劉超

國家石油天然氣管網(wǎng)集團華北公司，中國·天津 300384

1 引言

在中國經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，能源的需求量越來越大。據(jù)世界能源機構（IEA）的數(shù)據(jù)顯示，2020年中國的石油消費量達到4.5 億噸。與此同時，中國的油田也在逐步開發(fā)更多的石油，煉化企業(yè)、管道運輸企業(yè)及銷售終端在產(chǎn)銷運環(huán)節(jié)中，均有石油污染的風險。這些石油不僅會污染土壤，同時還會污染到地下水、河流、湖泊和海洋等，對環(huán)境造成巨大的影響。其中，濕地土壤是人類和其他生物活動的重要介質，同時也是各種污染物重要的源和匯。石油類污染物會改變濕地土壤的物理化學性質，對土壤結構和功能產(chǎn)生影響，尤其是其中的多環(huán)芳烴類物質，會影響其肝、腎等器官的正常功能，甚至導致癌變?；诖?，對于濕地土壤中石油類污染物的降解，減輕石油污染土壤問題迫在眉睫，成為中國和國際環(huán)境保護工作的熱點和難點。

2 濕地石油污染現(xiàn)狀及其危害

濕地對大氣有很大的影響，濕地物種多樣，物產(chǎn)較一般生態(tài)系統(tǒng)更豐富。濕地區(qū)別于其他生態(tài)系統(tǒng)，有著獨特的特征，其土壤鹽堿化十分嚴重，但土壤營養(yǎng)水平較高，淺層土壤中的有機物含量在50g/kg 以上。隨著土壤深度的增加，土壤的有機物含量也逐漸減少。淺層土壤的pH 值平均為中性，土壤表面黏粒含量較高，通透性較弱，但保水性較強。隨著深度的增加，土壤的黏粒含量在減少。石油會堵塞土壤的空隙，導致土壤通透性和含水量降低。細菌降解石油會產(chǎn)生有毒金屬元素，破壞其本身的平衡，隨著食物鏈危害到動物和人類的生命健康。微生物種類也有很大變化，正常土壤中，石油降解菌類的微生物所占比例微乎其微，但在石油污染的土壤中達到近乎100%，這造成了植物根系易因長期處于水分含量較高的情況而死亡或腐爛，一旦石油附著植物根系，就會造成植物因缺水缺氧吸收不到營養(yǎng)而死亡。

隨著中國對環(huán)境的重視及“土十條”的發(fā)布，中國對土壤污染的治理問題非常重視，同時不斷落實土壤污染治理相關工作。對于國際土壤污染的治理方法主要有三種：物理方法、化學方法和生物方法（生物修復）。物理方法和化學方法這兩種方法都能產(chǎn)生一些實際效果，但也存在著許多明顯的缺陷，如負處理、高成本和嚴重的二次污染?，F(xiàn)在一般僅作為生物修復方法的輔助手段。土壤生物修復技術的原理是利用某些特有的生物將土壤中的油類產(chǎn)品分解或轉化為對環(huán)境無污染的簡單化合物（一般為水和二氧化碳）的過程。生物修復技術具有處理效果好、費用低、環(huán)境友好、無二次污染及應用范圍廣等優(yōu)點，是迄今為止治理石油污染的主流方法。

3 石油污染濕地土壤的生物修復

生物修復技術的主要原理是利用生物的新陳代謝活動將石油等有害物質轉化為二氧化碳、有機物和水，對土壤沒有破壞力，不會造成二次污染。生物修復技術可分為微生物修復、植物修復及二者相結合。通過生物對有機污染物及氮、磷營養(yǎng)物質的同化作用將低濃度污染物進行富集轉化，達到治理污染的目的。常見技術包括固定化細菌技術、河道內(nèi)曝氣結合高效微生物處理修復技術、生態(tài)浮床技術、卵石床生物膜技術、穩(wěn)定塘技術、生物過濾技術、土地處理技術、人工濕地技術等。

3.1 微生物修復技術

微生物技術是應用范圍最廣、綠色環(huán)保高效、可徹底修復石油污染的技術。隨著研究的不斷深入，已由最初的細菌修復拓展到真菌修復，適用于石油質量濃度在3000 ～7000mg/kg 的污染土壤的修復。

3.1.1 微生物治理石油污染

石油污染治理一般采用提取土著微生物，以降解能力、耐鹽堿為標準，挑選出高效耐鹽堿的石油降解菌，如微球菌屬、醋酸細菌屬、黑曲霉和?，F(xiàn)青霉等。對比發(fā)現(xiàn)，真菌的石油降解率在20%以上，細菌為15%以上。由于石油成分極其復雜，一種降解菌很難達到理想的降解效果，一般添加外源微生物來促進修復石油污染土壤的過程，尋找一些對環(huán)境無害的外源菌株。利用兩株烷烴降解菌和芳香烴降解菌構成復合菌系，其石油的降解率達到了51.2%。除上述方法以外，還有研究者利用產(chǎn)表面活性菌株、真菌和細菌協(xié)同作用，可對石油降解菌降解石油起到輔助作用。

3.1.2 影響微生物修復效果的土壤因素類型

土壤一般可分為砂土、壤土和黏土，其中黏土的吸附力最高。土壤中的黏土含量越多，說明土壤的吸附力越強，微生物治理難度越大。由于很多修復土壤的微生物菌株都為需氧型微生物，一旦缺少氧氣可能會導致微生物新陳代謝減弱甚至死亡，進而影響降解石油的效果。土壤含水量對微生物修復效果有一定影響，但是在濕地中影響不大，低溫有利于延長微生物菌種的保存時間，但它降低了微生物的降解活動，使得小鏈烷烴變得更加黏稠不易降解。高溫則使長鏈烴類可以從微生物中浮現(xiàn)出來，但影響了微生物的酶活性。石油降解菌一般都適合在中性土壤中存活，但被石油污染的濕地土壤多數(shù)為鹽堿地。

3.2 植物修復技術

植物修復濕地中的石油污染一般是靠萃取、固定或者通過根部吸收過濾等手段來清除石油烴類、重金屬物質和其他有害物質。濕地中含水量較高，所以必須選擇耐澇的植物。修復后的植物一般都含有有害物質且不能被利用，所以農(nóng)產(chǎn)品植物或經(jīng)濟作物不可取。通過栽種適于濕地生長的植物，利用其根基的吸附作用與植物—微生物聯(lián)合修復作用，進一步降低石油烴含量，最終達到土壤可以利用的目的。一般采用濕地的生長植物，如蘆葦在中國大慶濕地中基本到處可見。生長蘆葦?shù)臐竦貙Σ煌康氖投季哂忻黠@的修復作用，含有石油的蘆葦還可以用于復耕或者造紙，避免隨著食物鏈傳播。目前發(fā)現(xiàn)的對石油降解能力比較好的有楊樹和紫花苜蓿等植物，經(jīng)中國某實驗室測試，針對不同土壤選出降解率最高的植物，在濕地中蘆葦?shù)慕到饴矢哌_78.5%。

3.3 生物聯(lián)合修復技術

聯(lián)合修復手段主要是微生物－植物修復技術。微生物可以附著在植物根部給植物提供碳和水等營養(yǎng)物。在進行聯(lián)合修復時，植物和微生物對修復效果有著顯著的影響，但目前在中國濕地治理方面的研究相對較少。

4 實驗基本步驟

4.1 實驗材料

①供試土壤：取自中國某油田周圍區(qū)塊的土壤。

②菌種來源：從環(huán)境中篩選出高效的菌劑再通過富集、馴化、篩選、分離得到實驗所需要的細菌，在實驗中選取4份菌種，分別命名為X1、X2、Y1 與Y2。

4.2 實驗方法

①含油率的測定：重量法。

②油污降解率的測定：菌劑對不同土樣含油率的測定取兩份不同的土樣分別命名為Z 與T，其中Z 土樣的含鹽率為0.27%，含水率為7.43%，土壤含油率為5.6%；T 土樣含鹽率為0.23%，含水率2.93%，土壤含油率為3.9%，分別對兩份土樣進行4 種不同菌劑的培養(yǎng)，測定其含油率，檢測菌劑對不同土壤修復的能力。

4.3 結果與分析

不同菌種對土壤油污降解結果如下：

對于加入菌種的土壤的除油率顯著提高，經(jīng)過120d 處理后，對照的降解率僅為54.25%，而X1 菌劑的除油率為84.57%；X2 菌劑的除油率為90.9%，Y1 號菌劑的除油率為90.45%；Y2 號菌劑的除油率為88.05%。四種菌劑的降解率均能達到80%以上，都高于對照參數(shù)；其中X2 降解率最高為90.9%，與對照比，X2 降解率提高了67.6%，X2 處理的降解效果顯著，說明添加微生物減輕了石油污染，保護了土壤環(huán)境。

4.4 菌種對不同含油量土樣的降解結果

①經(jīng)過培養(yǎng)處理，Z 土樣的含油率均有所降低，對照的含油率為3.96%，一號菌劑的含油率為3.52%，二號菌劑的含油率降低到2.49%，三號菌劑的含油率為2.71%，四號菌劑的含油率為3.32%。與對照比，二號菌劑的含油率降低最多，說明二號菌劑對該土壤的修復效果尤為顯著。

②經(jīng)過培養(yǎng)處理，T 土樣的含油率均有所降低，對照的含油率為3.77%，一號菌劑的含油率為2.76%，二號菌劑的含油率降低到3.02%。三號菌劑的含油率為3.56%，四號菌劑的含油率為3.31%。與對照比，一號菌劑的含油率降低最多，說明一號菌劑對該土壤的修復效果尤為顯著。綜上所述，不同成分的土壤需要不同的菌種來處理，這也就是影響菌種處理含油土壤的因素，但其實影響微生物降解的因素有很多，要結合這些因素，選出最好的條件對受石油污染的土壤進行修復。

5 展望

生物修復具有費用低、處理效果好、對環(huán)境影響低、無二次污染、不破壞植物生長所需要的土壤環(huán)境等優(yōu)點，其在污染土壤修復方面具有廣闊的應用空間。因此，許多研究者已經(jīng)對各種影響微生物修復效果的因素進行了較全面地探討和分析，提出了各種提高微生物降解效率的有效措施，各項研究和措施對生物修復技術具有很高的理論指導價值和現(xiàn)實意義。實際上，石油污染土壤的生物修復是一個很復雜且周期較長的過程，目前對于其中許多的降解機理和過程還未完全明確。由于環(huán)境介質的復雜性和相關性，該領域的研究還需要進一步的拓展和深入，所以在石油污染土壤的修復技術的選用過程中，需要考慮技術成本和時間成本，綜合各方面的因素選出適合污染地域的修復技術，以達到人與自然環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

基于以濕地為代表的特殊地理環(huán)境，微生物修復技術是較為有效的，同時可以緩慢地修復整個生態(tài)系統(tǒng)，應通過基因工程等技術使微生物和植物修復技術更加適應石油污染土壤的修復，縮短降解時間，從而更加高效地降解石油，達到修復環(huán)境，提高環(huán)境保護的目的。