汪志榮，王靜蘭，韓志捷，華 亞

(天津理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院，天津 300384)

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石油污染鹽堿土壤生物修復(fù)模式

汪志榮，王靜蘭，韓志捷，華 亞

(天津理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院，天津 300384)

石油污染鹽堿土壤的生物修復(fù)從機(jī)理上看，最主要的作用是微生物的降解能力，而植物和其他措施則主要起著輔助和刺激土壤微生物發(fā)揮效用的作用。因此，將石油污染鹽堿土壤的生物修復(fù)模式劃分為生物強(qiáng)化、生物刺激以及生物強(qiáng)化和生物刺激組合的三大類。生物強(qiáng)化主要強(qiáng)調(diào)石油污染物降解的直接加強(qiáng)措施，使該作用成為修復(fù)的主流或強(qiáng)勢；而生物刺激則強(qiáng)調(diào)環(huán)境因素的改變，使生物強(qiáng)化效果提高的各種間接措施。在實(shí)際應(yīng)用過程中，生物強(qiáng)化和生物刺激聯(lián)合模式是提高石油污染物快速降解轉(zhuǎn)化的主要生物修復(fù)模式。目前國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，在降解率方面，生物刺激<生物強(qiáng)化<生物強(qiáng)化和生物刺激的組合。根據(jù)污染土壤的具體情況，一般采用的生物刺激手段越豐富，降解效果越好。一般地，影響石油降解的順序?yàn)闋I養(yǎng)>表面活性劑>電子受體。因此，生物強(qiáng)化是生物修復(fù)的主體，輔助以適當(dāng)?shù)纳锎碳な侄问鞘臀廴钧}堿土壤生物修復(fù)模式的首選。而成本有限時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮營養(yǎng)刺激。

石油污染；鹽堿土壤；生物強(qiáng)化；生物刺激；生物修復(fù)模式

石油開采、貯運(yùn)、煉制加工及使用和運(yùn)輸過程中會(huì)引起一系列土壤石油污染問題[1]。隨著石油污染程度日益加重，僅依賴土壤的自凈能力已很難使土壤環(huán)境達(dá)到新的平衡。因此，在自凈作用基礎(chǔ)上的加速污染凈化的各種措施勢在必行。目前，生物法是最有發(fā)展前途的石油污染土壤修復(fù)的方法之一[2]。生物修復(fù)方法主要包括微生物修復(fù)、植物修復(fù)以及微生物和植物聯(lián)合修復(fù)。隨著相關(guān)研究工作深入和應(yīng)用技術(shù)的開展，生物修復(fù)技術(shù)體系的研究越來越重要，其中生物修復(fù)模式以及如何選擇決定著石油污染土壤修復(fù)的效果和進(jìn)程。從石油的自然生物降解過程看[3]，生物自凈即微生物消耗氧氣，以石油為碳源和能源，在營養(yǎng)物質(zhì)的刺激作用下將石油分解為小分子物質(zhì)的同時(shí)獲取能量用于細(xì)胞物質(zhì)合成的過程：石油產(chǎn)品+微生物+O2+營養(yǎng)物質(zhì)→CO2+H2O+副產(chǎn)品+生物量。在此過程中，不僅涉及到生物過程，同時(shí)也涉及了物理過程和化學(xué)過程。為了系統(tǒng)討論生物修復(fù)模式，筆者將從生物修復(fù)機(jī)理角度分析石油污染鹽堿土壤的生物修復(fù)模式。

1 石油污染鹽堿土壤生物修復(fù)理論

石油污染鹽堿土壤的生物修復(fù)模式取決于生物修復(fù)的機(jī)理。生物修復(fù)理論研究的發(fā)展使得生物修復(fù)模式越來越豐富和多樣，為生物修復(fù)在野外石油污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。在生物修復(fù)機(jī)理中，微生物是降解石油烴的主要?jiǎng)恿Γ诶碚撗芯恐兄饕獪h及微生物降解機(jī)理，接種微生物和土著微生物共同、拮抗作用，石油烴降解菌的篩選和結(jié)構(gòu)分析，環(huán)境因素對微生物降解的影響這4個(gè)方面。植物-微生物聯(lián)合修復(fù)的理論研究則傾向于根際效應(yīng)對微生物和植物的影響。

1.1 微生物作用

1.1.1石油降解微生物種類。近年來，國內(nèi)外學(xué)者不斷從環(huán)境中分離、篩選出降解石油烴類高效菌群，應(yīng)用于修復(fù)研究中，取得了顯著效果。至今為止，已知能降解石油中各種烴類的微生物約100余個(gè)屬、200多個(gè)種。其中土壤中最常見的石油降解細(xì)菌菌屬為節(jié)桿菌屬(Arthrobacter)、黃桿菌屬(Flavobacterium)、無色桿菌屬(Achromobacter)、假單胞菌屬(Pseudomonas)[4]、不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)、產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、微球菌屬(Micrococcus)、分支桿菌屬(Mycobacterium)、棒球桿菌屬(Corynebacterium)[5-6]、奈瑟氏球菌屬[7]等。

目前，實(shí)際生物修復(fù)工程中已用的除了少數(shù)的外源微生物或基因工程菌外，大多以土著接種微生物為主。土著微生物降解石油有著巨大潛力，是生物修復(fù)的基礎(chǔ)。絕大多數(shù)生物降解中，采用土著微生物對其富集篩選后重新投入到原污染土壤中既方便又經(jīng)濟(jì)。相對地，基因工程菌具有適應(yīng)期短、可以重復(fù)接種、更易于生存等優(yōu)勢。一般地，不論微生物種類，接種微生物應(yīng)滿足3個(gè)基本條件[8]：①投加后，菌體活性高；②菌體可快速降解目標(biāo)污染物；③在系統(tǒng)中不僅能競爭生存且可維持相當(dāng)數(shù)量。

1.1.2石油降解微生物的獲得方法。目前，石油降解(耐鹽堿)菌株或菌群一般采用直接篩選法和組合法獲得。直接篩選法是直接從污染樣品中進(jìn)行培養(yǎng)、馴化、富集獲得，而耐鹽堿菌群則采用高礦物鹽基礎(chǔ)培養(yǎng)基從鹽漬樣品中獲取。組合法是對已有幾種高效石油烴降解菌進(jìn)行隨機(jī)組合形成混合菌種方法，多株菌混合培養(yǎng)會(huì)存在營養(yǎng)、環(huán)境等因素的相互競爭和代謝物拮抗作用，因此，研究菌群中單菌株間的相互作用，降低菌株間拮抗作用，尋求各菌種間適宜的配比是組合法獲得耐鹽堿菌群的關(guān)鍵。王麗娟進(jìn)行菌株組合試驗(yàn)，獲得降解效率更好的混合菌系 ACD-3，在3 d的降解時(shí)間里，降解率達(dá)到 39.67%，比單菌降解率提高了 15%左右。通過三因素四水平正交試驗(yàn)得出混合菌系最佳接種配比為A∶C∶D=1∶4∶1[8]。楊仕美以天津港六號碼頭沉積物為菌源地，分別以原油、正十六烷、多環(huán)芳烴為碳源，經(jīng)過7周期的富集得到3種混合菌群BXHH-1、ALK-1、PAH-1，BXHH-1 為菌群基礎(chǔ)，復(fù)配PAH-1，構(gòu)建得到新的混合石油烴降解菌群。該菌群與原菌群相比，對原油和芳烴的降解能力都有所提高，這為溢油現(xiàn)場修復(fù)提供了良好的菌源[9]。但由于菌株間隨機(jī)組合的不確定性，菌株間穩(wěn)定共存不易，因此直接篩選法成為目前的主流方法。

1.1.3石油降解微生物的降解率。從現(xiàn)有研究成果看，微生物的降解率依照試驗(yàn)條件(微生物種類和來源、營養(yǎng)、水分、氧氣、降解時(shí)間等)的不同而不同，從較低的10%到高達(dá)80%以上。Ueno等從添加N、P肥料試驗(yàn)土壤中分離出石油高效降解菌株，將其富集后用于生物修復(fù)試驗(yàn)，TPH降解率達(dá)50%左右[7]。其中效果最顯著的是王洪君等采用加土著菌、水、增加土壤空隙度等方法處理冀東油田含油土壤，183d后降解率為81.6%[10]。

1.2 植物作用及其與微生物聯(lián)合作用植物對石油污染鹽堿土壤的修復(fù)，不僅具有吸收作用，同時(shí)植物的根系存在著根際效應(yīng)。根際效應(yīng)是指植物根系分泌物促進(jìn)接種微生物的活性并為接種微生物降解石油提供共代謝底物，刺激微生物活動(dòng)的增強(qiáng)從而提高降解效率。Xu等利用黃河三角洲堆制后土壤經(jīng)90 d盆栽試驗(yàn)后(5種供試植物田菁、堿蓬、補(bǔ)血草和中亞濱藜、黑麥草)，通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，植物根生物量、根系表面積、根體積、根際土壤石油烴降解菌數(shù)量與土壤中石油烴濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，強(qiáng)大的根系系統(tǒng)可以為根際微生物提供良好生存微域，提高了根際石油烴降解菌數(shù)量，促進(jìn)了根際石油烴的高效降解[11]。與植物的吸收作用相比，植物的根際效應(yīng)對石油污染物的去除更為重要，一般地，植物-微生物聯(lián)合效果要強(qiáng)于微生物和植物單獨(dú)作用效果的加和。馬傳鑫在含油量10 000 mg/kg條件下研究微生物、植物-微生物聯(lián)合作用的降解效率表明，植物-微生物聯(lián)合的降解率為45.7%，而微生物的降解率為44.6%，證明了微生物是強(qiáng)化作用的主體[12]。因此接種微生物與本土微生物的協(xié)同作用需在修復(fù)過程中強(qiáng)化表現(xiàn)。

1.3 環(huán)境因素作用

1.3.1營養(yǎng)。石油烴污染改變了土壤中的C/N比值，微生物在利用這些多余的C作為生長底物時(shí)會(huì)使可利用的N、P等無機(jī)養(yǎng)分迅速“流失”[13]，從而導(dǎo)致污染土壤缺氮、缺磷的狀態(tài)，影響微生物的生長及其對石油烴的降解能力。所以可以采用人為投放N、P、K等營養(yǎng)成分(通常是以肥料的形式加入)的方法來促進(jìn)土著微生物的生長和活動(dòng)，從而提高其對石油污染物的降解能力。

1.3.2電子受體。微生物氧化還原反應(yīng)一般以氧作為電子受體，所以電子受體刺激以提供土壤氧含量為主。多數(shù)參與石油降解的微生物為好氧微生物。據(jù)計(jì)算，每分解1 g石油需O23～4 g。微生物在無氧條件下也會(huì)降解石油烴類，但速率很低，生態(tài)意義不大。電子受體刺激不僅可以提高土壤降解酶的活性，而且能夠使土壤的pH保持穩(wěn)定[14]，所以電子受體刺激可以增加石油污染物的降解。電子受體刺激的措施主要有①翻耕土壤，增加土壤含氧量；②添加疏松劑，增加土壤孔隙度，使土壤含氧量增加；③施加氧化劑(H2O2)；④灌溉，增加供試土壤的含水量或降低含鹽量。

1.3.3表面活性劑。烴類的可溶性及分散程度直接影響石油的生物可利用性，油的分散能促進(jìn)微生物對石油烴的降解。由于油的疏水性、土壤膠體對油的吸附性或不能溶解到土壤有機(jī)質(zhì)中等原因，使微生物不能與之充分接觸，影響降解效果[15]。表面活性劑能促進(jìn)石油污染物的解析與溶解，加快生物降解過程。生物表面活性劑與化學(xué)表面活性劑都可顯著提高石油降解率，但前者無二次污染。表面活性劑的類型、濃度也會(huì)影響石油降解效果。

1.3.4鹽分。鹽分對微生物多聚物(如蛋白質(zhì))、微生物活性、微生物種類都有影響[16]。較高濃度鹽分離子的水合作用會(huì)導(dǎo)致一些重要的生物反應(yīng)不能進(jìn)行；同時(shí)，較高的鹽分會(huì)影響石油降解微生物的代謝活性；高鹽環(huán)境使得非耐鹽微生物種群種類減少[17]。因此，環(huán)境土壤的含鹽量升高會(huì)抑制石油降解菌活性，降低石油降解效率。近年來，有研究人員從石油污染鹽堿土壤中篩選耐鹽降解菌，并用其進(jìn)行石油污染土壤的修復(fù)試驗(yàn)。

一般土壤中篩得的石油降解菌較難適應(yīng)高鹽的環(huán)境。所以，針對石油污染土壤的高鹽情況有兩種應(yīng)用措施，一是從鹽堿土壤中篩選耐鹽堿菌群，郭若勒等接種嗜鹽菌和馴化土著菌，土壤樣品的石油降解率比只投加馴化土著菌的土壤樣品提高了9.8%[18]。二是淡水壓鹽，再接種非耐鹽堿菌或菌群。淡水壓鹽可有效降低土壤含鹽量，使接種的外源微生物發(fā)揮高效降解作用，而且隨著淡水壓鹽次數(shù)越多，石油降解率也有所增大，微生物多樣性有不同程度提高，土壤生態(tài)得到了恢復(fù)。胥九兵等在孤東采油廠附近，采用淡水壓鹽后接種菌肥、肥料共同修復(fù)油田鹽堿土壤，降解率達(dá)到67.7%[19]，但是該方式在實(shí)際修復(fù)過程中需要考慮土壤質(zhì)地、地下水位的影響，它沒有耐鹽堿菌群篩選適用范圍廣。

2 石油污染鹽堿土壤生物修復(fù)模式

從石油污染鹽堿土壤的生物修復(fù)機(jī)理來看，筆者將生物修復(fù)模式歸納為生物強(qiáng)化、生物刺激以及二者組合的三大模式。生物強(qiáng)化主要強(qiáng)調(diào)石油污染物降解的直接加強(qiáng)措施，使該作用成為修復(fù)的主流或強(qiáng)勢，主要有增強(qiáng)微生物作用(如增加石油降解微生物的數(shù)量)、增強(qiáng)植物吸收作用(如種植對石油污染物具有較強(qiáng)吸收作用的植物)；生物刺激則強(qiáng)調(diào)環(huán)境因素的改變，使生物強(qiáng)化效果提高的各種間接措施，包括改善微生物生長環(huán)境的營養(yǎng)刺激(如施肥等)、表面活性劑刺激(投加人工/生物表面活性劑，改變石油烴的狀態(tài))、電子受體刺激(如翻耕、灌溉等)、植物刺激(種植促進(jìn)污染區(qū)降解微生物生長的植物等)；而生物強(qiáng)化和生物刺激組合模式是選擇二者結(jié)合的方式，提高石油污染物快速降解的模式(表1)。

顯然，在石油污染鹽堿土壤的生物修復(fù)中，生物強(qiáng)化模式為主，生物刺激模式為輔，二者相輔相成，除非污染環(huán)境本身?xiàng)l件得天獨(dú)厚，否則任何單一措施的修復(fù)效果都不會(huì)太理想。相對于單一生物強(qiáng)化和生物刺激而言，生物強(qiáng)化和生物刺激的聯(lián)合修復(fù)模式更為復(fù)雜和難于把握，但可能的修復(fù)效果更為理想和更易于形成和維持新的自然生態(tài)平衡。目前對于鹽堿土壤的石油污染修復(fù)問題，由于土壤受到石油和鹽分的雙重協(xié)迫，為了確保微生物在鹽堿的環(huán)境下能夠高效發(fā)揮石油降解的能力，可以選擇耐鹽堿的石油降解微生物(或菌群)或經(jīng)灌水壓鹽降低土壤含鹽量后，再應(yīng)用微生物修復(fù)。但從修復(fù)機(jī)理和修復(fù)模式上，都屬于表1的范疇。由于植物對石油污染物的強(qiáng)化作用遠(yuǎn)弱于根際效應(yīng)的刺激作用，因此，筆者將植物作用歸類為生物刺激。綜合目前國內(nèi)外石油污染鹽堿土壤的主要修復(fù)措施的研究和應(yīng)用情況(表2)來看，生物刺激與生物強(qiáng)化組合是最有前途的應(yīng)用修復(fù)模式。

表1 石油污染鹽堿土壤生物修復(fù)模式

表2 國內(nèi)外主要修復(fù)模式的對比

接下表

續(xù)表2

2.1 以外源微生物強(qiáng)化為主的模式以外源微生物強(qiáng)化為主的模式分為微生物強(qiáng)化模式、微生物強(qiáng)化與生物刺激組合模式。將微生物用于強(qiáng)化之前的前處理措施主要有灌水壓鹽和耐鹽堿菌群的篩選。由于灌水壓鹽是鹽堿地改良的最原始也是最有效的方法之一，因此，也成為目前鹽堿土壤石油污染修復(fù)的前處理的主要方式。灌水使土壤中鹽分大幅度下降，為微生物的代謝提供了良好鹽分環(huán)境，這也為外源微生物發(fā)揮強(qiáng)化作用提供了基礎(chǔ)。但值得注意的是，灌水壓鹽措施由于營養(yǎng)流失需要后續(xù)的營養(yǎng)補(bǔ)充，否則影響降解微生物的降解效率。郭婷等采用灌水壓鹽+外源固體菌劑+土壤改良劑、灌水壓鹽+土壤改良劑修復(fù)石油污染鹽堿土壤的結(jié)果表明，前者的石油降解率比后者高10%[20]。而胥九兵等在勝利油田孤東采油區(qū)某采油井附近的修復(fù)試驗(yàn)表明，采取灌水壓鹽+營養(yǎng)+外源固體菌劑+土壤翻耕、灌水壓鹽+營養(yǎng)+土壤翻耕、淡水壓鹽+營養(yǎng)3種修復(fù)模式，3塊修復(fù)區(qū)域的兩個(gè)月的石油降解率為67.7%、41.4%、22.30%，模式1和模式2降解率相差26.3%，這說明了接種微生物對降解起了重要作用[19]。

隨著微生物學(xué)的發(fā)展，耐鹽堿微生物的篩選給鹽堿土壤石油污染修復(fù)帶來曙光。目前，多數(shù)現(xiàn)場修復(fù)都采用外源耐鹽堿石油降解菌群強(qiáng)化作用或其強(qiáng)化應(yīng)用與相應(yīng)的生物刺激組合的修復(fù)模式。Chikere等在耐鹽堿石油降解菌篩選基礎(chǔ)上，采用外源菌群的生物強(qiáng)化修復(fù)模式，對石油污染土壤進(jìn)行修復(fù)。結(jié)果表明，細(xì)菌、放線菌、真菌都具有降解石油的能力[21-22]。Federici等研究表明，外源菌群能使土壤微生物多樣性有所增加[23]。在耐鹽堿菌群篩選的基礎(chǔ)上，接種外源微生物并根據(jù)土壤理化性質(zhì)(C∶N∶P、含水率、孔隙度等)采用相應(yīng)的生物刺激手段可實(shí)現(xiàn)高效降解的目的。寧雯采用外源耐鹽堿菌群強(qiáng)化+營養(yǎng)+水+疏松劑的修復(fù)模式，比較了山東東營地區(qū)的石油污染土壤在添加蓬松劑、外源微生物、營養(yǎng)、水分等的修復(fù)效果。結(jié)果表明，相對自然放置、營養(yǎng)鹽+水、營養(yǎng)鹽+水+麥糠等試驗(yàn)組，營養(yǎng)鹽+水+麥糠+外源菌群試驗(yàn)組的降解效率最高[16]。Silva-Castro等對比菌群A(由產(chǎn)表面活性劑菌和石油降解菌組成)和N、P、K肥料，菌群B和有機(jī)肥料修復(fù)石油的效果。結(jié)果表明，接種菌群B和有機(jī)肥料降解率與自然放置相近，菌群A和N、P、K肥料降解PAHs能達(dá)到96%，證明了接種產(chǎn)表明活性劑菌和石油降解菌菌群能有效促進(jìn)石油降解[24]。

目前，生物刺激手段除添加營養(yǎng)外，增加了對表面活性劑、電子受體的研究。多數(shù)研究表明，在修復(fù)過程中，各因素的重要性順序：營養(yǎng)>表面活性劑>電子受體。王哲等研究營養(yǎng)物質(zhì)、表面活性劑、通氣量、電子受體對石油降解的影響。結(jié)果表明，在最佳修復(fù)條件下，3 d石油降解率較只進(jìn)行菌種強(qiáng)化時(shí)最高除油率提高了約17%。影響土壤生物修復(fù)的因素依次為營養(yǎng)物質(zhì)、表面活性劑、通氣量、電子受體[25]。張秀霞等研究固體菌肥在不同降解時(shí)期各影響因素的重要性順序，結(jié)果表明修復(fù)過程中，接種量是最重要的影響因素，營養(yǎng)元素N、P的投加量在初期影響不大，但在后期隨著營養(yǎng)的消耗逐漸成為主要影響因素，表面活性劑和氧化劑影響次之[26]。劉曉艷等用嗜油微生物研究電子受體對石油降解效果時(shí)發(fā)現(xiàn)，含氧量對微生物降解石油能力的影響較大，施加適量的H2O2，油污降解能力逐漸提高[27]。王博對比外源耐鹽堿菌群+營養(yǎng)、外源耐鹽堿菌群的修復(fù)效果，試驗(yàn)結(jié)果表明，在修復(fù)15 d以后，前者的降解率始終高于后者，這說明了營養(yǎng)的缺乏是限制降解的主要因素[28]。李燕妮在研究二次投加石油降解菌的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，若不補(bǔ)充土壤的營養(yǎng)物質(zhì)，二次投加的石油降解菌無法表現(xiàn)出石油降解效果[29]。

2.2 以土著微生物強(qiáng)化為主的模式以土著微生物強(qiáng)化為主的模式包括微生物強(qiáng)化、微生物強(qiáng)化與生物刺激組合的兩種模式。而鹽堿土壤的石油污染修復(fù)，不僅可以通過生物強(qiáng)化處理，即耐鹽堿石油降解微生物應(yīng)用，也可以進(jìn)行生物刺激(灌水壓鹽)后再應(yīng)用微生物強(qiáng)化處理，并在適當(dāng)情況下結(jié)合適宜的生物刺激手段，以增強(qiáng)生物強(qiáng)化效果。

李燕妮等采用土著石油降解菌群強(qiáng)化的模式，對大港油田石油污染鹽堿土壤進(jìn)行修復(fù)。結(jié)果表明，土著菌群對石油具有良好的降解效果，耐鹽堿的石油降解菌群的石油降解率與土壤的鹽堿化程度密切相關(guān)，土壤鹽堿化程度與菌群的耐鹽堿能力相當(dāng)時(shí)才具有良好的石油降解效果[29-30]。秦曉等研究不同含鹽量條件下，生物強(qiáng)化和生物刺激對修復(fù)的影響。結(jié)果表明，鹽度對生物修復(fù)影響很大，低含鹽量下，強(qiáng)化和刺激的作用更為顯著，淡水壓鹽和土著菌群、營養(yǎng)能夠有效促進(jìn)降解[31]。郭若勒等對比空白、投加土著菌、投加土著菌和嗜鹽菌對修復(fù)效果的影響。同時(shí)投加嗜鹽菌和馴化土著菌的土壤樣品的石油降解率比只投加馴化土著菌的土壤樣品提高了9.8%，而且微生物群落最豐富[18]。說明嗜鹽菌和馴化土著菌的聯(lián)合修復(fù)適合于高鹽高油的土壤。

在翻耕、疏松劑共同作用下，土著菌群修復(fù)效果更為顯著。陳立等研究土著菌群、充氧、添加劑的共同作用對降解的影響。結(jié)果表明，土著菌液、翻耕、添加劑共同作用的石油累計(jì)去除率達(dá)到69%以上，而對照區(qū)由于營養(yǎng)匱乏，本土微生物的降解速率緩慢[32]。該研究過程中，研究者對營養(yǎng)元素進(jìn)行了跟蹤測試和調(diào)控，彌補(bǔ)了以上模式中一次性加入營養(yǎng)元素的缺陷。陳麗華采用土著菌群+翻耕+鋸末修復(fù)石油污染土壤，結(jié)果表明，土壤加入混合菌并結(jié)合翻耕、添加鋸末技術(shù)，其脫氫酶活性比不添加鋸末和翻耕頻率較低的土壤高出2倍左右[33]。Suja等利用土柱試驗(yàn)研究土著菌群與營養(yǎng)、通氧共同作用對石油污染的降解效果，土柱表層在生物強(qiáng)化和營養(yǎng)刺激下TPH降解率達(dá)到79%，而底部在微生物強(qiáng)化、營養(yǎng)、氧氣的共同作用下，動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)達(dá)到0.039 0 d-1。

2.3 以植物-微生物聯(lián)合強(qiáng)化為主的模式植物-微生物間的根際效應(yīng)既增強(qiáng)了植物對石油的耐受能力又增強(qiáng)了根區(qū)石油降解菌群的活性，從而有效促進(jìn)了降解。在植物-微生物修復(fù)的基礎(chǔ)上聯(lián)合適當(dāng)?shù)纳锎碳な侄危稍鰪?qiáng)植物-微生物間的協(xié)同作用，從而達(dá)到高效降解的目的。

馬傳鑫采用苜蓿-外源耐鹽堿菌群修復(fù)大港油田石油污染鹽堿土壤發(fā)現(xiàn)，在有植物作用的條件下，土壤中微生物數(shù)量比非根系更多，且植物根系能夠延長外源菌群起作用的時(shí)間[12]。高晶利用高羊茅-真菌聯(lián)合修復(fù)大港油田采油井旁受原油污染的鹽堿土壤，經(jīng)正交試驗(yàn)分析的石油去除率的最佳組合：洗鹽2次，添加菌劑8%，添加營養(yǎng)土7%[35]。張娟娟等采用苜蓿-土著石油高效降解菌群原位修復(fù)濮陽油區(qū)石油，充分翻耕試驗(yàn)土壤。添加了麥糠對試驗(yàn)區(qū)的氧進(jìn)行調(diào)控，利用配置的營養(yǎng)液進(jìn)行元素的補(bǔ)充和調(diào)控，修復(fù)至99 d時(shí)降解率達(dá)99.37%，說明微生物細(xì)菌與苜蓿草共同修復(fù)技術(shù)在中原油田土壤石油污染修復(fù)的有效性[36]。

李丹選用東營鹽生植物堿蓬和優(yōu)勢AM菌根真菌摩西球囊霉聯(lián)合修復(fù)孤東地區(qū)鹽漬化土壤發(fā)現(xiàn)，添加尿素-菌根真菌-堿蓬的協(xié)同修復(fù)組比種植堿蓬的植物修復(fù)組、添加尿素作為氮源的修復(fù)組、添加尿素和種植堿蓬的聯(lián)合修復(fù)組、添加菌根真菌和種植堿蓬的聯(lián)合修復(fù)組的降解率都要高，且是對照組的1.66倍[37]。Sorkhoh等研究植物和根際細(xì)菌修復(fù)土壤石油和重金屬汞污染的結(jié)果表明，當(dāng)HgCl2濃度高于40 mg/L時(shí)，降解石油能力可保持原有水平的50%，并且植物和根系細(xì)菌有著相同去除Hg的能力[38]。李琦研究了鼠李糖脂發(fā)酵液強(qiáng)化石油污染土壤植物-微生物修復(fù)的作用效果和機(jī)理，優(yōu)化后的植物-微生物聯(lián)合修復(fù)對總石油烴的降解率可達(dá)到69%[39]。Dong等研究植物-粘質(zhì)沙雷氏菌和AMF球囊聯(lián)合接種對石油污染土壤的修復(fù)的可行性表明，接種菌群增加了根際微生物種類、植物生物量和抗氧化酶活性，石油降解率為72.24%[40]。Liu等研究從高羊茅根際分離出的菌株SB促進(jìn)植物生長和產(chǎn)生表面活性劑的特性。結(jié)果表明，SB可產(chǎn)生表面活性劑和一系列促進(jìn)植物生長的物質(zhì)，SB-高羊茅聯(lián)合修復(fù)石油污染土壤更為有效[41]。

Xun等研究植物生長促進(jìn)菌(PGPR)和叢枝菌根真菌(AMF)對植物修復(fù)鹽堿地土壤石油污染的影響。結(jié)果表明，石油抑制植物的生長;然而，接種PGPR與AMF組合增加了植物的干重和高度以及3種酶的活性，可以使植物更耐油類污染物，最終植物與PGPR與AMF在中度污染的土壤處理過程中的降解率達(dá)到49.73%[42]。生物刺激作用可以促進(jìn)土著微生物活動(dòng)，提高石油降解能力。秦曉等通過投加營養(yǎng)刺激土著微生物活動(dòng)[31]，Li等采用植物刺激的模式修復(fù)石油污染土壤，都表現(xiàn)了一定的石油降解效果[11，43-44]。最為突出的例子是Be?koski等采用營養(yǎng)、電子受體刺激，經(jīng)150 d土壤石油降解率達(dá)到94%[45]。

綜上，從修復(fù)模式對鹽堿土壤石油的降解效果來看，生物刺激<生物強(qiáng)化<生物強(qiáng)化和刺激的組合。由于營養(yǎng)元素的缺乏是限制污染物降解的主要因素，當(dāng)土壤C∶N∶P達(dá)不到微生物正常代謝的比例時(shí)，必須將生物強(qiáng)化和營養(yǎng)強(qiáng)化聯(lián)合使用，否則用于生物強(qiáng)化的微生物無法發(fā)揮高效降解作用。生物強(qiáng)化和刺激的組合能夠獲得較理想的降解效果，且采用的生物刺激手段越豐富，降解效果越好。但目前研究證明，影響石油降解的順序?yàn)闋I養(yǎng)>表面活性劑>電子受體，因此，應(yīng)優(yōu)先考慮營養(yǎng)刺激，無機(jī)肥料和有機(jī)肥料都能促進(jìn)石油的降解。從生物強(qiáng)化和生物刺激模式對微生物群落結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化來看，土著微生物和外源微生物都可以起到強(qiáng)化石油污染物降解的作用。土著微生物的適應(yīng)能力強(qiáng)，環(huán)境友好，而外源微生物可增加土壤環(huán)境的微生物多樣性，二者各有利弊。從降解效果的持續(xù)性來看，石油降解率在微生物修復(fù)的初期效果顯著，并隨著時(shí)間而降低。目前研究工作多在幾日～3個(gè)月不等，尚缺乏長期的修復(fù)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論和展望

(1) 石油污染鹽堿土壤的修復(fù)根本上取決于石油降解微生物本身的特性及其對環(huán)境的適應(yīng)性。灌水雖然可以在一定程度上達(dá)到降低土壤鹽分的作用，但同時(shí)土壤養(yǎng)分的流失也會(huì)給石油降解微生物的生存帶來不利影響，因此不是解決問題的良好措施。營養(yǎng)刺激是生物修復(fù)模式中首選的刺激措施。

(2) 石油降解微生物的降解特性是石油污染鹽堿土壤生物修復(fù)的根本，主要包括石油降解微生物的降解條件、降解能力、降解穩(wěn)定性、保存方法和保存時(shí)效、石油降解微生物或菌群(優(yōu)勢菌)之間以及與土著微生物的協(xié)同和拮抗作用的條件等。耐鹽堿石油烴降解菌的篩選只能保證對土壤鹽分的適應(yīng)性，并不能保證同土著微生物競爭生長，研究高效石油降解微生物與耐鹽堿微生物之間的關(guān)系，尋求良好的介質(zhì)材料，研制一種或幾種具有一定適應(yīng)性的石油污染生物修復(fù)菌肥十分必要。

(3) 石油污染鹽堿土壤的修復(fù)是一個(gè)系統(tǒng)的問題，目前的研究工作局限在對降解菌、營養(yǎng)等因素對石油降解率的影響方面，欠缺在修復(fù)過程中對強(qiáng)化和刺激因素，如降解微生物、營養(yǎng)、氧氣、水分的動(dòng)態(tài)調(diào)控方面。因此，研究石油降解微生物應(yīng)用過程中環(huán)境條件的監(jiān)測和調(diào)控十分必要。同時(shí)，有必要對較長期的土壤環(huán)境的修復(fù)技術(shù)體系進(jìn)行研究和優(yōu)化。

(4) 為充分發(fā)揮植物在生物修復(fù)模式中的作用，植物根際降解機(jī)制尚需完善。

(5) 鹽堿土壤石油污染修復(fù)的評價(jià)體系尚待研究和建立，有利于生物修復(fù)技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用和推廣。目前對土壤環(huán)境污染的生物修復(fù)基本都關(guān)注降解率和微生物的降解性能，很少考慮土壤環(huán)境污染修復(fù)的最終目標(biāo)。建立以科學(xué)的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的生物修復(fù)模式和技術(shù)體系才是生物修復(fù)的健康發(fā)展之路。

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Bioremediation Mode of Saline Soil Contaminated by Petroleum

WANG Zhi-rong, WANG Jing-lan, HAN Zhi-jie et al

(College of Environmental Science and Safety Engineering, Tianjin University of Technology, Tianjin 300384)

Based on the mechanism of bioremediation, the most important body is to enhance the role of the microorganisms in remediating petroleum-contaminated saline soil, and plants and other measures mainly play the auxiliary role for stimulating the oil-degraded microbial activity. In this paper, the bioremediation modes of saline soil contaminated by petroleum are classified into three types, bioaugmentation, biostimulation, and combination of bioaugmentation & biostimulation. Bioaugmentation mainly emphasizes those direct measures of strengthening the degradation of petroleum contaminants, which can make the role to stay or become a main or strong position mighty. Biostimulation actually emphasizes the change the environment of soil, and refers to all indirect measures in order to improve the effect of bioaugmentation. In the practical application, the combination of bioaugmentation and biostimulation is a main bioremediation mode to improve oil degradation and transformation rapidly. At present, the research results in all over the world show that the oil-degradation rate of biostimulation is less than rate of bioaugmentation which is less than the rate of combination of bioaugmentation and biostimulation. According to the specific circumstances of contaminated soils, the more abundant measures of biostimulation, the higher rate of the oil degradation. Generally, nutrition exerts more important influence on oil-degradation rate than surfactants which exert more important influence than electron acceptor. Therefore, using bioaugmentation as main body of biodegradation, assisted by appropriate biostimulation is the frist choice of bioremediation mode of saline soil contaminated by petroleum. If cost is limited, priority should be given nutritional stimulation.

Petroleum contamination; Saline soil; Bioaugmentation; Biostimulation; Bioremediation mode

天津市應(yīng)用基礎(chǔ)及前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目(11JCZD-JC25000)。

汪志榮(1965-)，女，遼寧大連人，教授，博士，從事水資源與水環(huán)境、農(nóng)業(yè)水土工程、土壤環(huán)境研究。

2014-12-17

S 181.3;X 53

A

0517-6611(2015)04-278-06