植物-微生物聯合修復石油污染土壤的研究進展

摘要：生物修復技術因其環境友好、修復成本低等優點受到大量關注，尤其是植物-微生物聯合修復技術。兩者互利的共生關系讓植物-微生物組合更好地結合兩者的優點，有效提高生物修復的應用范圍和降解效率。本文概述植物-微生物聯合修復技術降解有機污染物的機制，梳理聯合修復技術的應用形式，重點討論不同形式的植物-微生物組合的協同效應，并對植物-微生物聯合修復未來的研究方向和應用前景進行展望，以更好地修復石油污染土壤。

關鍵詞：石油污染土壤；生物修復；植物；微生物；聯合修復

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）02-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.02.034

Research Progress on Plant-Microorganism Combined Remediation of Petroleum Contaminated Soil

ZHAO Bowen1， ZHANG Jingsha1， FANG Hailan1，2

（1. Shanghai Construction Environmental Technology Co.， Ltd.， Shanghai 200003， China;

2. Shanghai Chenshan Botanical Garden， Shanghai 201602， China）

Abstract： Bioremediation technology has received a lot of attention due to its advantages such as environmental friendliness and low remediation costs， especially the plant-microorganism combined remediation technology. The mutually beneficial symbiotic relationship between the two allows the combination of plants and microorganisms to better combine their advantages， effectively improving the application scope and degradation efficiency of bioremediation. This paper provides an overview of the mechanism of plant-microorganism combined remediation technology for degrading organic pollutants， outlines the application forms of combined remediation technology， focuses on the synergistic effects of different forms of plant microbe combinations， and looks forward to the future research directions and application prospects of plant-microorganism combined remediation to better remediate petroleum contaminated soil.

Keywords： petroleum contaminated soil; bioremediation; plant; microorganism; combined remediation

據統計，每年全世界有約1 000萬t石油進入環境中[1]，石油污染嚴重程度可以用石油烴總量（TPH）作為指標來衡量。當前，我國每年進入環境中并造成石油污染的土壤達10萬t[2]。有機污染物進入食物鏈中被人攝入，最終可能會引起膀胱、腎臟、肝臟、肺部等器官罹患疾病，甚至致畸、致癌、致突變等[3]。因此，石油污染場地土壤迫切需要治理修復，這也是推進我國生態文明建設、實現全球生態系統良性循環的關鍵研究方向。目前，常用的有機污染土壤修復方法包括物理法、化學法和生物法。相對而言，生物修復技術具有環境擾動少、不易造成二次污染、修復成本低等優點，被認為是環境友好且綠色經濟的土壤修復技術。本文就目前國內外石油污染土壤的生物修復技術進行梳理，討論根際效應的作用形式，并對污染土壤的植物-微生物聯合修復技術研究進行初步

展望。

1 生物修復技術

不同生物修復技術修復石油污染土壤的特點及優缺點如表1所示。

2 植物-微生物聯合修復技術

植物-微生物聯合修復技術又被稱為根際修復，是指植物通過根系分泌物刺激微生物的催化活性，間接參與根際區域的生物降解反應，強調根際微生物和根系分泌物的相互作用，是生物修復技術近年來的重點研究方向。

2.1 植物-微生物聯合修復的機制

根際是指靠近植物根部的一小片區域，富含營養且易受根系分泌物影響。根際是地球上最復雜的生境之一，由于能量和碳源被穩定地釋放到根際區域，與土壤的其余部分相比，根際微生物菌落的密度偏高，這一過程被稱為根際效應。據估算，1 g新鮮根附近的根際就有多達千億個微生物細胞，意味著超過

3萬種原核生物存在。同時，根際微生物也對植物生長、土壤肥力、固碳和污染物降解的影響巨大[6]，在根系分泌物的促進作用下，根際微生物有效地提高復雜有機物的生物可利用性，降低其對植物根系的毒性，根際和根系微生物形成互利的共生關系[7]。

2.2 植物-微生物聯合修復的形式

2.2.1 植物促生根際菌（PGPR）

一般來說，植物激素的產生被認為是植物促生微生物幫助宿主植物克服污染物誘導的應激反應的主要手段。然而，許多植物促生微生物能夠合成氨基環丙烷羧酸脫氨酶，從而控制植物生長過程中應激激素乙烯的水平。PLOCINICZAK等[8]評估接種紅串紅球菌的CD 106菌株的黑麥草對根際修復老化碳氫化合物的有效性的影響（約1%總石油烴含量）。研究發現，此菌株顯示出氨基環丙烷羧酸脫氨酶活性，顯著增加黑麥草的鮮重，并在試驗時間210 d后去除種植土壤中的石油烴。與未接種處理相比，接種CD 106菌株的植物的芽和根鮮重分別提高49%和30%，進而表現出更高的石油烴降解效率（31.2%），而未接種組和無植物單獨接種菌株的分別為16.8%和18.7%。由此可見，紅串紅球菌與黑麥草相結合可被視為提高石油污染土壤生物聯合修復效率的有效方法。

與細菌類似，叢枝菌根真菌（AMF）也會釋放酶參與降解、誘導共生植物根系分泌物和根際土壤微生物群落的數量和質量變化，從而增強石油污染土壤的植物-微生物修復效果。KUO等[9]使用5種植物（香根草、鬼針草、孟仁草、牛筋草和白茅）分別接種摩西球囊霉，研究其對重質原油污染土壤的根際修復效果。結果發現，只有香根草、鬼針草和牛筋草可以與摩西球囊霉共存。64 d后，接種叢枝菌根真菌的香根草和鬼針草的根表面有助于植物本身生長以及促進土壤中石油污染物的降解，反而接種對牛筋草表現出負面影響。植物的選擇應符合特定地點的條件，并且能夠很容易地被菌根真菌接種。

2.2.2 碳氫化合物降解菌

使用碳氫化合物降解菌時，可以考慮兩種方法。一是引入外來菌種，即從另一個受石油污染的場地（根際或非根際）分離的外來菌群接種；二是強化土著菌種，即從受污染的土壤（根際或非根際）中篩選富集并以石油類污染物作為唯一碳源進行培養，然后重新接種。在多年生黑麥草根際修復效率的研究中，CHULUUN等[10]聯合使用10種從石油污染土壤中分離的細菌菌株（紅串紅球菌、變異棒桿菌屬的DCM44702菌株、新鞘氨醇桿菌、木糖氧化無色桿菌的ZH4菌株、惡臭假單胞菌的PCM2153菌株、香茅醇假單胞菌的FX6菌株、林丹菌根瘤菌、嗜麥芽窄食單胞菌的KNUC605菌株、陰溝腸桿菌和弗氏檸檬酸桿菌的UMS5/10菌株）。研究主要比較不同修復方法在混有50 g/kg柴油的土壤中的有效性，包括單一的生物修復技術和植物-微生物聯合修復技術。結果表明，同時使用混合菌劑與多年生黑麥草修復柴油污染土壤，在90 d內具有最高的總石油烴去除率（57.3%）。EBADI等[11]的研究也顯示類似結果。研究使用耐鹽性綠膿桿菌混合菌劑（4種有機物降解菌，包含中間蒼白桿菌的R2菌株、米微桿菌的R4菌株、假單胞菌屬的R7菌株和糞產堿菌的R8菌株，比例為1∶1∶1∶1）與鹽生植物海蓬子（或高羊茅一起使用），可將總石油烴的降解率提高17%。山柑藤和微生物間的特定組合可以引起土壤脫氫酶活性和細菌豐度的增加，進而導致石油污染物在鹽漬土壤中的植物毒性降低。同樣，將外源性降解混合菌劑M10

（馬紅球菌、腸桿菌屬、醋酸鈣不動桿菌、叢毛單胞菌屬和產堿假單胞菌）引入受污染的土壤（石油烴24 000 mg/kg），油菜籽的根長和生物量有明顯增長。這種機制表明油菜籽和菌劑M10可能是合適的組合。綜上，特定植物和碳氫化合物降解微生物的聯合應用可以有效地修復受石油烴污染的土壤。

3 結論

植物-微生物聯合修復技術作為最有效可行的綠色修復技術，特別適用于TPH水平低至中等且不急于投入使用的大規模場地。選擇合適的植物和微生物組合進行大規模試驗，首先篩選本地物種，充分考慮污染場地環境的復雜性，必要時引入外源植物或微生物；現代微生物基因組學工具不僅可以用來更好地了解根際微生物的結構和功能，還可以進一步明確相關修復機制并預測根際修復的清理時間；制定并落實植物風險管理策略，修復過程中避免污染物的二次污染，修復結束后植物仍可以保持便利休閑、生態服務功能或用于生物質發電，進一步完善植物-微生物聯合修復的研究體系。

參考文獻

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