大慶濕地石油污染及其生物修復研究

潘福強，李志文，曹 迪，董 程

(黑龍江八一農墾大學 a.生命科學技術學院； b.工程學院，黑龍江 大慶 163319)

0 引言

石油是支撐一個國家工業的基礎，是一種重要的能源、戰略資源。我國大慶油田就位于大慶濕地中，如果石油開采不當就會導致濕地鹽堿化，濕地生態系統內的生物多樣性和數量也會急劇減少。需加強對石油污染環境的修復和無害化治理。石油污染的土壤修復技術主要分為物理修復、化學修復和生物修復，其中生物修復技術有著較好的發展前景，因為它降解快，不會造成二次污染，不需要回收。一般情況下，對于開采出土壤中的原油會采用原位降解，它較為經濟。

1 濕地石油污染現狀及其危害

濕地被譽為“地球之腎”，對大氣有很大的影響。濕地物種多樣性，物產較一般生態系統更豐富。我國濕地石油污染主要在大慶濕地及黃河三角洲濱海濕地。

大慶年均氣溫在-4℃左右，濕地區別于其他生態系統，有著獨特的特征，其土壤鹽堿化十分嚴重，但土壤營養水平較高，淺層土壤中的有機物含量在50 g/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[1]。

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。每一口油井大約可以污染其周圍的200～500 m2的土地[2]。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而死亡。

2 石油污染濕地土壤的生物修復

生物修復對當地生態恢復有很大的幫助。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。

2.1 微生物修復技術

微生物技術是應用范圍最廣、綠色環保高效、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3 000～7 000 mg/kg的污染土壤的修復。

2.1.1 微生物治理石油污染

由于大慶氣溫較低，導致有效生物修復時間較短。基于大慶特殊的地理情況，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。張寶良[3]在大慶某濕地油井中濕地石油污染的土壤里檢測出了一些優勢菌屬，如微球菌屬、醋酸細菌屬、黑曲霉和常現青霉等。對比發現，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，尋找一些對環境無害的外源菌株。李玟[4]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，還有研究者利用產表面活性菌株、真菌和細菌協同作用，可對石油降解菌降解石油起輔助作用[5]。

2.1.2 影響微生物修復效果的因素

土壤類型。土壤一般可分為砂土、壤土和黏土，其中以黏土的吸附力最高。土壤中的黏土含量越多，說明土壤吸附力越強，那么微生物治理難度越大。

土壤孔隙率。因為很多修復土壤的微生物菌株都需氧型微生物，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。其對微生物修復效果有一定影響，但是在濕地中影響不大。

溫度。低溫有利于微生物菌種的保存時間更長，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出來，但影響了微生物的酶活性。

土壤pH和鹽濃度。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為鹽堿地。

2.2 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，不能被利用，所以農產品植物或經濟作物不可取。通過栽種適于北方濕地生長的植物，利用其根基的吸附作用與植物-微生物聯合修復作用，進一步降低石油烴含量，最終達到土壤可以利用的目的[6]。一般采用濕地的生長植物如蘆葦，在大慶濕地中基本到處可見。生長蘆葦的濕地對不同含量的石油都具有明顯的修復作用。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。目前發現的對石油降解能力比較好的有楊樹和紫花苜蓿[7]等植物。孫景欣[8]針對不同土壤選出了降解率最高的植物，在濕地中蘆葦的降解率高達78.5%。

2.3 生物聯合修復技術

聯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物。聯合修復時，植物和微生物對修復效果有著顯著的影響，但目前在大慶濕地治理方面的研究還是很少。

3 展望

基于大慶特殊的地理環境，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系統。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大慶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，修復濕地環境。