1.土壤石油污染概述
1.1石油污染现状
中国作为世界最大的发展中国家及石油生产和消费大国，由于生产条件、环保技术等方面相对落后，石油污染问题突出，近几年随着国家密集出台有关土壤的新规范《土壤污染防治行动计划》、《中华人民共和国土壤污染防治法》、《关于进一步加强石油天然气行业环境影响评价管理的通知（征求意见稿）》等，土壤的石油污染问题日益受到重视。
石油污染土壤主要来源于石油勘探、开采、运输以及储存过程，我国勘探开发的油气田共400多个，分布在25个省市和自治区，覆盖面积3.2×105km2，约占国土面积的3%[1]。根据2014年4月全国土壤污染现状调查结果显示，在众多污染物中，烃类污染物是土壤有机污染物主要组成之一[2]。统计数据显示，全球每年的石油总产量已超过36亿t，仅统计在原油的开采阶段出现的常态损耗以及事故性泄漏等原因所造成的损失，就约有 800～1000 万t石油污染物进入生态环境中[3]。
随着社会不断发展，人类对石油的依赖程度不断加大，在过去很长一段时间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[4]。我国石油石化企业涉及的场地主要有：采油井站、联合站、炼油厂、化工厂、油库等[5]。其中采油井站是石油勘探开发的场所，它是通过地质勘探、钻井工程施工以及采油工程管线架设形成的石油开采一线，在石油开采过程中，由于泵、输油管线、储油罐、原油净化处理等会引起原油泄漏，在进行试井等井下作业过程中，也会有原油泄漏洒落在井场，对油田场地土壤造成石油污染。采油井站在生产阶段可能持产生新的污染，但等到废弃以后，石油造成的污染没有新增加的途径，这时候对其进行评价更加合理。
1.2石油污染土壤危害
石油烃被吸附在土壤颗粒内部，污染物质难以扩散，除少数轻质组分外，大部分的石油烃都被固定在土壤中，其中高分子量石油烃难于被降解，随着污染的加剧，时间的延长在土壤中逐渐累积，对微生物造成更强的毒性，导致微生物多样性降低，不利用石油污染土壤的修复，造成土壤的持久性污染；石油烃的化学元素主要为碳，还有少量的氢、氧和硫等，造成石油污染的土有机碳含量的升高，氮、磷等营养元素不足，导致比例失调。
石油污染土壤会破坏土壤结构,分散土粒,使土壤的透水性降低。其富含的反应基能与无机氮、磷结合并限制硝化作用和脱磷酸作用,从而使土壤有效磷、氮的含量减少。土壤被污染后会严重影响依赖于土壤的生存的动植物的正常生长,作物不论是从产量还是品质都会出现严重下滑,植物吸收或吸附了这些有毒有害物质后，会通过食物链在人体富集进而危及人体健康。不同性质的石油污染物进入土壤环境不仅有可能造成土壤盐碱化、毒化，导致土壤破坏和废毁，而且其有毒物能通过农作物尤其是地下水进入食物链系统，最终直接危害人类[6]。
2、研究区概况及研究意义
江苏油田油区主要分布在江苏、安徽两省的6市12个县，地处中纬度，亚热带四季分明，季风显著，雨量充沛，日照充足，无霜期长；地形以平原为主，低山、丘陵、岗地少。由于地处全省南北过渡的地带，土壤类型比较复杂，农业生产历史较长，农产品种类多、品种丰富，主要有水稻、小麦、油菜、大豆、蔬菜等。
江苏油田含油土壤实际情况，尚没有准确全面测试数据，开发相关技术，形成原有或突发的含油土壤污染及时、准确、高效的处理技术，对于中石化和江苏省绿色发展和环保管理先进单位十分必要和迫切，截止2018年初，江苏油田废弃井按照井种类分：油井1605口，气井3口，水井125口，油井比例占92.6%，计划退地207口。
江苏油田勘探开发的主要场所基本处在基本农田保护区，耕地资源紧张，一般情况下井场废弃后会归还给当地农民用于农业生产，国家出台的法律法规越来越严格，针对这部分可能存在污染的土壤，按照现有的国家法律法规，油田企业必须进行土壤修复，但是目前没有与石油行业土壤相关的、有针对性的修复标准，企业自身也无法判断哪部分土壤需要进行修复，盲目开展修复会浪费大量人力财力。而陆上石油与天然气开发对土地产生影响的污染物主要是石油烃和盐类，相比其他行业污染影响并不复杂，污染因素比较单一。建立一套以土地质量和农产品品质、产量为主要指标的评价体系非常必要和迫切。
3、目前国内外土壤质量评价现状
各国由于土壤性质差异，对于土壤质量问题重视的程度不同，侧重关注的指标也不一样，但对土壤所需要基本功能认识一致，具体可概括成以下3个方面：一是生产力，即土壤提高生物生产力的能力；二是环境质量，即土壤降低环境污染物和病菌损害的能力；三是动植物健康，即土壤质量影响动植物和人类健康的能力[7]。
土壤质量指标反映了土壤基本功能的好差，它一般包括土壤物理（主要是土壤质地和结构、土层和根系深度、土壤容重和渗透率、土壤含水量、团聚稳定性等）、化学性质（主要是有机 C、全 N、有效 P、交换性 K、pH 值、阳离子交换量（CEC）、电导率、Zn、Mo 等）和生物性质（主要是土壤上生长的植物、土壤动物和土壤微生物） 3个方面的指标，土壤质量评价中评价指标的确定和土壤质量等级的划分十分关键[8]。土壤质量的评价方法国际上尚没有统一的标准，也没有固定的方法。需要综合考虑生态系统的类型、土壤的功能、土地利用方式等。
3.1国外技术现状
针对石油污染土壤的研究，Adams等[9]冋利用农业废弃物鸡粪和稻壳对模拟原油污染土壤进行试验，证明营养物质比例较高的石油污染土壤质量更加健康，它能促进微生物对土壤的自然修复能力。
针对石油开采造成盐类物质对土壤的影响，很多研究者通过对土壤生物开展了相关研究。美国学者Neh[10]过研究发现，线虫群落可以用来指示土壤的污染情况；澳大利亚学者Pankhurst等[11]研究发现土壤中型动物（螨类、弹尾目）、食菌原生动物等可以用来指示土壤质量。
从国外对石油污染土壤的评价技术现状来看，国外专家学者开展了许多研究，但大多具有单一性，得出的评价依据和指标基本上侧重于土壤微生物一个方向，没有成形的整体性评价，开展的研究范围有限，没有足够的代表性。
3.2国内技术现状
张泽霆等[12]对重石油污染土壤和特殊环境下石油污染土壤进行研究，认为石油污染土壤性质（包括土壤类型、土壤的含水量、孔隙率、石油污染浓度等）、营养物质（包括营养元素比例、营养物质的持续供应能力、营养物质的来源）是关键指标。
王兵等[13]为解决石油污染土壤原位修复时出现的修复植物选取工作量大、耗时长等问题，在研究区域地理自然条件的基础上，采用层次分析法和优劣解距离法建立了一套石油污染土壤修复植物评价体系，结合四川长宁页岩气井场现状，选用指标主要涉及植物自身生理特性（植株存活率、种子发芽率、植株生长速率和植株生物量）、自然环境条件（光照强度、水分、温度）和土壤环境因素（土壤污染情况和土壤肥力），再并利用权重敏感性分析和室内试验校核确定了各指标权重。
王金成等[14]通过分析陇东黄土高原地区石油污泥在原位修复过程中土壤主要肥力指标的变化情况，采用常规方法测定了土壤有机质、总石油烃含量、含盐率、碱解氮、速效磷、速效钾、土壤脲酶、脱氢酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶等土壤肥力指标，并对石油污泥指标原始数据进行中心化处理，对土壤肥力因子的综合分析，得出各因子的特征根、贡献率及累计贡献率，研究结果表明主要肥力指标中与土壤质量起正相关作用的有土壤碱解氮、速效钾、速效磷、脲酶、脱氢酶、Shannon-Wiener多样性指数、Patrick丰富度指数及Pielou 均匀度指数，起负相关作用的有土壤TPHs、含盐率、pH、有机质和多酚氧化酶和过氧化氢酶。
综合来看，国内开展的石油污染土壤相关研究也有限，并且至今为止只有在实验室里的盆栽实验成功情形，还没有现场的成功案例，形成了一些研究成果但少有学者继续跟进，没有形成合适的指标体系能够对油田废弃井场的土壤质量做出评价，技术指标的缺失制约了行业进行土壤修复的开展，不利于行业的可持续发展。
4、指标体系构建
4.1井场筛选、土壤采样及布点方法
选择江苏油田油区周边有农田的井场，选取6口井左右，按照废弃3年以内的2口、废弃3-10年2口、废弃10年以上2口进行选取。
油水井修井作业过程决定了井场土壤污染呈点状分布，传统的几种土壤布点方法（对角线布点法、梅花形布点法、棋盘式布点法等）不能反映废弃井场土壤污染的真实情况。
在待选的井场中开展土壤采样及布点方法研究，根据现场情形和历史施工作业的场地布置特征，以井口和泥浆池为重点区域进行多点布设，在井口周围布设2-3点，泥浆池位置布置对角线3-4个点位，在井场其他位置布设1-2个点位。考虑石油污染物质的迁移因素，在0cm-30cm、30cm-50cm和50cm-80cm三处分别取样；同时按照传统的梅花形布点法要求采集废弃井场样品。将两种采样得到的检测结果进行实验比较，验证废弃井场土壤针对性布点及采样方法的科学性和合理性。
4.2石油天然气开发土壤污染特征指标筛选
如果根据《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》要求，油田废弃井场需要至少测试45个项目，但陆上石油与天然气开发对土地产生影响的污染物比较单一，通过对几个油田已退出井场土壤质量的系统分析评价，开展针对性的特征污染机理研究，科学提出这个行业土壤质量评价规范，优化调查评价项目，大幅度减少调查、评价费用每个油田选取上述的6个井场，对井场土壤和背景土壤，按照《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》要求进行项目全分析，剔除未检出的项目。
4.3油田土壤污染评价指标体系构建研究
借鉴国内外常用土壤评价过程和方法，结合本课题研究特征污染物质以及突出农产品指标的评价方向，主要指标包括污染物指标（主要包括重金属、石油类、挥发酚、苯系物、多环芳烃类等）、土壤理化及肥力指标（包括土地利用类型、质地、根系深度、容重、保水性、透气性、有机质、全氮、有机磷、CEC、全磷、pH、含盐量、阳离子交换量等）、农产品品质指标（包括物理、化学和营养品质，外观形态、水分、灰分、碳水化合物、蛋白质、氨基酸组成、脂肪及脂肪酸、维生素）。与清华大学生态所一道，运用层次分析法筛选和确定污染风险指标的权重，通过专家打分或文献调研构造判断矩阵，计算出各因素相对理论权重，并对结果进行一致性检验，确定污染风险指标集的权重，最终风险评价结果表征为所有单个指标赋值加权乘积的和，属性指标划分指单个影响因素内部的分级，数值指标是属性指标的评分值，设定分值范围是1-10，最终污染风险评价结果表征为所有单个指标赋值加权乘积的和，由下式计算：
油田废弃井场土壤质量污染风险值=C1RC1W+C2RC2W+…+CnRCnW （1）
式中：R代表赋值，W代表权重值。
对评价结果的数值进行分级，确定低风险区、中风险区及高风险区对应的分数范围，分别对应可以直接退耕复垦、建议开展多种形式的简单修复、需要进行相对复杂的修复治理三种情形。
4.4土壤修复经济指标测算
根据土壤指标评价体系的评价结果，低风险区可以直接退耕；中风险区进行简单的植物修复（根据各油田主要作物确定植物类型）或者直接补充缺少的部分营养物质；高风险区需要根据污染特征开展不同类型的修复经济指标测算（物理修复技术、化学修复技术、微生物修复法、植物修复法等），通过井场土壤场地污染特征、修复达标所需要的时间、修复所需要的经济成本综合形成科学合理的经济指标。研究分析形成针对不同污染类型的油田废弃井场的土壤修复最佳方案，用于指导修复实践。
5、预期效果
研究形成一套针对油田废弃井场的土壤采样及布点方法，能够科学反映本行业土壤污染的真实情况，可能形成行业规范；在此基础上研究提出行业土壤污染特征指标，科学提出这个行业土壤质量评价规范，优化调查评价项目，大幅度减少调查、评价费用。
目前石油与天然气开采业还没有关于对油田废弃井场土壤污染评价指标体系的技术规范。江苏油田环境监测站长期开展部分常规项目的监测业务，能够自主开展一部分土壤污染物指标、土壤肥力指标和土壤理化指标的检测工作；油区周边的扬州大学等大专院校、农业科研院所以及专业检测机构对农产品领域拥有足够的专业资质；清华大学生态所的主要研究方向包括保护生态学、区域生态评价、微生物生态学以及环境健康等，长期从事土壤植物修复方面的研究工作，并且在行业内有一定的权威性，建立起来的油田废弃井场土壤质量污染评价指标体系将会在全国石油石化行业内有广泛应用价值。
根据评价体系的评价结果，低风险区可以直接退耕；中风险区进行简单的植物修复（根据各油田主要作物确定植物类型）或者直接补充缺少的部分营养物质；高风险区需要根据污染特征开展不同类型的修复经济指标测算（物理修复技术、化学修复技术、微生物修复法、植物修复法等），汇总计算形成科学合理的经济指标，并形成针对不同污染类型的油田废弃井场的土壤修复最佳方案。中国石化总计报废井2万多口，且每年新增报废井约1000-2000口。如果不修复，涉嫌违法违规；如果盲目开展修复，会浪费大量的人力财力。该项指标一旦建立，对于油田环境保护和未来油田可持续发展意义重大。
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