石油污染土壤微生物修復(fù)研究進(jìn)展

付保榮 劉述鳳 鄢雨朦 張潤(rùn)潔 郭宏偉

（1. 遼寧大學(xué)環(huán)境學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110000；2. 鞍山市生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)中心，遼寧鞍山 114000）

1 引言

石油在勘探、開(kāi)采、運(yùn)輸、提煉、存儲(chǔ)、使用等過(guò)程中會(huì)因?yàn)楣芾聿划?dāng)或發(fā)生突發(fā)事故等導(dǎo)致石油污染，對(duì)環(huán)境造成既長(zhǎng)遠(yuǎn)又嚴(yán)重的危害。數(shù)據(jù)表明［1］，世界上每年有800 萬(wàn)t 左右的原油進(jìn)入環(huán)境，對(duì)土壤、地表水、地下水造成嚴(yán)重污染。土壤中的石油類污染主要來(lái)源于油井泄漏、原油管道及儲(chǔ)油罐泄漏、海洋溢油事故、石油類產(chǎn)品消耗等。石油污染土壤的主要特點(diǎn)為覆蓋面積大、潛伏周期長(zhǎng)、治理難度大等，對(duì)農(nóng)業(yè)、人體健康產(chǎn)生較大影響。

石油污染土壤修復(fù)技術(shù)手段通常包括以下3種：物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)。在工程應(yīng)用方面，物理修復(fù)技術(shù)操作較為困難、投資較大；化學(xué)修復(fù)技術(shù)容易給土壤環(huán)境帶來(lái)?yè)p害，極易發(fā)生二次污染并且污染影響難以評(píng)價(jià)；生物修復(fù)技術(shù)屬于環(huán)境友好型技術(shù)，具備無(wú)二次污染產(chǎn)生、投資較低、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)。因此，生物修復(fù)技術(shù)被認(rèn)為是工程上最理想的修復(fù)石油污染土壤手段。

本文主要對(duì)國(guó)內(nèi)外石油污染土壤微生物技術(shù)的研究成果進(jìn)行梳理，在此基礎(chǔ)上合理進(jìn)行展望，為石油污染土壤生物修復(fù)工程應(yīng)用提供參考。

2 石油污染的危害

石油組成復(fù)雜，大體可以分成2 類：一類是烴類物質(zhì)，占石油成分的95%～99.5%；另一類是非烴類物質(zhì)，主要包括氧、氮、硫、氯、硅、磷等非金屬元素以及微量的重金屬元素。

石油對(duì)土壤會(huì)產(chǎn)生持久并且嚴(yán)重的損害，主要影響包括：（1）對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響。石油類污染物質(zhì)進(jìn)入土壤中后，會(huì)降低土壤通透能力，打破土壤中的原有平衡，破壞土壤的理化性質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成、生物群落結(jié)構(gòu)等。Wang 等［2］研究發(fā)現(xiàn)，土壤中浸入石油類污染物質(zhì)后，有機(jī)碳含量、C/N、C/P、pH 有所增加，總氮含量有所減少，總磷含量以及電導(dǎo)率變化不明顯。（2）對(duì)農(nóng)作物的影響。主要體現(xiàn)在農(nóng)作物發(fā)芽率降低、成活率降低、抗性減弱、生長(zhǎng)周期變長(zhǎng)、結(jié)實(shí)率低等［3］。（3）對(duì)人體健康的影響。土壤中的石油類污染物質(zhì)能夠隨地表水浸入地下水中或者通過(guò)植物富集作用進(jìn)入人體內(nèi)。當(dāng)毒性較強(qiáng)的多環(huán)芳烴（如PAHs）進(jìn)入人體后，能夠?qū)ι眢w器官造成傷害，輕者會(huì)使人體免疫力降低，重者會(huì)誘導(dǎo)癌變、胎兒畸形等情況發(fā)生。Bansal 等［4］對(duì)PAHs 可能通過(guò)食物進(jìn)入人體內(nèi)的途徑進(jìn)行匯總，當(dāng)進(jìn)入人體中的PAHs劑量達(dá)到一定值時(shí)，就會(huì)對(duì)腎、肝、肺等器官產(chǎn)生影響，輕者影響正常功能，重者會(huì)導(dǎo)致癌變。（4）對(duì)土壤中水體的影響。土壤與地下水之間相互連通，當(dāng)土壤中的石油類物質(zhì)滲入地下水中，就會(huì)對(duì)地下水的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致地下水水質(zhì)變差。使用受污染的地下水會(huì)造成土壤二次污染，若飲用則會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生影響。（5）對(duì)空氣的影響。空氣與土壤直接接觸，土壤中的石油類污染物中有些具有揮發(fā)性，當(dāng)環(huán)境達(dá)到一定條件時(shí)，其就會(huì)向大氣中擴(kuò)散，造成大氣污染，人、動(dòng)物通過(guò)呼吸將污染物吸進(jìn)體內(nèi)后可能引發(fā)中毒，影響機(jī)體正常功能。

3 環(huán)境中降解石油的微生物及作用機(jī)理

3.1 降解石油微生物

自然環(huán)境中存在很多以石油烴為唯一碳源和能源生長(zhǎng)的微生物，對(duì)石油類污染具有降解作用的微生物大多集中于土壤、水中等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)100 多個(gè)屬、200 余種利用氧化方式降解一種或多種石油烴污染物質(zhì)的微生物，主要包括細(xì)菌和真菌。細(xì)菌主要用來(lái)降解海洋環(huán)境中的石油烴，真菌用來(lái)降解淡水或者陸地環(huán)境中的石油烴［5］。其中，降解石油效果較好的細(xì)菌包括假單孢菌屬（Pseudomonas）、節(jié)桿菌屬（Arthrobacter）、產(chǎn)堿桿菌屬（Alcaligenes）、無(wú)色桿菌屬（Achromobacter）、黃桿菌屬（Flavobacterium）、棒狀桿菌屬（Corynebacterium）、微球菌屬（Micrococcus）、諾卡氏菌屬（Nocardia）、分支桿菌屬（Mycobacterium）、氣單胞菌屬（Aeromonas）、芽胞桿菌屬（Bacillus）、拜葉林克氏菌屬（Beijerinckia）、藍(lán)細(xì)菌屬（Cyanobacteria）、紅球菌屬（Rhodococcus）和弧菌屬（Vibrio）等；降解石油效果較好的真菌包括木霉屬（richoderma）、青霉屬（Penicillium）、曲霉屬（Aspergillus）、被孢霉屬（Mortierella）等［6］。

通過(guò)微生物降解石油類污染物質(zhì)主要原因在于微生物種類繁多、分布范圍廣、個(gè)體小、繁殖能力強(qiáng)、比表面積大、容易馴化等。微生物通過(guò)體內(nèi)一系列酶促反應(yīng)，進(jìn)而完成石油降解過(guò)程。在整個(gè)降解過(guò)程會(huì)發(fā)生多種作用，比如氧化還原、脫羧、脫氫、脫氨等，所以對(duì)石油降解、物質(zhì)能量利用表現(xiàn)出更高效率。由于微生物自身具備的繁殖快、易于遺傳變異等特點(diǎn)，導(dǎo)致其內(nèi)部酶體系能夠快速適應(yīng)生存環(huán)境，不僅能夠在環(huán)境治理中表現(xiàn)出高效性和多樣性，又能夠避免發(fā)生二次污染［7］。

3.2 微生物降解石油的作用機(jī)理

利用微生物降解石油污染物時(shí)需要多種酶共同作用，是一種相對(duì)復(fù)雜的降解過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)［8］，石油化合物的生物降解包含3 個(gè)過(guò)程：第一步，石油類污染物質(zhì)被吸附到微生物表面；第二步，被吸附的石油類污染物質(zhì)被轉(zhuǎn)移到微生物細(xì)胞膜上；第三步，石油類污染物質(zhì)在微生物的細(xì)胞中最終被降解成各種小分子物質(zhì)。

目前，系統(tǒng)地對(duì)微生物降解石油污染物過(guò)程的研究正處于發(fā)展階段。自然環(huán)境中存在的石油類降解菌，絕大部分降解石油污染物單一，即一個(gè)菌株只能降解一種石油烴類污染。然而，實(shí)際石油污染土壤中存在多種烴類，此時(shí)就需要多種菌株共同參與以便充分降解石油污染物。由于多種菌株參與降解過(guò)程，導(dǎo)致探究石油降解菌生物降解過(guò)程機(jī)理的難度增加。關(guān)于微生物降解石油過(guò)程的研究主要分為烷烴和環(huán)烷烴降解過(guò)程［9］、芳香烴降解過(guò)程［10］、多環(huán)芳烴降解過(guò)程［11］。

烷烴和環(huán)烷烴降解過(guò)程見(jiàn)圖1

圖1 烷烴和環(huán)烷烴降解過(guò)程

芳香烴降解過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖2 芳香烴降解過(guò)程

多環(huán)芳烴降解過(guò)程見(jiàn)圖3。

圖3 多環(huán)芳烴降解過(guò)程

4 石油污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，從20 世紀(jì)70 年代開(kāi)始，石油的年產(chǎn)量呈現(xiàn)連續(xù)上升趨勢(shì)，于2008 年達(dá)到年生產(chǎn)的最大值。石油的大量開(kāi)采及使用，導(dǎo)致石油污染土壤問(wèn)題日益嚴(yán)重，安全高效的微生物修復(fù)石油污染土壤技術(shù)得到重視。目前，針對(duì)石油污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)的研究主要集中在生物刺激法、生物強(qiáng)化技術(shù)、生物通風(fēng)技術(shù)、固定化微生物技術(shù)、植物-微生物聯(lián)用技術(shù)等方面。

4.1 生物刺激法

生物刺激法主要針對(duì)的是石油污染土壤中的土著菌，人為地采用相應(yīng)手段對(duì)土著菌進(jìn)行刺激，進(jìn)而加快其繁殖、生長(zhǎng)速率并提高微生物活性，最終提高降解率。該方法主要是通過(guò)改變微生物外界生長(zhǎng)環(huán)境，達(dá)到高效降解石油污染土壤的目的［12］。生物刺激法的顯著優(yōu)勢(shì)在于其便于實(shí)施，整個(gè)修復(fù)過(guò)程無(wú)二次污染，工程應(yīng)用前景可觀。但該方法存在一些弊端，如石油污染場(chǎng)地的土壤組成、水文地質(zhì)條件等不盡相同，在實(shí)施生物刺激法時(shí)需要根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況采取有效刺激手段。此外，土著微生物具有生長(zhǎng)速度緩慢、代謝活性低等特點(diǎn)，限制了其對(duì)石油污染土壤的修復(fù)能力。

生物刺激法手段有很多，如改變土壤的pH、溫度、濕度，向土壤中通風(fēng)，添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、電子受體、生物表面活性劑等。從工程的可操作性、成本以及降解效果等方面考慮，當(dāng)下主要研究的刺激手段集中在投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、電子受體、生物表面活性劑。

土壤中微生物在新陳代謝過(guò)程中必須消耗C，N，P 等無(wú)機(jī)養(yǎng)分，因此增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量與比重對(duì)石油污染土壤的降解效果起到顯著作用。Chaineau等［13］以150 d 為實(shí)驗(yàn)周期，將施肥土壤與未施肥土壤石油類污染物降解效果進(jìn)行比較。結(jié)果表明，土壤中添加N，P，K 營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)石油污染降解率高達(dá)62%，而未施肥土壤的降解率僅達(dá)到47%。李春榮［14］選取DX－3（微球菌屬）、DX－4（不動(dòng)細(xì)菌屬）和DX－9（節(jié)細(xì)菌屬）3 種細(xì)菌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，均投加（NH4）2SO4及KH2PO4充當(dāng)?shù)春土自矗芯坎煌瑺I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)配比條件下3 種細(xì)菌對(duì)烴類污染的降解規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中C，N，P 的摩爾比達(dá)到60 ∶3 ∶1 時(shí)，降解石油污染效率達(dá)到最大值。此外，合理投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能夠提高生物降解石油污染土壤的速率。Emami等［15］研究了在氮源類型不同情況下，對(duì)石油污染土壤中微生物降解菌酶活性的影響，選取硝基氮和氨基氮進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，添加氨基氮后微生物酶活性提高明顯。

電子受體的種類與數(shù)量對(duì)微生物活性影響較大，因此合理地添加電子受體能夠提高降解石油烴類污染效率，是一種高效微生物刺激手段。通常選擇O2或者釋氧劑（主要成分為H2O2，MgO2，CaO2等）作為好氧微生物電子受體，選擇NO3－，SO42－，F(xiàn)e3+以及有機(jī)物分解的中間產(chǎn)物作為厭氧微生物電子受體。李木金［16］選取CaO2作為釋氧劑，在研究釋氧過(guò)程以及影響因素的同時(shí)繪制了微生物生長(zhǎng)曲線，結(jié)果表明，該釋氧劑的存在加快了微生物生長(zhǎng)。Gallizia 等［17］選取MgO2作為釋氧劑，分別將微生物與釋氧劑添加到水中和土壤中，研究降解規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，投加MgO2后微生物酶活性有明顯提高，加快了降解速率。

石油污染土壤中的石油烴類污染物具有很強(qiáng)的疏水性，大大減小了與微生物的接觸面積，進(jìn)而使降解效率降低。生物表面活性劑屬于一種無(wú)毒并且能夠在自然界中降解的活性劑，添加到石油污染土壤中能夠加快石油乳化，提高微生物對(duì)底物的利用率。同時(shí)使細(xì)胞表面具有更高的疏水性，確保細(xì)菌細(xì)胞能夠自由地與疏水底物相互作用，以此提高生物降解能力。梁生康［18］以鼠李糖脂作為生物表面活性劑，研究其對(duì)石油烴類污染物降解影響。結(jié)果顯示，加入鼠李糖脂后對(duì)石油烴類降解速率要比控制組提高3～4 倍。張強(qiáng)等［19］分別選取油酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、曲拉通100、吐溫80、鼠李糖脂作為生物表面活性劑，比較處理效率增加值。結(jié)果顯示，添加鼠李糖脂處理效率增加最大，與控制組相比增加8%左右。

4.2 生物強(qiáng)化技術(shù)

生物強(qiáng)化技術(shù)是指將特定功能的外來(lái)微生物或者馴化后的土著微生物投加到污染體系中，進(jìn)而提高污染物降解效率。目前，在石油污染土壤中投加外源微生物已經(jīng)取得一定成效。張瑞玲［20］通過(guò)從不同類型石油污染土壤中篩選出降解能力較強(qiáng)的混合菌株，經(jīng)過(guò)一系列馴化，能夠降解65.2%的甲基叔丁基醚；Yi 等［21］在不同類型油田中篩選馴化出2 株高效石油降解菌，分別為枯草芽孢桿菌SWH－1 和多食鞘氨醇桿菌SWH－2，并將二者制成微生物制劑。將該微生物制劑應(yīng)用于勝利油田污染場(chǎng)地，修復(fù)2 個(gè)月后，土壤中67.7%的石油被降解。

選擇生理能力和代謝能力強(qiáng)的菌株是生物強(qiáng)化技術(shù)的關(guān)鍵，雖然投加外源微生物降解石油污染土壤已見(jiàn)成效，但是限制因素較多，如會(huì)與土著微生物產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)、環(huán)境因素影響等。因此，通過(guò)富集并馴化后的土著微生物將更有優(yōu)勢(shì)。Fodelianakis 等［22］進(jìn)行了投加外源微生物與土著微生物降解效果比較實(shí)驗(yàn)，選取Elefsina 灣海岸線附近某煉油廠的污染土壤為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。結(jié)果表明，投加外源微生物后石油降解效率提高不明顯，并且發(fā)現(xiàn)大量的外源微生物死亡。Ma 等［23］在一煉油廠污染場(chǎng)地中分離出21 種菌株，篩選后發(fā)現(xiàn)對(duì)石油具有高效降解作用的菌株有6 種。將6 種菌株混合后投加到該污染場(chǎng)地中，降解84 d 后測(cè)得石油污染物的降解率是控制組的3～4倍，達(dá)到了63.2%±20.1%。Roy 等［24］向石油污染土壤中添加本土原油降解菌，在控制實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行為期24 周的降解實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，80%的原油在細(xì)菌與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的作用下得到降解。綜上所述，通過(guò)富集、篩選土著微生物是目前生物強(qiáng)化技術(shù)中常用的高效修復(fù)手段。

4.3 生物通風(fēng)技術(shù)

生物通風(fēng)技術(shù)在本質(zhì)上屬于一種生物刺激手段，其借助向土壤中補(bǔ)充氧氣加快微生物生長(zhǎng)與代謝。屠明明等［12］分別采用自然降解方式與生物通風(fēng)方式處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的柴油污染土壤，60 d 后測(cè)得采用生物通風(fēng)技術(shù)降解率達(dá)85%，而自然衰減降解率是64%，結(jié)果證明了生物通風(fēng)技術(shù)可以提高微生物活性并提高降解能力。生物通風(fēng)技術(shù)效率受多種因素控制，主要因素包括污染物性質(zhì)、通風(fēng)速率以及土壤理化性質(zhì)（包括滲透能力、含水量、pH、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量）。Miller 等［25］在降解污染場(chǎng)地中苯系物時(shí)使用生物通風(fēng)技術(shù)，主要控制的影響因素為土壤含水量。結(jié)果表明，當(dāng)土壤中含水量在15%以下時(shí)，含水量的增加能夠加快微生物生長(zhǎng)，提高降解能力；當(dāng)土壤中含水量超過(guò)15%時(shí)，增加含水量會(huì)降低降解能力，這是因?yàn)樵黾拥乃肿犹顫M了土壤間隙，使土壤通透性變差。

4.4 固定化微生物技術(shù)

固定化微生物技術(shù)（IM 技術(shù)）指的是借助化學(xué)法或物理法，在恰當(dāng)?shù)妮d體上固定微生物或者酶。主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：（1）保護(hù)石油降解菌細(xì)胞的完整性以及生物酶活性，確保生化反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行；（2）單位介質(zhì)中石油降解微生物數(shù)量增多，抵抗外界環(huán)境干擾能力增強(qiáng)；（3）延長(zhǎng)微生物活性，提高其與土著微生物、噬菌體以及毒性物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)能力，進(jìn)而在惡劣、復(fù)雜的土壤環(huán)境中穩(wěn)定地降解石油類污染物；（4）可循環(huán)利用；（5）便于操作、投資小。不足在于：（1）不可回收類載體材料對(duì)土壤環(huán)境存在潛在風(fēng)險(xiǎn)；（2）成分復(fù)雜的載體材料增加了微生物降解石油類物質(zhì)的機(jī)理研究。

近些年，針對(duì)固定化載體材料的研究已經(jīng)取得一定進(jìn)展。研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)篩選出一些環(huán)境友好、無(wú)二次污染的載體材料。主要分為能夠自然降解材料和不可降解材料，又可以細(xì)分為無(wú)機(jī)載體（如高嶺土、硅藻土、蛭石、煤渣、微孔玻璃等）、天然材料（如瓊脂、海藻酸鈉、卡拉膠、殼聚糖等）、有機(jī)材料（如聚乙烯醇、聚氨酯）、復(fù)合式材料以及其他［26］。

在篩選固定化載體時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵守以下原則［27］：（1）理化性質(zhì)穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高；（2）具備一定惰性，不會(huì)影響微生物原有作用；（3）容量大；（4）可重復(fù)使用，價(jià)格較低。

目前，主要在流體介質(zhì)（如廢水）或者半流體介質(zhì)（如污泥）中使用固定化微生物技術(shù)。在非流動(dòng)介質(zhì)（如污染土壤）中的使用正處于起步階段，發(fā)展前景可觀。童樂(lè)等［28］在降解原油時(shí)選擇稻草秸稈和玉米秸稈固定混合菌。結(jié)果表明，二者對(duì)原油降解率均超過(guò)90%，而對(duì)照組（游離菌）的原油降解率僅達(dá)到50%左右。方明亮［29］在降解氨氮時(shí)采取復(fù)合型載體（將硅藻精土加入海藻酸鈉中）固定氨氮降解菌，并在低溫條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，該方式對(duì)氨氮的去除率接近80%。胡文穩(wěn)等［30］從原油污染中獲得具有高降解原油能力的土著菌，構(gòu)建復(fù)合型載體（海藻酸鈉和硅藻土），比較了固定化降解菌與游離菌對(duì)原油的降解能力。實(shí)驗(yàn)初期（20 d）結(jié)果表明，同等條件下固定化降解菌降解原油能力要明顯高于游離菌。

通過(guò)研究人員的大量研究成果可知，固定化微生物技術(shù)在修復(fù)石油污染土壤領(lǐng)域有較大的發(fā)展?jié)摿Γ⑶揖哂休^高的工程應(yīng)用價(jià)值，未來(lái)可以從以下幾個(gè)方向研究固定化微生物技術(shù)：（1）改進(jìn)固定化微生物技術(shù)，包括改進(jìn)固定化載體（如使用納米材料）、固定化方法、微生物添加方式等；（2）微生物固定方法與菌種、載體的協(xié)同優(yōu)化；（3）考慮工程實(shí)際情況，降低載體制作成本、簡(jiǎn)化制作流程；（4）研究混合微生物固定化、基因工程菌固定化；（5）研究并評(píng)估固定化載體存在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

4.5 植物－微生物聯(lián)用技術(shù)

在實(shí)際工程中，使用生物刺激、生物強(qiáng)化、微生物技術(shù)時(shí)受環(huán)境因素干擾較大，無(wú)法達(dá)到最佳降解效果，在此背景下，植物－微生物聯(lián)用技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。植物－微生物聯(lián)用技術(shù)指的是微生物與植物之間構(gòu)成互利關(guān)系，以此達(dá)到高效降解有機(jī)物的目的。該技術(shù)機(jī)理為：植物根際向微生物提供生長(zhǎng)繁殖場(chǎng)所以及運(yùn)輸氧氣，確保微生物氧化過(guò)程穩(wěn)定進(jìn)行。與此同時(shí)，植物根際分泌物能夠?qū)ξ⑸锂a(chǎn)生刺激作用，進(jìn)而提高微生物降解作用；微生物通過(guò)降解環(huán)境中污染物質(zhì)，向植物提供能夠利用的化合物，使污染物毒性降低，結(jié)合植物根際的吸收作用，更好地降解石油類污染物質(zhì)［31］。在運(yùn)用該技術(shù)時(shí)，植物的最優(yōu)選擇應(yīng)該具備以下特征：（1）毛根系發(fā)達(dá)，最大程度地向微生物提供生存空間；（2）生長(zhǎng)旺盛，具備一定抵抗有機(jī)污染能力；（3）植物根系能夠向更深土層生長(zhǎng)。

近幾年，利用植物－微生物聯(lián)用技術(shù)修復(fù)石油類污染土壤已經(jīng)取得一定進(jìn)展。中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所采用將紫花苜蓿與根瘤菌劑和菌根菌劑聯(lián)合，處理長(zhǎng)期持久性有機(jī)污染物（POPs）復(fù)合污染土壤。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)化土壤中POPs 能力有所提高，污染物的降解效果和消減效果明顯增強(qiáng)［32］。徐莉等［33］采用植物－微生物聯(lián)用技術(shù)修復(fù)多氯聯(lián)苯（PCBs）污染土壤，選取的植物為紫花苜蓿，微生物為苜蓿根瘤菌或地表球囊霉。實(shí)驗(yàn)表明，種植植物區(qū)域的去除率均大于對(duì)照組，紫花苜蓿與苜蓿根瘤菌聯(lián)用時(shí)，PCBs 去除率為42.6%。馬強(qiáng)等［34］發(fā)現(xiàn)利用水稻－微生物聯(lián)用技術(shù)降解石油污染土壤效果較好，在培養(yǎng)階段降解率為53.13%。

盡管植物－微生物聯(lián)用技術(shù)已經(jīng)獲得一定成果，但其在工程應(yīng)用方面仍然存在一定局限性，在今后研究中應(yīng)該側(cè)重以下幾方面：（1）科學(xué)合理選取植物及微生物，完善工藝過(guò)程，減少投入成本；（2）研究二者聯(lián)合作用機(jī)理、協(xié)同修復(fù)機(jī)制及影響因素；（3）研究植物根際微生物生理特征以及植物根際物質(zhì)和能量受污染物成分與濃度的影響。

5 未來(lái)研究方向

5.1 高效降解菌劑開(kāi)發(fā)

如何選擇適當(dāng)微生物是生物修復(fù)技術(shù)的核心，不同生物或者相同生物在不同的污染土壤環(huán)境中表現(xiàn)的生理特征不同，因此需要借助實(shí)驗(yàn)確定最佳微生物。原位修復(fù)時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的篩選、培養(yǎng)可以提高微生物修復(fù)成功概率。目前，寡核苷酸微陣列方法是應(yīng)用最多、效果最好的篩選降解土壤污染微生物的方法，其利用原位診斷的方式確定滿足修復(fù)該場(chǎng)地的菌株。通過(guò)DNA 診斷結(jié)果來(lái)確定該菌株的有效性，能夠減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)和錯(cuò)誤。此外，通過(guò)該方法能夠明確原位修復(fù)的位置點(diǎn)，并且能夠?qū)ι镄迯?fù)的進(jìn)程進(jìn)行評(píng)估。

生物修復(fù)過(guò)程中應(yīng)該注重研究石油對(duì)微生物降解的影響，這有利于菌種的選擇。研究證實(shí)，石油類污染與微生物長(zhǎng)期相互作用會(huì)使微生物某些生理特征發(fā)生改變，比如細(xì)菌與柴油長(zhǎng)期發(fā)生相互作用，能夠形成天然柴油表面活性劑。其與柴油表面活性劑接觸并作用后，能夠明顯地改變Zeta 電位和脂肪酸，進(jìn)而對(duì)修飾編碼基因成分產(chǎn)生影響，造成長(zhǎng)久與石油類污染作用的微生物遺傳物質(zhì)發(fā)生變化。此外，原油同樣會(huì)影響微生物的數(shù)量、成分以及功能，借助分析元蛋白質(zhì)成分明確污染物質(zhì)與微生物種群間的作用關(guān)系和系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，可以對(duì)生物降解原理有更深層次的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而才能夠從遺傳學(xué)、基因?qū)W角度篩選出最佳菌株。

5.2 環(huán)保的營(yíng)養(yǎng)添加劑

生物修復(fù)過(guò)程中，合理投加無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能夠有效提高修復(fù)效果，然而投加的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)浸入水體中，造成地下水和地表水污染。因此，尋找可以取代無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的環(huán)境友好型替代品成為研究方向。當(dāng)下研究的替代品包括植物、動(dòng)物以及有機(jī)物。此外，一些學(xué)者研究了毒性較低、容易降解、抗性強(qiáng)（如高溫、堿性條件）的表面活性劑。Ayed 等［35］從芽孢桿菌中成功分離出生物表面活性劑，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該表面活性劑受溫度、pH、鹽度影響很小，并且對(duì)柴油溶解度較高，比SDS 以及吐溫80 高10%，生物降解率增加30%。該實(shí)驗(yàn)證明，從生物菌株獲取環(huán)境友好型表面活性劑用于降解石油污染土壤是可行的。

5.3 生物修復(fù)新技術(shù)研究

石油污染土壤修復(fù)工程非常注重最佳降解率的操作參數(shù)。在此背景下，響應(yīng)面法得到重視，其能夠有效地優(yōu)化生物過(guò)程。lvarez 等［36］以南極石油污染土壤為例，采用響應(yīng)面法對(duì)生物修復(fù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，當(dāng)C ∶N ∶P＝100 ∶17.6 ∶1.73 時(shí)的柴油去除率最高，為54.9%，相比于C ∶N ∶P＝100 ∶10 ∶1 時(shí)的27.8%的去除率有了顯著提高。與此同時(shí)，通過(guò)響應(yīng)面法能夠減少肥料投加量。由此可知，響應(yīng)面法在優(yōu)化石油污染土壤操作參數(shù)方面發(fā)揮了重要作用，接下來(lái)應(yīng)該更深層次地研究響應(yīng)面法優(yōu)化操作參數(shù)的適應(yīng)性。

6 結(jié)論

（1）生物修復(fù)技術(shù)降解石油污染物效果毋庸置疑，是一種經(jīng)濟(jì)型、環(huán)境友好型修復(fù)技術(shù)。但是，其存在處理周期長(zhǎng)、微生物群落活性不穩(wěn)定等弊端，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法達(dá)到預(yù)期降解效果。

（2）將來(lái)應(yīng)著手研究特種微生物、轉(zhuǎn)基因微生物。借助DNA 診斷方法，以遺傳學(xué)、基因?qū)W為出發(fā)點(diǎn)，篩選具有高效降解能力的微生物。

（3）微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)能夠有效提高降解效果，是工程應(yīng)用的關(guān)鍵切入點(diǎn)，未來(lái)應(yīng)側(cè)重對(duì)微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的研究。

（4）更規(guī)范的生物修復(fù)參數(shù)將成為未來(lái)研究工作的重點(diǎn)。