潘云飛，唐正，彭欣怡，高品

（東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620）

石油烴污染問題已引起國內(nèi)外環(huán)境工作者的廣泛關(guān)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(chǎn)生重大危害[2]，通常石油烴進(jìn)入土壤環(huán)境后會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)和微生物群落組成，造成土壤肥力下降[3-4]。低沸點(diǎn)石油烴組分易揮發(fā)，可通過空氣流動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)移，而高沸點(diǎn)組分可與土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)合，并老化形成微生物難以利用的結(jié)合態(tài)化合物，可在土壤環(huán)境中長期穩(wěn)定存在，但也會(huì)隨著環(huán)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(tài)系統(tǒng)造成危害影響。石油烴擴(kuò)散分布在土壤顆粒表面會(huì)形成一層結(jié)構(gòu)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(yǎng)物質(zhì)的攝入[5]。有研究表明，石油烴對土壤生態(tài)系統(tǒng)具有毒性效應(yīng)，導(dǎo)致微生物多樣性和豐度降低，進(jìn)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(fù)，目前主要的技術(shù)手段有物理法、化學(xué)法、微生物法等。其中，物理修復(fù)與化學(xué)修復(fù)雖然能夠取得較好的修復(fù)效果[7]，但會(huì)嚴(yán)重破壞土壤理化性質(zhì)和生態(tài)結(jié)構(gòu)，易造成二次污染。相比之下，微生物法具有環(huán)境友好、效果穩(wěn)定、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但也存在修復(fù)速率慢和周期長的不足。近年來，大量研究報(bào)道微生物聯(lián)合修復(fù)可顯著改善石油烴污染土壤修復(fù)效能，包括植物-微生物聯(lián)合修復(fù)、電動(dòng)-微生物聯(lián)合修復(fù)、表面活性劑強(qiáng)化微生物修復(fù)、化學(xué)氧化-微生物聯(lián)合修復(fù)、動(dòng)物-微生物聯(lián)合修復(fù)等?；诖?，本文主要著眼于石油烴污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)論述了基于微生物修復(fù)技術(shù)在石油烴污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及進(jìn)展，并對未來發(fā)展提出了展望。

1 土壤石油烴污染修復(fù)技術(shù)方法

1.1 物理修復(fù)法

物理修復(fù)法屬傳統(tǒng)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(fā)生轉(zhuǎn)移。翻耕污染土壤，添加新土這類傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)，從污染土壤中轉(zhuǎn)移石油烴。由于土壤中的天然有機(jī)物會(huì)在碳材料表面發(fā)生團(tuán)聚堵塞[8]，添加葡萄糖等有機(jī)質(zhì)可促使碳材料表面礦化和孔隙暴露，有利于吸附過程的進(jìn)行[9]。另一類是對石油烴污染土壤進(jìn)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(chǎn)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(fù)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(fā)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(dá)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(jìn)行熱處理（≥400℃），不僅能有效分解石油烴，同時(shí)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(fù)石油烴污染土壤，當(dāng)總石油烴初始含量為5%～20%，熱解溫度為500℃時(shí)，土壤中總石油烴在30min內(nèi)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(shí)能夠使污染土壤中的烴類物質(zhì)脫附，繼續(xù)加熱至400℃以上時(shí)可進(jìn)一步使石油烴分解，生成熱解氣和固體炭[14]。相比常規(guī)N2環(huán)境，在CO2條件下進(jìn)行熱解可有效降低能耗，提高石油烴回收率，還可避免多環(huán)芳烴（PAHs）的生成[15]。

1.2 化學(xué)修復(fù)法

化學(xué)修復(fù)法主要通過向污染土壤中投加化學(xué)藥劑，與土壤中污染物發(fā)生氧化還原和吸附沉淀等反應(yīng)，從而達(dá)到去除土壤中污染物的目的。該方法具有修復(fù)速率快、污染物去除效果好等優(yōu)點(diǎn)，但在修復(fù)過程中會(huì)受環(huán)境條件限制，如采用芬頓氧化法時(shí)，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(xué)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(dāng)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(dá)95%以上，但這些納米光催化劑無法回收與循環(huán)利用，會(huì)殘留在土壤中造成二次污染[17]。

目前，化學(xué)氧化法在石油烴污染土壤修復(fù)中已有較多應(yīng)用，如H2O2、O3、高錳酸鹽和過硫酸鹽等[18]，雖然修復(fù)效果顯著，但會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響土壤微生物群落組成，抑制植物生長，降低植物發(fā)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(fù)效果，發(fā)現(xiàn)原位化學(xué)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(fā)現(xiàn)，過硫酸鹽體系對土壤微生物的抑制作用最為顯著，當(dāng)過硫酸鹽投加量分別為1%、3%和5%時(shí)，土壤細(xì)菌豐度5天 內(nèi) 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(jìn)過硫酸鹽體系修復(fù)PAHs污染土壤，去除效果可提高10%～20%，其中高環(huán)PAHs（≥3環(huán)）去除率可提升8%～11%。

2 微生物修復(fù)法

微生物修復(fù)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(jìn)行代謝和轉(zhuǎn)化。該方法具有修復(fù)效果好、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)廉價(jià)、生態(tài)環(huán)保和環(huán)境可持續(xù)的技術(shù)方法。目前，微生物修復(fù)法按修復(fù)方式一般可分為原位修復(fù)與異位修復(fù)，在實(shí)際修復(fù)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(qiáng)化等方法來增強(qiáng)微生物修復(fù)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(huán)境，以最適條件為基礎(chǔ)，投加營養(yǎng)物質(zhì)、生物表面活性劑、共代謝基質(zhì)等外源物質(zhì)，促進(jìn)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)對其高效去除。與生物刺激法相比，生物強(qiáng)化法雖然能夠強(qiáng)化石油烴污染土壤的修復(fù)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(shí)也存在無法適應(yīng)實(shí)際土壤環(huán)境而發(fā)生失活和淘汰的風(fēng)險(xiǎn)。相比原位修復(fù)法，異位修復(fù)法效果一般，且操作復(fù)雜，修復(fù)成本高，已逐漸被原位修復(fù)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(fù)方法進(jìn)行論述和總結(jié)。

2.1 生物刺激法

2.1.1 投加營養(yǎng)物質(zhì)

石油烴污染土壤在其表層會(huì)形成油膜，阻礙土壤微生物對營養(yǎng)元素的攝取，這是限制微生物降解的關(guān)鍵原因之一。在污染土壤中外源加入營養(yǎng)物質(zhì)如氮和磷等，能夠有效提高降解菌群豐度和反應(yīng)活性，加速其對石油烴的降解[21]。高飛[22]考察了有機(jī)、無機(jī)和混合營養(yǎng)物質(zhì)對石油烴污染土壤微生物修復(fù)的促進(jìn)影響，結(jié)果表明，無機(jī)營養(yǎng)底物效果最好，三株功能菌株在15天內(nèi)對石油烴降解率可達(dá)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(jī)營養(yǎng)物質(zhì)能夠促進(jìn)功能菌株對石油烴有效降解的原因。除這些營養(yǎng)物質(zhì)外，O2含量也會(huì)顯著影響石油烴的微生物降解過程。土壤生物通風(fēng)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(huán)境，促進(jìn)其對石油烴的有效去除，其實(shí)質(zhì)是由氣相抽提技術(shù)演變和發(fā)展而來的[23]。在生物通風(fēng)過程中，影響石油烴去除的主要因素包括通風(fēng)方式、土壤含水率、營養(yǎng)物比例等[24]，通風(fēng)風(fēng)速也會(huì)影響石油烴擴(kuò)散及微生物對其降解，可通過加熱通風(fēng)、外源高效降解菌等方式進(jìn)行強(qiáng)化。

2.1.2 投加共代謝基質(zhì)

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(zhì)的物質(zhì)，其中可供微生物生長的碳源物質(zhì)稱為一級基質(zhì)或生長基質(zhì)，而不能直接分解的物質(zhì)稱為二級基質(zhì)或非生長基質(zhì)。一級基質(zhì)可分為基礎(chǔ)營養(yǎng)物質(zhì)，如葡萄糖、蔗糖、檸檬酸、蘋果酸等，以及二級基質(zhì)中間代謝產(chǎn)物或結(jié)構(gòu)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(zhì)，發(fā)現(xiàn)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(zhì)的加入通常不會(huì)參與加氧酶的形成，其對污染物去除的促進(jìn)作用主要是通過增加降解菌數(shù)量和促進(jìn)輔酶生成而實(shí)現(xiàn)的，如NADH和NADPH的產(chǎn)生有助于苯并[a]芘的降解[27]。李政等[28]通過投加與芘結(jié)構(gòu)相類似的芴和菲，發(fā)現(xiàn)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(fù)中，針對高環(huán)PAHs的去除仍是一個(gè)挑戰(zhàn)，通過共代謝方式是強(qiáng)化其去除的有效方法，已報(bào)道的可通過共代謝方式降解苯并[a]芘的細(xì)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(zhì)可為芘、萘、熒蒽、菲、聯(lián)苯等低環(huán)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(jī)制尚不明晰，有研究認(rèn)為，微生物有效代謝非生長基質(zhì)主要與非專一性酶有關(guān)[34]。此外，在利用共代謝過程促進(jìn)微生物降解過程時(shí)，需注意合適的共代謝基質(zhì)比例，防止競爭抑制。有研究表明，生長基質(zhì)與非生長基質(zhì)會(huì)對微生物酶作用位點(diǎn)產(chǎn)生競爭，生長基質(zhì)濃度過高會(huì)抑制微生物對非生長基質(zhì)的代謝分解。胡鳳釵等[35]以葡萄糖作為共代謝基質(zhì)，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(shí)，芘降解率呈下降趨勢。因此，初級基質(zhì)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(nèi)，石油烴降解率隨生長基質(zhì)濃度的提高而升高。同樣地，結(jié)構(gòu)類似底物對降解微生物同樣也會(huì)產(chǎn)生抑制作用[36]。

2.2 生物強(qiáng)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(fù)的研究熱點(diǎn)之一。有研究表明，持久性高濃度石油烴污染土壤環(huán)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(huán)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(zhì)作為唯一碳源，通過梯度篩選和富集培養(yǎng)分離獲得高效降解菌株，然后通過生物強(qiáng)化修復(fù)石油烴污染土壤，如圖1所示。目前已報(bào)道的可降解污染土壤中石油烴的細(xì)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(jīng)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(dá)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(dá)92%，顯著優(yōu)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(yīng)石油烴污染環(huán)境，且能與土著微生物競爭成為優(yōu)勢菌群，這樣才能夠充分發(fā)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(gòu)建高效降解菌群體系，是提高微生物對石油烴污染土壤環(huán)境適應(yīng)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(shí)，對微生物降解菌株進(jìn)行基因編輯，構(gòu)建基因工程菌也是石油烴污染土壤微生物修復(fù)領(lǐng)域的一個(gè)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(fā)現(xiàn)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(jié)合轉(zhuǎn)移技術(shù)將功能基因C23O插入到BS3染色體中，并篩選獲得一株轉(zhuǎn)基因工程菌AcinetobacterBS3-C23O，其在對烷烴降解效果不變的情況下，對實(shí)現(xiàn)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(huì)對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生潛在危害還尚不清楚，有待進(jìn)一步研究論證。

2.2.2 固定化微生物技術(shù)

固定化微生物技術(shù)是通過適當(dāng)方法將游離微生物固定于穩(wěn)定多孔載體上，提高微生物濃度，增強(qiáng)其對污染物的降解效果。固定化技術(shù)最初是為了應(yīng)對功能降解菌在污染環(huán)境中難以快速適應(yīng)，以及受土著微生物種群競爭影響而逐漸發(fā)展形成的。與游離微生物相比，其具有如下顯著特點(diǎn)：①固定化載體能夠降低外界對微生物的不利影響，增強(qiáng)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?qū)ν寥乐形廴疚镞M(jìn)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?yàn)榻到馕⑸锾峁┍匾臓I養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)降解微生物生長繁殖，同時(shí)還可以增大土壤孔隙度，強(qiáng)化氧氣傳質(zhì)效率，促進(jìn)降解微生物逐漸成為優(yōu)勢種群。

目前，關(guān)于微生物固定化技術(shù)的研究主要集中于固定化方法與固定化材料，所應(yīng)用的固定化方法主要包括吸附法、交聯(lián)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(yīng)溫和、負(fù)載效果好等優(yōu)點(diǎn)。已報(bào)道的常用固定化材料包括無機(jī)載體、有機(jī)高分子載體和復(fù)合載體等，常用材料包括海藻酸鈉、殼聚糖、甲殼質(zhì)、木片和麥秸、生物炭和軟體動(dòng)物殼等[43]。其中，海藻酸鈉作為固定化材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但其致密凝膠結(jié)構(gòu)會(huì)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(biāo)污染物的去除效果[45]。

生物炭是一種良好的固定化載體，強(qiáng)度大，穩(wěn)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(zhuǎn)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(fā)生吸附轉(zhuǎn)移，結(jié)合土著微生物的降解作用，強(qiáng)化對石油烴的去除效果?？茁堵兜萚9]通過在大港油田污染土壤中添加生物炭，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(dá)75%、96%和67%。Zhang等[50]采用生物炭固定微生物Corynebacterium variabileHRJ4，發(fā)現(xiàn)其對石油烴降解率可達(dá)78.9%。Shen等[51]研究發(fā)現(xiàn)，相比游離微生物，固定化微生物不僅對目標(biāo)污染物去除效率高，同時(shí)對低溫、酸堿性、高鹽等極端環(huán)境也表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。

3 微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

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(fù)時(shí)間長、實(shí)用操作性不強(qiáng)的缺陷。因此現(xiàn)階段已有較多報(bào)道將其與其他技術(shù)方法相聯(lián)合，如植物-微生物聯(lián)合修復(fù)、電動(dòng)-微生物聯(lián)合修復(fù)、（生物）表面活性劑強(qiáng)化微生物修復(fù)、化學(xué)氧化-微生物聯(lián)合修復(fù)、動(dòng)物-微生物聯(lián)合修復(fù)等[52]。

3.1 植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

植物與微生物在自然環(huán)境中往往具有協(xié)同關(guān)系[53]，已有研究表明，植物-微生物聯(lián)合技術(shù)對石油烴污染土壤具有良好修復(fù)效果[54]，一般適合于中、低濃度石油烴污染土壤修復(fù)，但修復(fù)效果受場地條件、環(huán)境條件和污染物性質(zhì)影響較大[55]。植物主要通過對石油烴進(jìn)行積累、代謝和轉(zhuǎn)化，結(jié)合根際微生物的協(xié)同作用，促進(jìn)石油烴降解，其過程機(jī)制如圖2所示，包括以下三個(gè)方面。

圖2 植物-微生物聯(lián)合修復(fù)過程機(jī)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(zhuǎn)化為小分子代謝產(chǎn)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(zhì)，另一方面其所含的一些關(guān)鍵酶能夠促進(jìn)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(qiáng)，易與土壤顆粒結(jié)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(jié)合的石油烴，從而促進(jìn)其降解去除[58]。

（3）植物根系與根際微生物聯(lián)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(dǎo)作用下可產(chǎn)生特異性酶，能夠降解一些細(xì)菌無法降解的污染物質(zhì)。

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(qiáng)土壤顆粒所結(jié)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(xié)同降解效果，發(fā)現(xiàn)三種根系分泌物均能促進(jìn)微生物降解效率。其中，三葉草根系分泌物與降解菌的協(xié)同促進(jìn)效果最好，當(dāng)投加濃度為80mg/kg時(shí)，其聯(lián)合降解效果比單獨(dú)微生物降解高約40%。此外，微生物也可以輔助植物攝取營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)植物生長[61]。劉鑫等[62]在處理高濃度PAHs污染土壤時(shí)，發(fā)現(xiàn)根瘤菌SL-1能促進(jìn)苜蓿生長，在第20天與第60天時(shí)，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(zhì)量分別提高1.8倍和2.3倍。植物-微生物聯(lián)合技術(shù)不僅能夠提高降解微生物豐度，還可增強(qiáng)微生物反應(yīng)活性。王洪[63]對比研究了植物-微生物聯(lián)合修復(fù)與單獨(dú)植物和單獨(dú)固定化微生物對土壤PAHs的修復(fù)效果，結(jié)果顯示，植物-微生物聯(lián)合技術(shù)對PAHs的去除率為37.6%～41.3%，顯著高于單獨(dú)植物和單獨(dú)固定化微生物修復(fù)方法，同時(shí)發(fā)現(xiàn)聯(lián)合修復(fù)還能夠提高土壤細(xì)菌與真菌豐度，促進(jìn)PAHs降解。

3.2 電動(dòng)-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

電動(dòng)-微生物聯(lián)合修復(fù)主要是通過電化學(xué)氧化、電滲析、電遷移等作用強(qiáng)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(fù)，但不適合長期修復(fù)，主要是因?yàn)樾迯?fù)效果會(huì)隨著時(shí)間延長而下降，且電場作用會(huì)對土壤本身性質(zhì)及其微生物群落生態(tài)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(jī)污染物和營養(yǎng)物質(zhì)等，分別可通過水平接觸和縱向混合機(jī)制過程強(qiáng)化各組分間的相互接觸和反應(yīng)（圖3）[64,66]。Olszanowski等[67]研究發(fā)現(xiàn)，由于細(xì)菌細(xì)胞膜帶負(fù)電，在電場作用下會(huì)向陽極移動(dòng)，但也有部分細(xì)菌會(huì)向陰極移動(dòng)，推測可能是電滲析使水遷移所引起的，細(xì)菌在電場作用下的遷移性可能是強(qiáng)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(guān)，Wick等[68]比較研究了不同黏附性菌株L138和LB50TG的遷移性，發(fā)現(xiàn)在2V直流電條件下，90%的低黏附性L138被轉(zhuǎn)移到電極上，而高黏附性的LB50TG只有12%被遷移。Li等[69]研究發(fā)現(xiàn)，通過轉(zhuǎn)換電極的方式可以提高微生物對石油烴的降解效率，轉(zhuǎn)換電極組對實(shí)際油田污染土壤修復(fù)效果比恒定電極組提高約10%，且轉(zhuǎn)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(qiáng)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(bào)道土壤pH、含水率、溫度、溶解氧等物化性質(zhì)在不同電場條件下均會(huì)發(fā)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(dāng)電場條件下，其對土壤微生物組成不會(huì)造成影響，也不會(huì)影響土壤微生物的降解潛能。

圖3 電動(dòng)-微生物聯(lián)合修復(fù)過程機(jī)制示意圖

3.3（生物）表面活性劑強(qiáng)化微生物修復(fù)技術(shù)

污染土壤中石油烴一般會(huì)與土壤顆粒緊密結(jié)合，低溶解性與低遷移性是導(dǎo)致石油烴在土壤中長期穩(wěn)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(qiáng)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(fù)過程機(jī)制如圖4所示。通過表面活性劑強(qiáng)化微生物作用能夠?qū)Σ煌愋褪蜔N污染土壤進(jìn)行有效修復(fù)，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(yè)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(fù)效果的影響，發(fā)現(xiàn)TCA-CL對PAHs去除促進(jìn)效果最好，當(dāng)投加量為5g/L時(shí)，土壤中PAHs從19.4mg/kg降至1.7mg/kg，去除率達(dá)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(qiáng)化微生物修復(fù)過程機(jī)制

與化學(xué)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(chǎn)生的糖脂類、脂肽類、多糖蛋白質(zhì)絡(luò)合類等物質(zhì)，具有較好的環(huán)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(jìn)微生物對其降解代謝[76]。盡管如此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)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(huì)導(dǎo)致石油烴去除效果變差，一方面是因?yàn)樯锉砻婊钚詣?huì)改變細(xì)胞膜通透性，造成細(xì)胞裂解[77]，同時(shí)由于細(xì)胞通透性增強(qiáng)，使得增溶的污染物進(jìn)入細(xì)胞對其產(chǎn)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(huì)產(chǎn)生脅迫效應(yīng)，進(jìn)而影響污染物降解效果[79]。

3.4 化學(xué)氧化-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

有研究報(bào)道，采用化學(xué)氧化對污染土壤進(jìn)行預(yù)處理，可使高毒性、高穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的污染物轉(zhuǎn)化為低毒性、穩(wěn)定性差和結(jié)構(gòu)簡單的產(chǎn)物，進(jìn)而提高微生物對其降解效果[80-81]，其修復(fù)過程機(jī)制如圖5所示。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，化學(xué)氧化過程會(huì)改變土壤氧化還原和pH環(huán)境，且對微生物種群會(huì)產(chǎn)生毒性效應(yīng)。然而有研究表明，盡管化學(xué)氧化暫時(shí)會(huì)降低微生物反應(yīng)活性，但經(jīng)一定時(shí)間的適應(yīng)，其能夠逐漸恢復(fù)活性，并有效降解目標(biāo)污染物?；瘜W(xué)氧化-微生物聯(lián)合修復(fù)主要適用于高分子重質(zhì)石油烴，通過化學(xué)氧化將長鏈?zhǔn)蜔N分子斷裂形成短鏈分子，促進(jìn)微生物降解過程達(dá)到良好修復(fù)效果[82]。Gou等[83]采用化學(xué)氧化與微生物降解聯(lián)合方法，在厭氧條件下通過H2O2對PAHs污染土壤進(jìn)行預(yù)氧化，強(qiáng)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(xué)氧化會(huì)導(dǎo)致土壤微生物豐度顯著下降，但通過添加營養(yǎng)物質(zhì)和NO3-，再缺氧孵育180天，土壤微生物豐度逐漸恢復(fù)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(jìn)行活化，發(fā)現(xiàn)其在7天內(nèi)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(shí)可達(dá)41.3%。在此過程中，過硫酸鈉活化氧化會(huì)導(dǎo)致土壤微生物數(shù)量顯著降低，下降幅度達(dá)70%，但可在后續(xù)培養(yǎng)中可逐漸恢復(fù)。Xu等[85]考察了預(yù)氧化對后續(xù)微生物降解的作用影響，結(jié)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(dá)98.7%和84.2%，并且一定程度上能夠促進(jìn)土壤呼吸速率與FDA酶活性，表明適量氧化劑能夠強(qiáng)化微生物對石油烴污染土壤的修復(fù)效果。

圖5 化學(xué)氧化-微生物聯(lián)合修復(fù)過程機(jī)制

3.5 動(dòng)物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

石油烴具有一定的生物毒性，但有研究報(bào)道蚯蚓、沙蠶、線蟲等動(dòng)物能夠在低濃度（0～20mg/kg）石油烴污染土壤中存活，并可促進(jìn)石油烴的微生物降解[86]，但也有研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物-微生物聯(lián)合修復(fù)對重質(zhì)石油烴污染土壤同樣具有一定的應(yīng)用潛力[87]。蚯蚓等動(dòng)物在污染土壤中往往會(huì)通過被動(dòng)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(chǎn)堿桿菌等對石油烴進(jìn)行代謝分解[88]，其吸收代謝過程如圖6所示（以蚯蚓為例）。動(dòng)物對石油烴污染土壤的主要修復(fù)機(jī)制包括以下幾個(gè)方面。

圖6 動(dòng)物-微生物聯(lián)合修復(fù)過程機(jī)制

（1）動(dòng)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(jìn)行轉(zhuǎn)化、分解和代謝[89]。

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

（3）動(dòng)物分泌產(chǎn)物可為土壤微生物提供可利用的碳源和能源，提高其反應(yīng)活性，進(jìn)而強(qiáng)化其對石油烴的降解[91]。

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

4 展望

針對石油烴污染土壤的修復(fù)技術(shù)主要包括物理法、化學(xué)法、生物法和聯(lián)合修復(fù)法。其中，微生物修復(fù)技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)性好、操作性強(qiáng)和無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，已成為石油烴污染土壤修復(fù)的研究熱點(diǎn)。相比單一修復(fù)技術(shù)，聯(lián)合修復(fù)技術(shù)可充分利用不同方法技術(shù)之間的協(xié)同作用，其環(huán)境適應(yīng)性和修復(fù)效果更為突出，因此具有更廣闊的應(yīng)用前景。盡管針對石油烴污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)已有一些相關(guān)研究報(bào)道，但絕大部分還主要停留在實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)際工程化應(yīng)用還鮮有報(bào)道，這主要與微生物的反應(yīng)活性及其適應(yīng)特定污染環(huán)境的能力有關(guān)。因此，后期還應(yīng)在以下方面開展進(jìn)一步研究。

（1）系統(tǒng)研究并評估微生物聯(lián)合技術(shù)對石油烴污染土壤的修復(fù)效能，探究物理或化學(xué)前處理方法對后續(xù)微生物修復(fù)潛能及代謝機(jī)制的過程影響。

（2）進(jìn)一步強(qiáng)化石油烴高效降解菌在污染土壤中的反應(yīng)活性，一方面可以改進(jìn)微生物固定化技術(shù)，開發(fā)新型固定化材料和方法，另一方面可通過水平基因轉(zhuǎn)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(tài)結(jié)構(gòu)的影響。