石油烴污染土壤微生物修復技術研究現狀及進展

潘云飛，唐正，彭欣怡，高品

（東華大學環境科學與工程學院，上海 201620）

石油烴污染問題已引起國內外環境工作者的廣泛關注[1]。石油烴具有高毒性，可通過生物富集和食物鏈傳遞對人體健康產生重大危害[2]，通常石油烴進入土壤環境后會破壞土壤結構和微生物群落組成，造成土壤肥力下降[3-4]。低沸點石油烴組分易揮發，可通過空氣流動發生轉移，而高沸點組分可與土壤有機質結合，并老化形成微生物難以利用的結合態化合物，可在土壤環境中長期穩定存在，但也會隨著環境條件（如pH和氧化還原電位）的改變而重新釋放，對土壤生態系統造成危害影響。石油烴擴散分布在土壤顆粒表面會形成一層結構致密的油膜，造成土壤含水率和含氧量降低，影響植物和微生物對氧氣和營養物質的攝入[5]。有研究表明，石油烴對土壤生態系統具有毒性效應，導致微生物多樣性和豐度降低，進而影響土壤微生物對石油烴的降解效能[6]。

針對石油烴污染土壤修復，目前主要的技術手段有物理法、化學法、微生物法等。其中，物理修復與化學修復雖然能夠取得較好的修復效果[7]，但會嚴重破壞土壤理化性質和生態結構，易造成二次污染。相比之下，微生物法具有環境友好、效果穩定、無二次污染等優點，但也存在修復速率慢和周期長的不足。近年來，大量研究報道微生物聯合修復可顯著改善石油烴污染土壤修復效能，包括植物-微生物聯合修復、電動-微生物聯合修復、表面活性劑強化微生物修復、化學氧化-微生物聯合修復、動物-微生物聯合修復等?；诖耍疚闹饕塾谑蜔N污染土壤修復技術的研究現狀，重點論述了基于微生物修復技術在石油烴污染土壤修復中的應用現狀及進展，并對未來發展提出了展望。

1 土壤石油烴污染修復技術方法

1.1 物理修復法

物理修復法屬傳統方法，大致可分為兩類。一類為吸附、土壤置換和翻耕。這類方式并沒有從根本上削減去除石油烴，只是使其發生轉移。翻耕污染土壤，添加新土這類傳統方法已逐漸被替代。吸附是利用活性炭、生物炭等材料的多孔結構，從污染土壤中轉移石油烴。由于土壤中的天然有機物會在碳材料表面發生團聚堵塞[8]，添加葡萄糖等有機質可促使碳材料表面礦化和孔隙暴露，有利于吸附過程的進行[9]。另一類是對石油烴污染土壤進行熱處理，利用其可燃性在高溫（>750℃）條件下焚燒，但能耗高，易產生二次污染，這類方法目前已逐漸被熱脫附與熱解所替代。熱脫附是石油烴污染土壤修復中較為常用的方法，通過直接或間接加熱污染土壤，使石油烴從土壤中揮發分離出來[10]。楊振等[11]在300℃條件下處理原始油油浸土壤，4h去除率可達93.8%。除熱脫附外，熱解也是一種有效方法，在無氧條件下對石油烴污染土壤進行熱處理（≥400℃），不僅能有效分解石油烴，同時還可回收資源，提升土壤肥力[12]，如Li等[13]采用快速熱解法修復石油烴污染土壤，當總石油烴初始含量為5%～20%，熱解溫度為500℃時，土壤中總石油烴在30min內基本被完全去除，并可回收部分石油烴。溫度是影響熱脫附和熱解過程的主要因素，在150～350℃時能夠使污染土壤中的烴類物質脫附，繼續加熱至400℃以上時可進一步使石油烴分解，生成熱解氣和固體炭[14]。相比常規N2環境，在CO2條件下進行熱解可有效降低能耗，提高石油烴回收率，還可避免多環芳烴（PAHs）的生成[15]。

1.2 化學修復法

化學修復法主要通過向污染土壤中投加化學藥劑，與土壤中污染物發生氧化還原和吸附沉淀等反應，從而達到去除土壤中污染物的目的。該方法具有修復速率快、污染物去除效果好等優點，但在修復過程中會受環境條件限制，如采用芬頓氧化法時，若保持污染土壤初始條件不變，其對石油烴去除率為50%～60%，這主要是受土壤初始pH的影響[16]。由于需外源投加化學藥劑，且無法回收，因此易造成二次污染，如向污染土壤表面投加納米TiO2、ZnO和CdS等光催化劑，利用紫外線照射光解表層土壤中的石油烴，當光照100h后，污染土壤中烷烴、烯烴和其他一些芳香族化合物的光解效率可達95%以上，但這些納米光催化劑無法回收與循環利用，會殘留在土壤中造成二次污染[17]。

目前，化學氧化法在石油烴污染土壤修復中已有較多應用，如H2O2、O3、高錳酸鹽和過硫酸鹽等[18]，雖然修復效果顯著，但會破壞土壤結構，影響土壤微生物群落組成，抑制植物生長，降低植物發芽率等。Chen等[19]研究了過硫酸鹽、高錳酸鹽和H2O2對柴油污染土壤的修復效果，發現原位化學氧化對柴油去除率在48%～93%之間，其中過硫酸鹽效果最好（>93%），而H2O2對石油烴的氧化去除率最高約為67%。然而研究發現，過硫酸鹽體系對土壤微生物的抑制作用最為顯著，當過硫酸鹽投加量分別為1%、3%和5%時，土壤細菌豐度5天 內 從1.1×104CFU/g分 別 降 至1.0×103CFU/g、1.0×103CFU/g和1.2×102CFU/g。Li等[20]采用表面活性劑輔助促進過硫酸鹽體系修復PAHs污染土壤，去除效果可提高10%～20%，其中高環PAHs（≥3環）去除率可提升8%～11%。

2 微生物修復法

微生物修復法是指通過微生物分解代謝作用，將污染土壤中石油烴作為碳源進行代謝和轉化。該方法具有修復效果好、無二次污染等優點，是一種經濟廉價、生態環保和環境可持續的技術方法。目前，微生物修復法按修復方式一般可分為原位修復與異位修復，在實際修復過程中，僅依靠微生物自然凈化作用是非常緩慢的，通常采用生物刺激或生物強化等方法來增強微生物修復效果。其中，生物刺激法是通過改變土壤土著降解微生物的生存環境，以最適條件為基礎，投加營養物質、生物表面活性劑、共代謝基質等外源物質，促進土著微生物的生長繁殖，從而改善其對石油烴的原位降解效果。生物強化法主要是向污染土壤中投加高效降解功能菌株，富集對石油烴具有降解效能的功能微生物，實現對其高效去除。與生物刺激法相比，生物強化法雖然能夠強化石油烴污染土壤的修復效果，但引入的功能微生物存在與土著微生物競爭共存的問題，同時也存在無法適應實際土壤環境而發生失活和淘汰的風險。相比原位修復法，異位修復法效果一般，且操作復雜，修復成本高，已逐漸被原位修復法所取代。因此，本文主要針對石油烴污染土壤原位微生物修復方法進行論述和總結。

2.1 生物刺激法

2.1.1 投加營養物質

石油烴污染土壤在其表層會形成油膜，阻礙土壤微生物對營養元素的攝取，這是限制微生物降解的關鍵原因之一。在污染土壤中外源加入營養物質如氮和磷等，能夠有效提高降解菌群豐度和反應活性，加速其對石油烴的降解[21]。高飛[22]考察了有機、無機和混合營養物質對石油烴污染土壤微生物修復的促進影響，結果表明，無機營養底物效果最好，三株功能菌株在15天內對石油烴降解率可達82.4%以上，且土壤微生物豐度也最高。通常，石油烴污染土壤碳源充足，但氮和磷等元素較為缺乏，這可能是無機營養物質能夠促進功能菌株對石油烴有效降解的原因。除這些營養物質外，O2含量也會顯著影響石油烴的微生物降解過程。土壤生物通風法是一種有效的原位刺激法，通過人工手段提供土壤微生物的最適生長環境，促進其對石油烴的有效去除，其實質是由氣相抽提技術演變和發展而來的[23]。在生物通風過程中，影響石油烴去除的主要因素包括通風方式、土壤含水率、營養物比例等[24]，通風風速也會影響石油烴擴散及微生物對其降解，可通過加熱通風、外源高效降解菌等方式進行強化。

2.1.2 投加共代謝基質

共代謝通常是指微生物在其他可利用碳源存在條件下，能夠分解不能作為其生長基質的物質，其中可供微生物生長的碳源物質稱為一級基質或生長基質，而不能直接分解的物質稱為二級基質或非生長基質。一級基質可分為基礎營養物質，如葡萄糖、蔗糖、檸檬酸、蘋果酸等，以及二級基質中間代謝產物或結構類似物等[25]。蔡麗希[26]通過外加葡萄糖和Fe2+作為共代謝基質，發現土壤中芘降解率從65.8%升至81.4%。但需要注意的是，共代謝基質的加入通常不會參與加氧酶的形成，其對污染物去除的促進作用主要是通過增加降解菌數量和促進輔酶生成而實現的，如NADH和NADPH的產生有助于苯并[a]芘的降解[27]。李政等[28]通過投加與芘結構相類似的芴和菲，發現8天后芘可被微生物完全降解。目前，在石油烴污染土壤修復中，針對高環PAHs的去除仍是一個挑戰，通過共代謝方式是強化其去除的有效方法，已報道的可通過共代謝方式降解苯并[a]芘的細菌微生物種屬包括Burkholderia cepacia[29]、Rhodococcus[29]、Stenotrophomonas maltophilia[30]、Agrobacterium[31]、Bacillus[31]、Sphingomonaspaucimobilis[31]、Pseudomonas saccharophila[31]、Martelella[32]、Mycobacterium[33]等，共代謝基質可為芘、萘、熒蒽、菲、聯苯等低環PAHs[25]。盡管如此，目前針對微生物對土壤中石油烴的共代謝機制尚不明晰，有研究認為，微生物有效代謝非生長基質主要與非專一性酶有關[34]。此外，在利用共代謝過程促進微生物降解過程時，需注意合適的共代謝基質比例，防止競爭抑制。有研究表明，生長基質與非生長基質會對微生物酶作用位點產生競爭，生長基質濃度過高會抑制微生物對非生長基質的代謝分解。胡鳳釵等[35]以葡萄糖作為共代謝基質，考察其對菌株N12降解芘的作用影響，在葡萄糖濃度大于500g/L時，芘降解率呈下降趨勢。因此，初級基質投加量對微生物共代謝石油烴具有顯著影響，在合適范圍內，石油烴降解率隨生長基質濃度的提高而升高。同樣地，結構類似底物對降解微生物同樣也會產生抑制作用[36]。

2.2 生物強化法

2.2.1 投加高效降解菌

通過外源投加高效降解菌是目前石油烴污染土壤修復的研究熱點之一。有研究表明，持久性高濃度石油烴污染土壤環境能夠馴化土著微生物，提高石油烴降解微生物的種類和豐度[37]。盡管如此，自然環境中往往不具備能夠富集這些降解微生物的有利條件，因此大部分研究采用石油烴物質作為唯一碳源，通過梯度篩選和富集培養分離獲得高效降解菌株，然后通過生物強化修復石油烴污染土壤，如圖1所示。目前已報道的可降解污染土壤中石油烴的細菌微生物包括Mycobacterium、Nocardia、Desulfovibrio、Achromobacter、Micrococcus、Pseudobacterium、Coryhebacterium、Arthrobacter、Bacillus、Flavobacterium、Alcaligenes、Brevibacterium、Acinetobacter、Aeromonas、Micromonospora、Spirillim、Vibrio等[38]。徐馮楠等[39]從石油烴污染土壤中篩選獲得兩株高效降解菌Y-7和Y-9，經鑒定為假單胞菌屬（Pseudomonas）和芽孢桿菌屬（Bacillus），對石油烴降解率分別可達68.7%和74.5%。李小猛[40]采用Pseudomonas aeruginosaDut-lxm0725和Rhodococcus erythropolisDut-lxm1018混合菌株降解土壤中石油烴，20天后石油烴降解率可達92%，顯著優于單一菌株的降解效果。通過外源投加降解菌株，不論是單一菌株還是混合菌群，需適應石油烴污染環境，且能與土著微生物競爭成為優勢菌群，這樣才能夠充分發揮其降解性能。因此，從石油烴污染土壤中篩選獲得高效降解菌并構建高效降解菌群體系，是提高微生物對石油烴污染土壤環境適應性和競爭性的前提。

圖1 石油烴降解菌的篩選及其降解過程

與此同時，對微生物降解菌株進行基因編輯，構建基因工程菌也是石油烴污染土壤微生物修復領域的一個研究方向[41]。謝云[42]從污染土壤中篩選獲得一株BS3降解菌，發現其對烷烴降解效果好，但對芳香烴降解效果較差，因此采用三親結合轉移技術將功能基因C23O插入到BS3染色體中，并篩選獲得一株轉基因工程菌AcinetobacterBS3-C23O，其在對烷烴降解效果不變的情況下，對實現對芳香烴降解效果提升60%。盡管如此，目前針對基因工程菌的引入是否會對生態環境產生潛在危害還尚不清楚，有待進一步研究論證。

2.2.2 固定化微生物技術

固定化微生物技術是通過適當方法將游離微生物固定于穩定多孔載體上，提高微生物濃度，增強其對污染物的降解效果。固定化技術最初是為了應對功能降解菌在污染環境中難以快速適應，以及受土著微生物種群競爭影響而逐漸發展形成的。與游離微生物相比，其具有如下顯著特點：①固定化載體能夠降低外界對微生物的不利影響，增強其與土著微生物的競爭力；②多孔性固定化載體具有一定吸附能力，能夠對土壤中污染物進行富集，增大降解微生物與污染物之間的接觸概率，提高降解效率；③一些固定化載體能夠為降解微生物提供必要的營養物質，促進降解微生物生長繁殖，同時還可以增大土壤孔隙度，強化氧氣傳質效率，促進降解微生物逐漸成為優勢種群。

目前，關于微生物固定化技術的研究主要集中于固定化方法與固定化材料，所應用的固定化方法主要包括吸附法、交聯法、包埋法等，其中吸附法和包埋法最為常見，具有操作簡單、反應溫和、負載效果好等優點。已報道的常用固定化材料包括無機載體、有機高分子載體和復合載體等，常用材料包括海藻酸鈉、殼聚糖、甲殼質、木片和麥秸、生物炭和軟體動物殼等[43]。其中，海藻酸鈉作為固定化材料結構穩定，但其致密凝膠結構會阻礙氣體交換，影響需氧微生物對污染物的有效降解[44]；殼聚糖、木片和麥秸等與微生物親和力高，但其良好的吸附性能對土壤中其他污染物同樣具有較好效果，從而影響降解微生物對目標污染物的去除效果[45]。

生物炭是一種良好的固定化載體，強度大，穩定性好[45]。有研究表明，生物炭能夠改善土壤肥力，影響土壤污染物遷移與轉化行為，提高土壤微生物多樣性[46-48]。由于生物炭本身具有吸附性，在石油烴污染土壤中投加生物炭能使石油烴發生吸附轉移，結合土著微生物的降解作用，強化對石油烴的去除效果。孔露露等[9]通過在大港油田污染土壤中添加生物炭，發現總石油烴去除率可提高11%以上。陳思尹[49]采用海藻酸鈉包埋制備XTB5固定化菌劑，研究其對萘的降解效果，發現樹枝生物炭、秸稈生物炭和草炭固定化菌劑對萘降解率分別可達75%、96%和67%。Zhang等[50]采用生物炭固定微生物Corynebacterium variabileHRJ4，發現其對石油烴降解率可達78.9%。Shen等[51]研究發現，相比游離微生物，固定化微生物不僅對目標污染物去除效率高，同時對低溫、酸堿性、高鹽等極端環境也表現出良好的適應性。

3 微生物聯合修復技術

石油烴污染土壤單純依靠土著微生物降解或外源高效降解菌，往往也存在修復時間長、實用操作性不強的缺陷。因此現階段已有較多報道將其與其他技術方法相聯合，如植物-微生物聯合修復、電動-微生物聯合修復、（生物）表面活性劑強化微生物修復、化學氧化-微生物聯合修復、動物-微生物聯合修復等[52]。

3.1 植物-微生物聯合修復技術

植物與微生物在自然環境中往往具有協同關系[53]，已有研究表明，植物-微生物聯合技術對石油烴污染土壤具有良好修復效果[54]，一般適合于中、低濃度石油烴污染土壤修復，但修復效果受場地條件、環境條件和污染物性質影響較大[55]。植物主要通過對石油烴進行積累、代謝和轉化，結合根際微生物的協同作用，促進石油烴降解，其過程機制如圖2所示，包括以下三個方面。

圖2 植物-微生物聯合修復過程機制

（1）植物吸收與代謝[56]利用植物根系吸附和富集石油烴，并通過代謝和礦化等作用將其轉化為小分子代謝產物、CO2和H2O等。

（2）植物根系分泌物的催化降解作用[57]植物根系分泌物一方面可作為微生物共代謝基質，另一方面其所含的一些關鍵酶能夠促進微生物降解，如脫鹵酶、硝酸還原酶、過氧化物酶等。石油烴通常疏水性強，易與土壤顆粒結合，形成老化石油烴，而植物根系分泌物中含有小分子酸如草酸、檸檬酸、蘋果酸等，可有效溶解土壤顆粒所結合的石油烴，從而促進其降解去除[58]。

（3）植物根系與根際微生物聯合作用[59]植物根系可與真菌菌絲共生，形成菌根，真菌在土壤污染物脅迫誘導作用下可產生特異性酶，能夠降解一些細菌無法降解的污染物質。

植物根系是土壤、植物和微生物共同作用的場所，根系分泌物可增強土壤顆粒所結合的石油烴溶出，有利于微生物對其代謝分解。黃妍[60]對比研究了三葉草、大豆和玉米三種植物根系分泌物與分枝桿菌M1對菲和芘的協同降解效果，發現三種根系分泌物均能促進微生物降解效率。其中，三葉草根系分泌物與降解菌的協同促進效果最好，當投加濃度為80mg/kg時，其聯合降解效果比單獨微生物降解高約40%。此外，微生物也可以輔助植物攝取營養物質，促進植物生長[61]。劉鑫等[62]在處理高濃度PAHs污染土壤時，發現根瘤菌SL-1能促進苜蓿生長，在第20天與第60天時，接種根瘤菌的苜蓿株高比未接種組的分別增高2倍和2.6倍，干質量分別提高1.8倍和2.3倍。植物-微生物聯合技術不僅能夠提高降解微生物豐度，還可增強微生物反應活性。王洪[63]對比研究了植物-微生物聯合修復與單獨植物和單獨固定化微生物對土壤PAHs的修復效果，結果顯示，植物-微生物聯合技術對PAHs的去除率為37.6%～41.3%，顯著高于單獨植物和單獨固定化微生物修復方法，同時發現聯合修復還能夠提高土壤細菌與真菌豐度，促進PAHs降解。

3.2 電動-微生物聯合修復技術

電動-微生物聯合修復主要是通過電化學氧化、電滲析、電遷移等作用強化微生物降解效果[64]，適用于不同類型的石油烴污染土壤修復，但不適合長期修復，主要是因為修復效果會隨著時間延長而下降，且電場作用會對土壤本身性質及其微生物群落生態造成影響[65]。在電場作用下，土壤中各類組分遷移速度加快，包括微生物、有機污染物和營養物質等，分別可通過水平接觸和縱向混合機制過程強化各組分間的相互接觸和反應（圖3）[64,66]。Olszanowski等[67]研究發現，由于細菌細胞膜帶負電，在電場作用下會向陽極移動，但也有部分細菌會向陰極移動，推測可能是電滲析使水遷移所引起的，細菌在電場作用下的遷移性可能是強化微生物降解的途徑之一。微生物在電場中的遷移主要與微生物的黏附性有關，Wick等[68]比較研究了不同黏附性菌株L138和LB50TG的遷移性，發現在2V直流電條件下，90%的低黏附性L138被轉移到電極上，而高黏附性的LB50TG只有12%被遷移。Li等[69]研究發現，通過轉換電極的方式可以提高微生物對石油烴的降解效率，轉換電極組對實際油田污染土壤修復效果比恒定電極組提高約10%，且轉換電極周邊土壤pH仍保持在約6.6，對土壤微生物影響小。電場強度對土壤微生物降解過程同樣具有重要影響。Li等[70]研究報道土壤pH、含水率、溫度、溶解氧等物化性質在不同電場條件下均會發生變化，且在2V電壓條件下，土壤微生物總量和降解活性最高。Wick等[71]研究評估了弱直流電對土壤微生物群落的危害影響，確定在適當電場條件下，其對土壤微生物組成不會造成影響，也不會影響土壤微生物的降解潛能。

圖3 電動-微生物聯合修復過程機制示意圖

3.3（生物）表面活性劑強化微生物修復技術

污染土壤中石油烴一般會與土壤顆粒緊密結合，低溶解性與低遷移性是導致石油烴在土壤中長期穩定存在的主要原因。針對這一特性，可以通過外源投加表面活性劑增強土壤孔隙中石油烴的乳化、溶解和分離，提高微生物對其利用，其修復過程機制如圖4所示。通過表面活性劑強化微生物作用能夠對不同類型石油烴污染土壤進行有效修復，包括石油、柴油、PAHs等[72]，目前常用的表面活性劑包括失水山梨醇單油酸酯聚氧乙烯醚（Tween 80）、十二烷基硫酸鈉（SDS）、烷基多糖苷（APG）、脂肪醇聚氧乙烯醚（JFC）等[73-74]。其中，非離子型表面活性劑具有更好的可生物降解性[74]。陳俊華等[75]考察研究了TCA-CL（非離子型表面活性劑）、VeruSol-10（植物提取非離子型表面活性劑）、DOWFAXTM2A1（陰離子型表面活性劑）、皂角苷（非離子型生物表面活性劑）和MOBS（洗滌行業離子表面活性劑）五種表面活性劑對中低濃度PAHs污染土壤微生物修復效果的影響，發現TCA-CL對PAHs去除促進效果最好，當投加量為5g/L時，土壤中PAHs從19.4mg/kg降至1.7mg/kg，去除率達91.2%，其中，苯并[a]芘濃度從1.38mg/kg降至0.14mg/kg，去除率為89.9%。

圖4 表面活性劑強化微生物修復過程機制

與化學表面活性劑相比，生物表面活性劑作為微生物代謝過程所產生的糖脂類、脂肽類、多糖蛋白質絡合類等物質，具有較好的環境友好性，其能夠有效降低表面張力，溶解土壤顆粒中的石油烴，促進微生物對其降解代謝[76]。盡管如此，在實際應用時應注意控制生物表面活性劑投加量，有研究表明，過量生物表面活性反而會導致石油烴去除效果變差，一方面是因為生物表面活性劑會改變細胞膜通透性，造成細胞裂解[77]，同時由于細胞通透性增強，使得增溶的污染物進入細胞對其產生毒性抑制作用[78]；另一方面，生物表面活性劑通常具有一定的抑菌性能，對降解菌可能會產生脅迫效應，進而影響污染物降解效果[79]。

3.4 化學氧化-微生物聯合修復技術

有研究報道，采用化學氧化對污染土壤進行預處理，可使高毒性、高穩定性和結構復雜的污染物轉化為低毒性、穩定性差和結構簡單的產物，進而提高微生物對其降解效果[80-81]，其修復過程機制如圖5所示。傳統觀點認為，化學氧化過程會改變土壤氧化還原和pH環境，且對微生物種群會產生毒性效應。然而有研究表明，盡管化學氧化暫時會降低微生物反應活性，但經一定時間的適應，其能夠逐漸恢復活性，并有效降解目標污染物?；瘜W氧化-微生物聯合修復主要適用于高分子重質石油烴，通過化學氧化將長鏈石油烴分子斷裂形成短鏈分子，促進微生物降解過程達到良好修復效果[82]。Gou等[83]采用化學氧化與微生物降解聯合方法，在厭氧條件下通過H2O2對PAHs污染土壤進行預氧化，強化微生物降解效果，污染土壤中16種PAHs去除率為33.2%～95.9%，雖然化學氧化會導致土壤微生物豐度顯著下降，但通過添加營養物質和NO3-，再缺氧孵育180天，土壤微生物豐度逐漸恢復并有所提升。羅俊鵬等[84]采用濃度為0.1mmol/g的過硫酸鈉在50℃條件下進行活化，發現其在7天內對土壤中菲的氧化去除率約為22.7%，然后投加降解菌Acidovoraxsp.JG5和氮素，菲去除率在第27天時可達41.3%。在此過程中，過硫酸鈉活化氧化會導致土壤微生物數量顯著降低，下降幅度達70%，但可在后續培養中可逐漸恢復。Xu等[85]考察了預氧化對后續微生物降解的作用影響，結果表明，濃度為20mmol/L的過硫酸鈉和10mmol/L的高錳酸鉀不僅對土壤中苯并[a]芘去除效果良好，分別達98.7%和84.2%，并且一定程度上能夠促進土壤呼吸速率與FDA酶活性，表明適量氧化劑能夠強化微生物對石油烴污染土壤的修復效果。

圖5 化學氧化-微生物聯合修復過程機制

3.5 動物-微生物聯合修復技術

石油烴具有一定的生物毒性，但有研究報道蚯蚓、沙蠶、線蟲等動物能夠在低濃度（0～20mg/kg）石油烴污染土壤中存活，并可促進石油烴的微生物降解[86]，但也有研究發現，動物-微生物聯合修復對重質石油烴污染土壤同樣具有一定的應用潛力[87]。蚯蚓等動物在污染土壤中往往會通過被動吸收富集石油烴，并利用腸道中的烴類降解菌如假單胞菌、產堿桿菌等對石油烴進行代謝分解[88]，其吸收代謝過程如圖6所示（以蚯蚓為例）。動物對石油烴污染土壤的主要修復機制包括以下幾個方面。

圖6 動物-微生物聯合修復過程機制

（1）動物對污染土壤中石油烴的富集累積作用，通過腸道微生物對石油烴進行轉化、分解和代謝[89]。

（2）改善土壤理化性質及通透性，增強污染土壤中不同物質的傳遞過程，促進土壤微生物對石油烴的利用和降解[90]。

（3）動物分泌產物可為土壤微生物提供可利用的碳源和能源，提高其反應活性，進而強化其對石油烴的降解[91]。

動物在污染土壤中的存活率是保證動物-微生物聯合修復效果的關鍵，主要與污染物濃度和動物暴露時間有關。有研究表明，在污染土壤中投加一定的微生物和有機物能夠有效提升動物在污染土壤中的存活率和繁殖率[92]，反之動物也可提高土壤微生物種群數量及酶活性[93]。Chachina等[94]研究表明，采用蚯蚓-微生物聯合技術修復石油烴污染土壤，當石油烴初始濃度為20～60g/kg時，經22周后土壤石油烴降解去除率可達99%。

4 展望

針對石油烴污染土壤的修復技術主要包括物理法、化學法、生物法和聯合修復法。其中，微生物修復技術具有經濟性好、操作性強和無二次污染等優點，已成為石油烴污染土壤修復的研究熱點。相比單一修復技術，聯合修復技術可充分利用不同方法技術之間的協同作用，其環境適應性和修復效果更為突出，因此具有更廣闊的應用前景。盡管針對石油烴污染土壤微生物修復技術已有一些相關研究報道，但絕大部分還主要停留在實驗室階段，實際工程化應用還鮮有報道，這主要與微生物的反應活性及其適應特定污染環境的能力有關。因此，后期還應在以下方面開展進一步研究。

（1）系統研究并評估微生物聯合技術對石油烴污染土壤的修復效能，探究物理或化學前處理方法對后續微生物修復潛能及代謝機制的過程影響。

（2）進一步強化石油烴高效降解菌在污染土壤中的反應活性，一方面可以改進微生物固定化技術，開發新型固定化材料和方法，另一方面可通過水平基因轉移等基因工程手段，促使土著微生物獲得石油烴降解功能基因，避免外源微生物對原始土壤生態結構的影響。