孟 欣，李 剛，高 鵬，卞成鵬，郭書海

（1.中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，沈陽110016；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049；3.污染土壤生物-物化協(xié)同修復(fù)技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，沈陽110016）

電動(dòng)力學(xué)修復(fù)有機(jī)污染土壤是近年來土壤修復(fù)研究的熱點(diǎn)之一。在經(jīng)歷了單一電動(dòng)修復(fù)、藥劑輔助增強(qiáng)修復(fù)后，現(xiàn)已逐步發(fā)展到同微生物修復(fù)、植物修復(fù)等技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用[1-3]。電動(dòng)-微生物聯(lián)合技術(shù)提高修復(fù)效率的成效顯著，然而修復(fù)過程中電流衰減是該技術(shù)的主要限制性因素之一[4]。已有研究報(bào)道，電動(dòng)裝置內(nèi)種植植物可有效維持系統(tǒng)內(nèi)電流水平[5]，這對(duì)于有機(jī)污染土壤修復(fù)效果的提高具有重要指導(dǎo)意義。

電動(dòng)-微生物耦合植物修復(fù)技術(shù)提高土壤中有機(jī)污染物降解效率的可能機(jī)制：首先是電場(chǎng)和植物對(duì)微生物的影響，電動(dòng)作用可作為土壤中電子受體、營養(yǎng)物質(zhì)、外源功能菌的外源驅(qū)動(dòng)力，提高污染物和土壤微生物間的傳質(zhì)效率，而且適度的電場(chǎng)強(qiáng)度有助于增加微生物的群落多樣性[6]；植物根際可為土壤微生物提供棲息地以及養(yǎng)分，并改善根區(qū)的好氧環(huán)境，促進(jìn)根際微生物的繁殖以及對(duì)污染物的分解轉(zhuǎn)化，進(jìn)而提高修復(fù)效率[7]。其次是電場(chǎng)對(duì)植物的影響，對(duì)模擬及實(shí)際污染土壤開展電動(dòng)-植物聯(lián)合修復(fù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)電場(chǎng)刺激下，植物生物量顯著提高[8]，植物根際的生理學(xué)性質(zhì)及酶活性提高，隨之依賴于植物根際微生物和酶活性的有機(jī)污染物降解過程將會(huì)加速[9]。

本研究以石油污染土壤為試驗(yàn)材料，施加直流電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為1 V·cm-1。相關(guān)報(bào)道表明，在此電場(chǎng)強(qiáng)度作用下，微生物的生長(zhǎng)繁殖能夠得到促進(jìn)，菌體數(shù)量較大，達(dá)到最大菌數(shù)所需要的時(shí)間較短[10-12]。在污染土壤中種植高羊茅，該植物生長(zhǎng)周期短、根系發(fā)達(dá)且適應(yīng)性強(qiáng)。已有研究證明其對(duì)石油類污染物表現(xiàn)出較好的耐受性[13]，對(duì)高濃度（約3.5%）石油烴污染土壤具有良好的修復(fù)潛力[14]。向系統(tǒng)內(nèi)添加石油降解菌，通過研究陰陽極切換電場(chǎng)作用下，植物生長(zhǎng)60 d中電動(dòng)-微生物系統(tǒng)耦合植物修復(fù)過程中的主要參數(shù)變化，為電動(dòng)-微生物耦合植物修復(fù)技術(shù)在大規(guī)模場(chǎng)地應(yīng)用中提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試土壤采自中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所試驗(yàn)站周邊農(nóng)田表層土，將土壤晾干后除去植物殘?jiān)捌渌峭寥莱煞?，研磨后過2 mm 網(wǎng)篩備用。將取自遼河油田的原油溶于三氯甲烷溶劑，與土壤混合均勻，控制土壤總石油烴含量在3%，每日攪拌2～3 次，直到兩周后土壤中三氯甲烷揮發(fā)完全，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩y(cè)得土壤理化性質(zhì)如表1所示。

土壤中投加的微生物為本實(shí)驗(yàn)室前期篩選富集的12種高效石油降解菌。將12種菌懸液按菌量等比例混合，將混合菌懸液均勻噴灑至滅菌后的土壤中并混合均勻，保持土壤含水率在23%左右，土壤中菌體最終濃度為1.0×108CFU·g-1。

試驗(yàn)所用高羊茅種子購自日出種業(yè)。將混入菌液的模擬污染土壤每份稱取5.5 kg 并分別放入PVC植物培養(yǎng)槽中（280 mm×190 mm×150 mm），每個(gè)槽中取出適量土壤備用，后用噴壺在培養(yǎng)槽土壤表面噴水至濕潤，將高羊茅種子每盆8.0 g 均勻撒播在培養(yǎng)槽內(nèi)，之后均勻覆蓋一層備用土。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置4 類處理：（1）添加微生物的電動(dòng)處理組（EK+BIO）；（2）種植高羊茅的電動(dòng)處理組（EK+P）；（3）添加微生物并種植高羊茅的處理組（P+BIO）；（4）種植高羊茅并添加微生物的電動(dòng)處理組（EK+P+BIO）。每個(gè)處理3 個(gè)平行，實(shí)驗(yàn)條件如表2 所示。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示，包括土壤室即植物培養(yǎng)槽（280 mm×190 mm×150 mm），4 根圓柱形石墨電極（160 mm×10 mm），1個(gè)實(shí)時(shí)電流監(jiān)測(cè)儀，1個(gè)直流電源和控制系統(tǒng)，供電電壓為25 V，通電時(shí)間為早上5：00至晚上9：00。其中4 根電極分別置于長(zhǎng)方形的4 個(gè)頂點(diǎn)位置。

1.2 植物培育及樣品采集

各處理每隔3 d 澆一次水，每次約200 mL。定時(shí)測(cè)量各處理中植物的生長(zhǎng)高度，記錄并取平均值；修復(fù)進(jìn)行60 d 后結(jié)束實(shí)驗(yàn)，收集植物鮮樣和土壤樣品。收集植物的地上部分測(cè)量濕質(zhì)量，再用去離子水沖洗干凈，吸水紙吸干表面水分，105 ℃下殺青2 h，然后在60 ℃下烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定干物質(zhì)質(zhì)量。

植物的含水率=（濕質(zhì)量－干質(zhì)量）/濕質(zhì)量×100%

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 pH值和電導(dǎo)率

稱取5.00 g土樣于離心管中，按土水比例1∶5，加入25 mL 去二氧化碳水振蕩1 h，靜置30 min。pH 計(jì)經(jīng)過pH 4.00（25 ℃）標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液及pH 6.86（25 ℃）標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液標(biāo)定后，將探頭浸入懸濁液直接測(cè)量樣品pH值，待pH值穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)即可。

表1 供試土壤理化性質(zhì)Table 1 The physicochemical properties of soil sample

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Design of experiments

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Figure 1 Schematic diagram of experimental setup

同上，靜置30 min 后，于4 500 r·min-1條件下離心5 min，隨后將土壤電導(dǎo)率儀探針浸入上清液，直接測(cè)量讀數(shù)并記錄。

1.3.2 可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量

采用稀釋平板法測(cè)定土壤中可培養(yǎng)菌數(shù)量[15]。取1.00 g新鮮土樣，加入裝有9 mL無機(jī)鹽培養(yǎng)液的試管中，振蕩30 min，取上清液1 mL，用無菌水進(jìn)行梯度稀釋后，取200μL稀釋后菌液涂平板，30 ℃條件下恒溫培養(yǎng)24 h后計(jì)數(shù)。

1.3.3 土壤脫氫酶活性

土壤脫氫酶活性分析采用氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法[16]，取4.00 g 土壤鮮樣于50 mL 離心管中，分別加入0.5 mL 的0.1 mol·L-1葡萄糖溶液，2 mL濃度為1%的Tris-HCl 緩沖液，1.5 mL 濃度為0.36%的Na2SO3溶液和2 mL 蒸餾水，將離心管置于振蕩器上180 r·min-1振蕩培養(yǎng)5 min，在37 ℃條件下恒溫振蕩避光培養(yǎng)24 h。然后加入0.5 mL甲醛終止反應(yīng)，最后加5 mL 丙酮振蕩10 min，再經(jīng)過12 000 r·min-1離心5 min，收集上清液于485 nm 波長(zhǎng)下測(cè)定吸光值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算生成三苯基甲臜（TF）含量。

1.3.4 總石油烴含量

將土樣風(fēng)干后過60 目篩，稱取4.00 g 于50 mL 離心管中，加入15 mL 三氯甲烷，加蓋，輕輕振搖1 min，超聲萃取30 min，4 500 r·min-1離心2 min。在漏斗中塞入脫脂棉，上面放置5～6 勺已烘干的無水硫酸鈉（400 ℃，2～3 h），將上清液進(jìn)行過濾脫水。沉淀物再用15 mL 三氯甲烷以同樣的方法浸提兩次，合并浸提液。將浸提液通風(fēng)濃縮至干，采用質(zhì)量法測(cè)定總石油烴含量[17]。

總石油烴的降解率按照以下公式計(jì)算：

降解率=（C0－Ct）/C0×100%

式中：C0為污染物初始含量；Ct為降解后的污染物含量。

1.3.5 石油族組分分析

飽和烴、芳香烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分析參照巖石可溶性有機(jī)物和原油族組分柱層析分析方法[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2010 軟件，采用Origin 8.5 軟件進(jìn)行繪圖，采用SPSS 11.5 統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 電流變化

圖2 修復(fù)過程中電流變化Figure 2 Changes of current during electrokinetic remediation

電動(dòng)-微生物修復(fù)石油污染土壤時(shí)，裝置內(nèi)種植高羊茅對(duì)電流變化的影響如圖2 所示。開放式電動(dòng)修復(fù)系統(tǒng)，電流數(shù)值升降和系統(tǒng)水分補(bǔ)給密切相關(guān)，設(shè)置3 d為一個(gè)周期，每個(gè)補(bǔ)水周期開始時(shí)，電流均急劇升高，隨著系統(tǒng)內(nèi)各種物理、化學(xué)及生物作用（電解、蒸發(fā)、生物消耗等）的進(jìn)行，土壤含水量降低，電滲流減弱，電流逐漸降低，到下一個(gè)補(bǔ)水周期開始，電流又恢復(fù)到較高水平。圖中EK+P+BIO 和EK+BIO組電流變化總體趨勢(shì)相似，電流呈現(xiàn)從高到低遞減規(guī)律，50 d 之后逐漸趨于平緩，實(shí)驗(yàn)?zāi)┢诩词估^續(xù)補(bǔ)水，電流也不再大幅度增加。在整個(gè)修復(fù)過程中，EK+P+BIO 處理組電流始終比EK+BIO 處理組高，修復(fù)末期EK+P+BIO 處理組電流趨于平緩后的值約為25 mA，而EK+BIO 處理組約為20 mA。這可能是由于高羊茅植株根系對(duì)土壤離子的附著作用，減緩了離子向陰陽兩極遷移，維持了系統(tǒng)電流穩(wěn)定[5]，這一現(xiàn)象與土壤中電導(dǎo)率測(cè)定結(jié)果相一致。高羊茅對(duì)電流衰減趨勢(shì)的延緩作用，維持了系統(tǒng)的電動(dòng)力效應(yīng)，使電動(dòng)作用對(duì)微生物代謝活性形成持續(xù)刺激。因此，種植高羊茅強(qiáng)化了電動(dòng)-微生物對(duì)污染土壤的修復(fù)過程。

2.2 土壤pH值與電導(dǎo)率

不同處理的pH 值和電導(dǎo)率（EC）變化如表3 所示。土壤pH 值是電動(dòng)處理過程中的一個(gè)重要參數(shù)，pH 值變化源于電極區(qū)的水解反應(yīng)。表中所有處理組pH 值均在6.99～7.44 范圍內(nèi)，變化范圍未超過一個(gè)單位幅度，處理間無顯著差異，可見周期性電極切換阻止了土壤室兩端極端pH 值產(chǎn)生，這與Reddy 等[19]的研究結(jié)果一致。施加電場(chǎng)的處理組觀察到輕微的土壤酸化，主要是由于電動(dòng)過程陽極反應(yīng)產(chǎn)生的H+（2H2O→O2+4H++4e-）與陰極產(chǎn)生的OH-（2e-+2H2O→2OH-+H2）相比具有更快的遷移速率[20]。

土壤中種植高羊茅延緩了電動(dòng)修復(fù)系統(tǒng)的電流衰減趨勢(shì)，這也反應(yīng)在土壤EC 值的變化上。土壤EC值與土壤中帶電粒子密切相關(guān)[21-22]。實(shí)驗(yàn)60 d 后，施加電場(chǎng)處理的土壤EC 值與初始時(shí)相比顯著降低（P＜0.05）。這是由于電動(dòng)過程導(dǎo)致了土壤中可移動(dòng)離子向兩極聚集，以致非電極區(qū)土壤中可移動(dòng)離子減少。各處理組初始時(shí)EC 值無顯著差異，60 d 后，EK+BIO處理組土壤EC 值顯著低于種植高羊茅的各處理組（P＜0.05），說明土壤中是否種植植物對(duì)修復(fù)后土壤的EC 值影響較大，種植植物在一定程度上可以維持土壤EC 值水平，這歸因于植物根系對(duì)土壤中可移動(dòng)離子的物理化學(xué)作用。土壤EC值降低影響土壤內(nèi)傳質(zhì)過程，從而導(dǎo)致電動(dòng)修復(fù)效率降低[23]。

2.3 植物生長(zhǎng)及生理特征

株高是表現(xiàn)植物生長(zhǎng)狀況差異最直觀的參數(shù)之一。不同處理?xiàng)l件下株高隨時(shí)間變化情況如圖3 所示，在0～15 d時(shí)間段內(nèi)高羊茅生長(zhǎng)速度較快，15 d后變慢，45 d后植物株高基本保持穩(wěn)定。施加電場(chǎng)的EK+P+BIO處理組和EK+P處理組的株高均高于未施加電場(chǎng)的P+BIO處理組。這說明電場(chǎng)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有明顯促進(jìn)作用，這與已有的研究結(jié)果一致[8]。EK+P+BIO處理組株高整體高于EK+P處理組，說明植物與微生物的協(xié)同效應(yīng)對(duì)植株生長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用。Leyval 等[24]研究認(rèn)為根際菌不僅能增加寄主植物對(duì)營養(yǎng)和水分的吸收，提高其抗逆性，而且還能提高土壤肥力。

圖3 不同處理?xiàng)l件下高羊茅株高變化Figure 3 Variation of plant height of tall fescue under different treatment conditions

表3 不同處理時(shí)間土壤pH值和EC值Table 3 Soil pH and EC values at different time

修復(fù)60 d 后各處理高羊茅植株生物量及含水率如圖4 所示。施加電場(chǎng)的EK+P+BIO 和EK+P 處理組干質(zhì)量基本相當(dāng)，均高于P+BIO處理組。各處理組含水率無明顯差異。整體來看，施加電場(chǎng)對(duì)修復(fù)植物的生物量有一定促進(jìn)作用。Cang 等[21]研究證實(shí)了低電壓促進(jìn)印度芥菜的生長(zhǎng)和發(fā)育，繼續(xù)增大電壓后植株生物量產(chǎn)量下降。Bi 等[25]評(píng)估了AC/DC 電場(chǎng)對(duì)生物量產(chǎn)生的影響，研究得出AC 電場(chǎng)促進(jìn)油菜生物量增加，電場(chǎng)作用增大了間質(zhì)液的離子通量，刺激了植物的代謝活動(dòng)，對(duì)生物質(zhì)生產(chǎn)形成有益影響，從而提高植物修復(fù)效率。

2.4 根際微生物及土壤酶活性

2.4.1 可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量變化

圖4 不同處理?xiàng)l件下高羊茅生物量和含水率變化Figure 4 Variation of biomass and moisture content of tall fescue under different treatment conditions

圖5 不同時(shí)間點(diǎn)土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量變化Figure 5 Quantity change of culturable bacteria in soil at different time points

EK+BIO、EK+P+BIO 和P+BIO 處理土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量隨時(shí)間和空間變化如圖5 所示。微生物初始投加量為1.0×108CFU·g-1，隨著修復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)，EK+BIO 和EK+P+BIO 處理中石油降解菌數(shù)量呈先增加后減少的趨勢(shì)。修復(fù)15 d 時(shí)，EK+BIO 和EK+P+BIO 處理中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量與初始投加量相比，分別增加了17.78%和22.23%。修復(fù)30 d 及60 d 時(shí)，EK+BIO 和EK+P+BIO 處理中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量顯著減少。主要是在電動(dòng)初期（15 d內(nèi)），土壤環(huán)境未發(fā)生明顯改變，且微生物繁殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)充足，電動(dòng)作用加快了營養(yǎng)物質(zhì)傳輸，增強(qiáng)了土壤內(nèi)傳質(zhì)過程，同時(shí)電解作用使氧含量增加，刺激了微生物生長(zhǎng)代謝，使微生物數(shù)量增加[26]。15～30 d 以及30～60 d 內(nèi)微生物數(shù)量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，表明后期外源菌數(shù)量不可避免地降低，同時(shí)電場(chǎng)作用導(dǎo)致土壤環(huán)境變化以及系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量減少，這都會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖及活性。30 d后，EK+BIO處理組與EK+P+BIO處理微生物數(shù)量差距加大，歸因于15～30 d 期間成熟期高羊茅根系對(duì)土壤微生物起到維持作用，這與多數(shù)植物-微生物修復(fù)石油污染土壤的結(jié)論一致?？梢?，植物的根區(qū)環(huán)境為微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)、創(chuàng)造好氧環(huán)境，可促進(jìn)根際微生物的代謝和繁殖。

未施加電場(chǎng)的P+BIO處理組，土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量一直處于遞減狀態(tài)，其中0～15 d 減少了25.56%，15～30 d 減少了19.78%，數(shù)量減少率降低5.78%，間接說明成熟高羊茅植株的根系環(huán)境對(duì)土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量有一定的維持作用。處理15 d時(shí)，未施加電場(chǎng)的P+BIO 處理組土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量為7.44×107CFU·g-1，施加電場(chǎng)的EK+P+BIO 處理土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量為1.22×108CFU·g-1，是前者的1.64倍。30 d時(shí)，雖然各處理微生物數(shù)量有所下降，但EK+P+BIO處理組土壤中可培養(yǎng)菌數(shù)量仍是P+BIO 處理組的1.67倍，施加電場(chǎng)后微生物數(shù)量與未施加電場(chǎng)相比有明顯增長(zhǎng)。因此，適當(dāng)電場(chǎng)能夠有效刺激微生物生長(zhǎng)和繁殖，這與黃殿男[27]的研究結(jié)果一致，即使有植物存在情況下，微生物變化趨勢(shì)也明顯受到電場(chǎng)作用影響。

2.4.2 土壤脫氫酶活性

酶活性是表征微生物活性的一個(gè)重要指標(biāo)，酶活性大小可反映出微生物利用土壤中污染物底物的生化反應(yīng)強(qiáng)度[28]。本研究選擇脫氫酶作為評(píng)價(jià)土壤微生物活性的指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)過程中EK+BIO、EK+P+BIO 和P+BIO處理的土壤脫氫酶活性變化如圖6所示。從整個(gè)修復(fù)周期看，EK+BIO和EK+P+BIO處理中脫氫酶活性均高于P+BIO處理組，這一結(jié)果與微生物數(shù)量隨時(shí)間變化特征一致。電動(dòng)作用中氧化還原條件、營養(yǎng)物質(zhì)傳輸?shù)茸兓菍?dǎo)致微生物活性增加的原因[29-30]。

圖6 不同處理組土壤中脫氫酶活性變化Figure 6 Changes of dehydrogenase and catalase activities in soil treated with different treatments

修復(fù)15 d 時(shí)，EK+P+BIO 處理組土壤脫氫酶活性較初始值提高了23.36%，修復(fù)30 d 時(shí)，土壤酶活性有所降低，但仍高于初始酶活性，可能是由于試驗(yàn)初期土壤中營養(yǎng)物質(zhì)較豐富，土壤環(huán)境有利于微生物生長(zhǎng)，使得前期土壤脫氫酶活性較高。隨著營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，細(xì)菌數(shù)量和脫氫酶活性降低。通過對(duì)比EK+BIO和EK+P+BIO處理組發(fā)現(xiàn)，修復(fù)15 d時(shí)，兩者脫氫酶活性相差不大，修復(fù)30 d 及60 d 時(shí)兩者差距增大，說明成熟期高羊茅植株對(duì)土壤微生物活性有一定的促進(jìn)作用。另外，由于種植植物延緩了電流的下降趨勢(shì)，后期土壤修復(fù)系統(tǒng)中存在的低密度電流在一定程度上也刺激了微生物活性。

2.5 不同處理?xiàng)l件下土壤修復(fù)效果

各處理在不同時(shí)間點(diǎn)土壤中總石油烴含量如圖7 所示，修復(fù)15 d 時(shí)，添加微生物處理組EK+P+BIO、EK+BIO和P+BIO的石油烴降解率高于未添加微生物的EK+P 處理組，因?yàn)樵诖穗A段微生物活性較高，降解作用明顯。同時(shí)，EK+P+BIO 和EK+BIO 處理的修復(fù)效果在15 d時(shí)優(yōu)于P+BIO組，這是由于電場(chǎng)作用提高了微生物活性，這與15 d時(shí)脫氫酶活性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。修復(fù)15～30 d 內(nèi)，種植植物的處理組EK+P+BIO、EK+P 和P+BIO 總石油烴的去除量明顯高于其在0～15 d 內(nèi)的去除量。30～60 d 內(nèi)EK+P+BIO、EK+P和EK+BIO 對(duì)總石油烴的去除量有所下降，可能是由30～60 d 內(nèi)微生物數(shù)量減少，以及電動(dòng)作用使?fàn)I養(yǎng)鹽在兩極富集，微生物可利用養(yǎng)分減少所導(dǎo)致。

圖7 不同時(shí)間點(diǎn)土壤中總石油烴濃度Figure 7 Concentration of total petroleum hydrocarbons in soil at different time points

經(jīng)過60 d 修復(fù)，EK+P+BIO 處理組的總石油烴降解效果最好，降解率達(dá)到48.21%；EK+BIO 處理組石油降解情況比較平穩(wěn)，達(dá)到34.73%；P+BIO 處理組降解率為41.37%，修復(fù)效果優(yōu)于EK+BIO 處理組；EK+P處理組降解率最低，為26.44%，EK+P+BIO 處理組的降解率是其1.82倍。Fan等[31]研究表明耦合電動(dòng)和微生物修復(fù)技術(shù)通過電場(chǎng)來提高微生物修復(fù)效率，實(shí)現(xiàn)了微生物與電場(chǎng)的協(xié)同修復(fù)效應(yīng)，與單獨(dú)使用生物和電場(chǎng)相比可增強(qiáng)微生物活性。Anderson 等[32]認(rèn)為植物以多種方式幫助微生物轉(zhuǎn)化，根際在生物降解中起著非常重要的作用。根際可以加速脂肪烴類、多環(huán)芳烴類的降解。植物根系微生物密度會(huì)增大，多環(huán)芳烴的降解也增加。植物為微生物提供生存場(chǎng)所并可轉(zhuǎn)移氧氣，使根區(qū)的好氧轉(zhuǎn)化作用能夠正常進(jìn)行，這也是植物促進(jìn)根區(qū)微生物礦化作用的機(jī)制之一。另外，植物對(duì)電流的維持作用在一定程度上也刺激了系統(tǒng)內(nèi)微生物活性，從而提高了總石油烴去除率。

對(duì)EK+P+BIO 處理組修復(fù)前后的石油族組分含量進(jìn)行分析，由圖8可看出，EK+P+BIO 組實(shí)驗(yàn)前后石油組分發(fā)生了明顯變化，其中烷烴和芳烴都有較高的去除率，與初始含量相比，飽和烴和芳香烴去除率分別為47.96%和75.14%。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)變化不大，去除率分別為17.45%和15.77%。其中，烷烴的去除量高達(dá)7.12 g·kg-1，芳烴去除量為5.67 g·kg-1，這是由于烷烴在降解過程中所需能量較低，生物毒性較小[33]；此外，在電場(chǎng)作用下，烷烴β-氧化過程得以加速[34]。已有研究表明，在石油烴降解中，微生物傾向于優(yōu)先選擇烷烴成分降解[35-36]。相應(yīng)地，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)物質(zhì)由于較高的穩(wěn)定性和疏水性，使其在土壤環(huán)境中去除率一般較低[18]，即使是外加電場(chǎng)等強(qiáng)化措施存在，提高這種重組分物質(zhì)的去除率也相對(duì)較難。

圖8 EK+P+BIO組修復(fù)前后石油族組分含量變化Figure 8 Changes of petroleum group component content by EK+P+BIO treatment

3 結(jié)論

（1）電動(dòng)-微生物修復(fù)裝置內(nèi)種植高羊茅可有效延緩電流的衰減趨勢(shì)；成熟期高羊茅植株對(duì)系統(tǒng)內(nèi)微生物的數(shù)量及活性有一定的維持作用。電動(dòng)作用可以有效地刺激微生物的生長(zhǎng)和繁殖，并提高微生物的代謝活性。

（2）EK+P+BIO 處理組總石油烴降解率高達(dá)48.21%，顯著高于其他處理。其中飽和烴和芳香烴的去除率分別達(dá)到47.96%和75.14%，而膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的去除率相對(duì)較低。修復(fù)初期微生物數(shù)量豐富，活性較高，降解作用明顯；修復(fù)中期植物對(duì)修復(fù)效果的貢獻(xiàn)加大，可能原因是植物根際改善了土壤環(huán)境，為微生物降解提供了有利條件。