《土壤微生物生态工程》—微生物在石油污染土壤修复的作用（78）

结果与讨论

1．土壤中油含量与基本理化性质

试验所采用的潮土中油含量高达15. 4g/kg，其中油含量均明显高于临界值500mg，kg。Graham等的研究表明，降解石油的细菌细胞化学组成可以用C106H180O45N16P1表示，因此石油污染土壤生物修复的最佳可生物利用的n(C)：n(N)：n(P) =100：15：1。由表6-4可知，供试土壤中油含量较高，因此土壤中碳含量相应很高，对比微生物降解的最佳C:N:P比例，土壤中生物可利用的氮、磷元素严重不足，因此在进行石油污染土壤修复时需要添加相应营养元素来满足土壤中微生物的营养需求，增强土壤微生物活性，从而加快石油的分解。

2．修复过程中土壤的油含量变化

经过120天的生物修复，结合处理方式和土壤中的油含量可以看出，仅添加营养对该土壤中石油降解具有明显促进作用（p<0.05），其余的处理均对石油降解没有显著影响。可能原因是该土壤是长期受石油污染导致其中石油烃降解菌较多，但由于土壤中营养元素相对缺乏导致细菌代谢能力较弱。经过添加营养处理后，土著微生物活性被激发，从而在生物修复过程中起到主要作用。而在土壤中存在大量土著石油降解菌情况下，外加的菌刹可能不适应该土壤环境，因此不能明显促进石油降解。另外，尽管有研究表明在摇瓶培养时柠檬酸能促进石油降解菌分泌表面活性剂从而加快对石油的降解，但由子摇瓶环境与土壤环境相差巨大，在本研究中柠檬酸的效果不显著，具体原因还有待进一步研究。虽然氧气是决定石油降解速度的重要因子，但是可能由于试验所采用的微域较小（1.5kg/盆），氧气还未成为限速因子，因此翻动微域中的土壤并没有显著促进其中油的降解。

由于本试验所用的石油污染土壤中最初的油含量高达15.4g/kg，植物在其中不能生长。随着修复试验的进行土壤的生物毒性逐渐降低。另外，由于经过前期的修复处理4，5中的油含量几乎相等。因此，在试验进行到120天后在其余处理不变情况下，在处理4，5中分别播种狼尾草和紫花苜蓿，以研究植物对土壤的微生物以及石油降解的影响。60天后测定各处理中的含油量的变化并进行显著性分析，从直观上看，紫花苜蓿的生长受到了较强的抑制但狼尾草生长较好。结果显示栽种狼尾草和紫花苜蓿的处理中的油含量分别在120天的基础上下降了25%和10. 71%，使土壤中的最终油含量达到7.5g/kg和8.9g/kg。而未种植物的处理1，2，3中油含量经过60天仅分别降低6.36%，3. 28%，2.00%．统计分析表明狼尾草显著促进了石油污染土壤中油的降解(p<0.05)，但紫花苜蓿的影响不显著。可能原因与两种植物对石油的耐受性能不同有关。对于植物促进土壤中有机物污染物分解的机理，Schnoor等认为植物根系的有些分泌物可以作为微生物天然的共代谢底物，促进污染物的降解。此外，根系可以生长到不同层次的土壤，故无需混合土壤即可使降解菌分散在土壤中也是原因之一。

3．生物修复过程中土壤中总烃降解菌和芳烃降解菌的变化

对于修复试验所选用土壤，在修复初期土壤中烃降解菌为4.5×106 cfu-1，说明经过长期污染，促进了土壤中烃降解菌的生长繁殖，导致土壤中的烃降解菌含量较高。从图6-2和图6-3可以看出，不同处理的微域中烃降解菌随时间变化较大。总体看来，处理①，②的变化规律较为相似，处理③，④，⑤较为相似。从烃降解菌菌量变化曲线上可见，在修复前期（0～30天）土壤中的降解菌菌量明显上升，尤其是在添加了营养的处理③，④，⑤中烃降解菌量增加了2个数量级，随后烃降解菌数量不断降低。到120天后，由于处理④，⑤中分别播种了狼尾草和紫花苜蓿，这两个处理中烃降解菌和芳烃降解菌数量迅速增加。可能由于狼尾革耐油性较强、生长较好的缘故，栽种狼尾草的土壤中的烃降解菌菌量比紫花苜蓿的处理中高。而在其余的3个处理中菌量基本上没有变化。芳烃降解菌和总烃降解菌的变化规律基本一致，因此本文不作详细讨论。结合不同处理中芳烃降解菌和总烃降解菌的变化规律和其中的含油量可以看出，由于根际作用的影响，处理④，⑤中的总烃降解菌和芳烃降解菌大量增加，因而也加快了土壤中油的降解。

由于试验所用的土壤中主要污染物为不溶于水的石油类物质，因此利用通常用来提取有机物的溶剂二氯甲烷(DCM)进行抽提。又由于DCM对发光细菌具有强毒性。因此在用DCM提取后，再在提取物中加入对发光细菌低毒的二甲基亚砜(DMSO)，然后通过旋转蒸发去除DCM，以获得DCM提取物的DMSO溶液。以DMSO为对照，以不同浓度的DMSO溶液进行毒性试验，以此计算出修复前后不同处理土壤的EC50（抑制发光细菌50%发光强度的风干土壤毫克数）试验表明。经过180天的处理，5个处理的土壤对发光细菌的EC50值相对于修复前显著增加（p<0.01）。

结论

本实验通过接种石油降解菌剂、添加营养、定期翻动以及栽种植物等方式对石油污染土壤进行了修复。试验表明石油污染土壤中氮磷等营养元素均严重缺乏。添加氮磷等营养元素后土壤中烃降解菌明显增加，石油降解速率显著加快。对于试验昕用的土壤，由于污染时间挺长，土壤中原有的烃降解菌较多的缘故，接种含烃降解菌的菌剂对石油降解率没有显著影响。经过一段时间的生物修复，土壤的生物毒性有所降低，使狼尾草、紫花苜蓿可以在其上生长。在此基础上栽种这两种植物后，土壤中的微生物种类和中烃降解菌数量显著增长，从而导致其中的石油降解速率也显著加快。特别是栽种了狼尾草的处理，经过180天的修复，土壤中油含量降低最多，由15. 4g/kg降低到7.5g/kg。