曹子璇

（南開(kāi)大學(xué)，天津 300071）

作為能源生產(chǎn)的原料，石油的全球需求持續(xù)增長(zhǎng)。石油是一種暗褐色的黏性液體，由烷烴、環(huán)烷烴、芳香族碳?xì)浠衔锖筒糠譃r青等構(gòu)成。芳香烴及其衍生物具有致癌性、致畸性和致突變性，可通過(guò)包括食物、呼吸和直接暴露在內(nèi)的多種方式危害人體健康。在石油的開(kāi)采和運(yùn)輸過(guò)程中，因作業(yè)不良或突發(fā)事故等造成的重大環(huán)境污染是無(wú)法避免的。石油不僅會(huì)破壞海洋環(huán)境，還會(huì)對(duì)大氣、土壤等造成嚴(yán)重污染。石油提煉、石油化學(xué)和纖維合成排放的含硫廢氣會(huì)嚴(yán)重污染大氣環(huán)境。此外，石油污染物在大氣中的沉積、石油在運(yùn)輸過(guò)程中的泄漏、含油礦渣和污泥的堆置都可能嚴(yán)重污染土壤環(huán)境。石油污染物難以清除，其進(jìn)入土壤后會(huì)長(zhǎng)期停留，對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。首先，石油污染物堵塞土壤空隙，降低土壤滲透性，使植物根系得不到充足的氧氣和水分，影響植物活動(dòng)，破壞區(qū)域生態(tài)平衡。其次，如果土壤中長(zhǎng)期存在石油污染物，土壤有機(jī)物的組成和結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致碳、氮等營(yíng)養(yǎng)元素的不均衡。最后，石油混合物中的重金屬和油田產(chǎn)出水的高鹽度會(huì)損害土壤環(huán)境，使已被石油污染的脆弱土壤生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。

1 石油污染土壤的生物修復(fù)

石油滲透性強(qiáng)，流動(dòng)性大，對(duì)土壤的黏附作用強(qiáng)，石油污染土壤影響范圍廣，污染體系復(fù)雜，治理難度大。因此，石油污染土壤的治理必須立即進(jìn)行。目前，石油污染土壤的主要修復(fù)技術(shù)有3 類，分別是物理修復(fù)法、化學(xué)修復(fù)法和生物修復(fù)法。物理修復(fù)法和化學(xué)修復(fù)法的周期短，修復(fù)效果顯著，但由于高成本、處理不完全以及可能導(dǎo)致二次污染等原因，其尚未在實(shí)際修復(fù)中大規(guī)模應(yīng)用。近年來(lái)，生物修復(fù)技術(shù)逐漸興起，其主要通過(guò)包括植物、動(dòng)物和微生物在內(nèi)的生物代謝活動(dòng)來(lái)對(duì)土壤污染物進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化和降解，本質(zhì)上是對(duì)自然過(guò)程的增強(qiáng)，具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保、不會(huì)造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，因此成為石油污染土壤修復(fù)的重要研究方向。根據(jù)土壤修復(fù)主體的區(qū)別，生物修復(fù)技術(shù)分為4 類，即微生物修復(fù)、植物修復(fù)、植物微生物聯(lián)合修復(fù)和動(dòng)物修復(fù)。

1.1 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)主要分為兩類，即原位微生物修復(fù)和異位微生物修復(fù)。原位微生物修復(fù)無(wú)須移動(dòng)污染土壤，而是采用直接投加降解菌等方式進(jìn)行生物降解。該技術(shù)主要分為三類，即生物通風(fēng)、生物強(qiáng)化和生物刺激。其中，生物通風(fēng)是指用物理方法向土壤中補(bǔ)充空氣，從而促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)及代謝；生物強(qiáng)化是通過(guò)向污染土壤中投加高效降解菌劑來(lái)提高環(huán)境中有效微生物的濃度，從而增強(qiáng)修復(fù)效果；生物刺激是指通過(guò)投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、表面活性劑、共代謝基質(zhì)等對(duì)污染土壤中的微生物進(jìn)行刺激，促進(jìn)其生長(zhǎng)，進(jìn)而提高微生物降解污染物的效率[1]。異位微生物修復(fù)包括預(yù)制床法、堆肥處理法等。預(yù)制床法是將污染土壤平鋪于預(yù)制砂石層的平臺(tái)上，再加入適當(dāng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控生長(zhǎng)條件，最后將滲濾液回注于土層，以徹底清除污染物。堆肥處理是將有機(jī)質(zhì)加入土壤中，令其經(jīng)過(guò)微生物的代謝后轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，為降解菌提供適合的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生存環(huán)境。

目前，已發(fā)現(xiàn)的可適用于石油污染土壤修復(fù)的微生物有節(jié)桿菌屬、不動(dòng)桿菌屬等，其中，銅綠假單胞菌應(yīng)用較廣。李婧等[2]采用石油-有機(jī)氯復(fù)合菌群，開(kāi)展石油-氯酚復(fù)合污染土壤的生物修復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果表明，添加石油-有機(jī)氯復(fù)合菌群修復(fù)污染土壤130 d 后，石油烴降解率達(dá)到77.68%，碳數(shù)27 以下的所有烴類峰強(qiáng)度均有降低，氯酚降解率達(dá)到100%。吳蔓莉等[3]向石油污染土壤中施加堆肥進(jìn)行42 d 的修復(fù)處理，結(jié)果表明，與自然放置的土壤相比，向石油污染土壤中施入有機(jī)肥可有效去除土壤中的石油烴、烷烴和多環(huán)芳烴，并使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。

1.2 植物修復(fù)技術(shù)

植物可以在微生物的幫助下從代謝環(huán)境中降解、轉(zhuǎn)化、去除污染物。植物修復(fù)技術(shù)是指通過(guò)植物體內(nèi)對(duì)某些污染物的積累、植物代謝過(guò)程對(duì)某些污染物的轉(zhuǎn)化和礦化等方式，將污染物提取、吸收、轉(zhuǎn)化或固定在植物體內(nèi)，再對(duì)植物上部進(jìn)行削減。植物修復(fù)技術(shù)生態(tài)環(huán)保，同時(shí)景觀價(jià)值較高。

植物可用于石油污染土壤修復(fù)。趙雨朦[4]對(duì)翅堿蓬進(jìn)行土培試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，翅堿蓬去除石油烴的效率高于90%。目前，紫花苜蓿、香蒲等多種耐石油污染的植物已被篩選出來(lái)。這些植物大部分分布廣泛，生物量高，具備強(qiáng)抗污染能力[5]，在石油污染土壤修復(fù)中具有很大的應(yīng)用潛力。

1.3 微生物與植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

植物的根際作用不僅影響土壤微生物活性，也會(huì)影響植物的修復(fù)能力。因此，植物修復(fù)體系可以添加具有特定功能的微生物，提高分解效率。微生物和植物之間存在互利關(guān)系。植物可以提供氧氣，同時(shí)為微生物提供生存場(chǎng)所。植物根際可以釋放碳水化合物、氨基酸等，有效刺激根系微生物生長(zhǎng)，增強(qiáng)微生物與植物的聯(lián)合修復(fù)作用，提高降解效果。微生物與植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)主要利用二者的協(xié)同作用對(duì)石油污染土壤進(jìn)行修復(fù)，其中，選擇適宜的植物-微生物體系是該技術(shù)的核心。

王金成等[6]利用金盞菊和外源石油降解菌進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，二者聯(lián)用可以增加包括土壤脲酶在內(nèi)的多種酶的活性，有效改善土壤根際環(huán)境。張金秋等[7]對(duì)紫花苜蓿和銅綠假單胞菌進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)二者協(xié)同對(duì)石油污染土壤進(jìn)行修復(fù)時(shí)，其修復(fù)效果明顯優(yōu)于單一紫花苜?；蜚~綠假單胞菌的修復(fù)效果。在植物與微生物聯(lián)合修復(fù)體系中，二者表現(xiàn)出明顯的互生作用。

1.4 動(dòng)物修復(fù)技術(shù)

土壤動(dòng)物類型多樣，包括原生動(dòng)物、無(wú)脊椎動(dòng)物和環(huán)節(jié)動(dòng)物等，其正常生命活動(dòng)有助于治理污染土壤，因此可以利用土壤動(dòng)物的生理特性來(lái)修復(fù)污染土壤。MAIKE 等[8]在試驗(yàn)中使用3 種蚯蚓來(lái)修復(fù)石油污染土壤，試驗(yàn)結(jié)果表明，加入3 種蚯蚓的石油降解率大大提高，因此蚯蚓可以加強(qiáng)土壤微生物的活動(dòng)，從而增強(qiáng)石油污染土壤的修復(fù)效果。

2 修復(fù)效果評(píng)價(jià)

石油降解量是評(píng)價(jià)石油污染土壤生物修復(fù)效果的直接依據(jù)，但是在實(shí)際應(yīng)用中，降解效果不能僅用單一指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。生物修復(fù)主要利用生物體內(nèi)產(chǎn)生的多種酶來(lái)降解石油污染物，這些過(guò)程通常包含催化氧化、還原、脫氫及脫羧等在內(nèi)的多種反應(yīng)，因此土壤酶活性可以作為評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。土壤微生物是土壤酶的主要來(lái)源，因此可以對(duì)土壤微生物的生物化學(xué)過(guò)程進(jìn)行綜合反映。例如，土壤中的芳香族化合物可以經(jīng)過(guò)土壤中的多酚氧化酶氧化后轉(zhuǎn)化成醌，從而促進(jìn)石油降解，因此微生物對(duì)石油芳香族化合物的降解能力可以通過(guò)多酚氧化酶的活性來(lái)評(píng)價(jià)。

除此之外，還可以通過(guò)動(dòng)植物可用性、生物多樣性等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)生物修復(fù)效果。通常，動(dòng)植物的生長(zhǎng)情況和土壤修復(fù)效果有關(guān)。動(dòng)植物生長(zhǎng)情況好，說(shuō)明其生物可用性高，土壤修復(fù)效果好。同時(shí)，土壤生物種類的增加也意味著土壤毒性的降低。楊茜等[9]通過(guò)投加菌劑修復(fù)石油污染土壤，結(jié)果表明，投加外源降解菌SZ-1 可以顯著提高土壤細(xì)菌群落的多樣性。高晶[10]利用真菌對(duì)原油污染鹽堿土進(jìn)行修復(fù)，并采用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù)分析土壤微生物的多樣性，結(jié)果表明，生物修復(fù)可以提高生物多樣性。

3 結(jié)論

近年來(lái)，隨著石油資源的大量開(kāi)采和全球需求的持續(xù)增長(zhǎng)，石油污染土壤修復(fù)成為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)之一。生物修復(fù)法經(jīng)濟(jì)環(huán)保，不會(huì)造成二次污染，順應(yīng)社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)，在石油污染土壤修復(fù)中具有巨大的應(yīng)用潛力。目前，大量生物修復(fù)技術(shù)處于試驗(yàn)研究階段，但部分技術(shù)研究較為緩慢，生物修復(fù)效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不完善。受生物本身影響，動(dòng)物修復(fù)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有很大的局限性。當(dāng)前，大部分生物修復(fù)技術(shù)僅適用于低濃度石油污染土壤的修復(fù)。污染物濃度過(guò)高會(huì)阻礙生物生長(zhǎng)，從而降低修復(fù)效果。未來(lái)，要探尋能適應(yīng)較高濃度石油污染土壤環(huán)境的生物，進(jìn)一步提高生物修復(fù)的有效性；將生物修復(fù)技術(shù)與其他修復(fù)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合修復(fù)；優(yōu)化菌株生長(zhǎng)環(huán)境，提高表面活性劑的產(chǎn)生量，最終增強(qiáng)生物修復(fù)效果。