凝，从而改变土壤的物理性质。Babalar等人（2018年）发现，柴油污染增加了Atterberg界限，其影响程度取决于污染百分比；柴油含量越高，最佳土壤含水量和抗性越低。
Haghsheno和Arabani（2022年）的研究表明，柴油污染会显著降低粗粒土壤的颗粒表面粗糙度；而在细粒土壤中，则会导致粘土颗粒絮凝和二次聚集，使土壤结构变得松散。Okafor（2023年）研究了原油污染对土壤物理化学性质的影响，结果显示石油污染使土壤pH值升高至碱性，总氮、有机碳和磷含量增加；电导率、氮含量和磷含量显著下降。污染物形成的疏水层会阻碍水分渗透，从而促进地表径流，增加土壤侵蚀风险。Al-Ansari等人（2025年）也发现，土壤中的石油烃会降低渗透率，加剧地表径流并减少受污染流域的地下水补给。
鉴于石油化合物对土壤水文性质的影响，径流产生和土壤侵蚀是污染区域的主要问题。因此，有必要研究石油化合物对土壤侵蚀的影响，尽管相关过程非常复杂。许多学者在理解石油污染物如何改变土壤物理化学性质方面取得了重要进展（Hubbert等人，2015年；Gordon等人，2018年；Hagh等人，2025年；Owoyemi等人，2025年；Jabbarov等人，2024年；Salimnezhad等人，2021年；Ali等人，2024年）。Moradi等人（2024年）指出，在受石油化合物污染的疏水性土壤中，粗孔隙增多且细孔隙吸水性受限，降低了土壤的持水能力，从而增加径流。研究表明，柴油通过改变土壤疏水性影响水文过程，导致渗透率降低，进而增加径流和土壤侵蚀。因此，石油化合物对土壤水文和流体行为有诸多负面影响（Mohammadi等人，2018年）。生态系统的健康、农业稳定性和人类福祉依赖于清洁的土壤和水资源，因此必须防止石油烃污染，以确保后代能够获得食物、多样化的物种和清洁的水源。保护土壤免受污染对于保障粮食安全、生物多样性和未来几代人的清洁水源至关重要。尽管先前的研究已证实石油污染物对土壤物理和化学性质的影响，但关于它们在径流和土壤侵蚀中的作用仍缺乏足够的文献记录。因此，本研究旨在实验室条件下探讨柴油对径流产生和土壤流失的影响。本研究提供了首次实验证据，证明柴油污染在模拟降雨条件下会引发极端的水分和土壤流失。我们假设柴油污染会（a）加速径流起始，增加径流量；（b）通过破坏土壤团聚体稳定性而加剧土壤流失。这些结果可为流域管理和土壤保护提供依据，防止土壤和水资源的进一步污染。结果强调了在受石油污染的流域采取修复措施的紧迫性，以减轻相关环境风险。
研究区域
研究土壤采自德黑兰炼油厂附近的地区，纬度介于35°31′2′′至35°31′7′′N，经度介于51°24′46′′至51°24′52′′E。该地区年平均降水量约为236.2毫米，平均海拔约1012米，土壤类型为粉壤土，容重约为1.35克/立方厘米。
实验区准备
土壤样本取自表层（0–30厘米），并运送到降雨与侵蚀模拟实验室进行实验。
结果
本研究旨在探讨在小型侵蚀实验区中，向土壤表面添加柴油对土壤和水分流失的影响。表1展示了模拟实验期间径流量、径流起始时间、径流系数和土壤流失量的测量结果，每个对照组和添加柴油处理组进行了三次重复实验，相关统计分析也一并呈现。
讨论
表1和表2的分析显示，有无柴油处理的对照组之间的各项指标差异不显著（p值分别为0.29和0.22）。然而，在添加柴油的处理组中，径流起始时间减少了20.97%，径流量和径流系数分别增加了95.40%和94.98%。数据的高方差可能是造成这种差异的原因之一。
结论
在石油资源丰富的国家（如伊朗），石油生产产生的径流和土壤侵蚀是受石油化合物污染地区的主要问题。因此，识别影响土壤侵蚀过程的因素至关重要。研究表明，石油污染物会导致土壤性质变化，如渗透性、疏水性和压缩性的改变（Asadi等人，2022年）。
资金来源
本研究未获得特定资助。实验仅在塔比亚特莫达雷斯大学的降雨模拟与土壤侵蚀实验室进行，特此感谢该实验室的宝贵支持。
作者贡献声明
阿扎姆·穆姆扎伊（Azam Mumzaei）：负责撰写初稿、软件开发、方法设计、数据整理和概念构建。赛义德·哈米德雷扎·萨德吉（Seyed Hamidreza Sadeghi）：负责审稿与编辑、撰写初稿、验证结果、项目管理和方法设计、资金筹集及概念构建。梅赫迪·霍马伊（Mehdi Homaee）：负责项目管理和方法设计。贝赫鲁兹·扎雷·达基（Behrouz Zarei Darki）：负责方法设计和调查工作。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
塔比亚特莫达雷斯大学农业水文学研究小组（项目编号：IG-39713）为本研究提供了部分支持。
