石油作為重要的工業(yè)原料，在能源、材料、化工等領(lǐng)域有著至關(guān)重要的作用。然而石油在開采、加工、儲藏及運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的非正常泄漏會造成土壤及水污染，進(jìn)而通過土壤中的植物或者飲用水進(jìn)人人體對人類健康造成危害，從而產(chǎn)生一系列的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會問題。

2002年河南濮陽中原油田自開采以來，由于鉆井、采油和井下作業(yè)等工藝流程累計污染耕地3萬余畝，其中重度污染棄耕的土地占污染總面積的60%。這不僅給油田帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且給環(huán)境造成了極不良的影響。2004年延安由于石油泄漏事故導(dǎo)致數(shù)百畝農(nóng)田被污染；2005年青島一大 型油罐車在黃張路發(fā)生事故，40余噸原油溢出造成大面積污染；2009年渭河發(fā)生柴油泄漏事故，泄漏點(diǎn)周圍麥田受到柴油污染，大量的柴油以殘留飽和方式保留在土壤中，如不及時除去，會引起地下水的污染；2010年4月，墨西哥灣的“深水地平線”鉆井平臺發(fā)生爆炸并引發(fā)大火，鉆井平臺底部油井漏油不止，事發(fā)半個月后，仍沒有有效的補(bǔ)救措施，平均每天漏油量約5000桶，給美國帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境損失。

土壤受到石油污染后，有機(jī)質(zhì)和碳含量大量增加，氮、磷等營養(yǎng)成分的嚴(yán)重缺乏及土壤pH值的改 變，破壞土著微生物的生長，進(jìn)而影響地表農(nóng)作物對營養(yǎng)成分的攝取，破壞了局部的生態(tài)環(huán)境。同 時，遷移性強(qiáng)的石油烴會隨土壤水分遷移，穿過土壤包氣帶到達(dá)地下含水層而污染地下水，再隨地下水的輸送與使用而危害人類健康。除此之外，一些難降解石油烴組分，如萘、甲苯、菲、蒽、芘等，可長期蓄積在土壤中，通過食物鏈進(jìn)人人體，影響肝、腎及心血管系統(tǒng)，對人類產(chǎn)生危害。

1 石油污染土壤的修復(fù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

由于石油的流動性大、滲透性強(qiáng)、對土壤黏附作用顯著等特點(diǎn)，石油污染土壤具有體系復(fù)雜、范 圍廣、治理難、周期長、危害大等特點(diǎn)。目前石油污染土壤的修復(fù)技術(shù)主要包括物理法、化學(xué)法和生物法。

物理法包括氣相抽提技術(shù)、電修復(fù)技術(shù)等。土壤氣相抽提是一種廣泛應(yīng)用于石油類污染土壤修復(fù)過程中的原位修復(fù)技術(shù)，主要通過抽氣使土壤中高濃度的揮發(fā)性污染物揮發(fā)而降低土壤中石油污染物的含量。利用真空泵產(chǎn)生的負(fù)壓驅(qū)使氣體流過污染的土壤孔隙，將地下土壤不飽和區(qū)域的揮發(fā)性有機(jī)物解吸并收集于地上處理。王貞國等應(yīng)用該技術(shù)在野外試驗場地進(jìn)行了石油污染土壤的原位修復(fù)，發(fā)現(xiàn)在適宜的曝氣深度下，石油類物質(zhì)去除率可達(dá)88%。劉沙沙等通過在廣東某石油污染場地開展土壤氣相抽提修復(fù)技術(shù)示范工作進(jìn)一步掌握和完善了該技術(shù)，經(jīng)過三個月的修復(fù)，土壤中總石油烴的去除率達(dá)到64.88%，修復(fù)后污染場地恢復(fù)使用功能。氣相抽提技術(shù)主要是通過抽氣使土壤中高濃度的揮發(fā)性污染物揮發(fā)而除去，但土壤中低濃度、難揮發(fā)性污染物依然存在。土壤電修復(fù)技術(shù)是在20世紀(jì)90年代后發(fā)展并得到重視的修復(fù)技術(shù)。此方法將電極插人受污染土壤中，土壤孔隙中的帶電離子和顆粒物質(zhì)可在施加直流電后沿電場方向進(jìn)行定向的遷移運(yùn)動。與其他土壤修復(fù)技術(shù)相比，具有經(jīng)濟(jì)效益高、能保護(hù)現(xiàn)場生態(tài)環(huán)境、安全等優(yōu)點(diǎn)，適合治理滲透系數(shù)低的密質(zhì)土壤。其主要 缺點(diǎn)在于對于電荷缺乏的非極性有機(jī)污染物，利用電修復(fù)技術(shù)無法高效去除，且對于不溶性有機(jī)污染物需要化學(xué)增溶，易產(chǎn)生二次污染。國外科研人員研究了多種修復(fù)效率高的土壤電修復(fù)技術(shù)并已 經(jīng)成功應(yīng)用于實際工程中，如Electro-Klean TM電動力學(xué)分離技術(shù)、LasagnaTM技術(shù)。

化學(xué)法存在的主要問題是表面活性劑的加人會破壞土壤微生態(tài)，同時成本較高。以淋洗法為例，淋洗法是用流體淋洗出土壤中的污染物，或?qū)τ谑臀廴就寥揽捎帽砻婊钚詣┣逑赐寥乐械挠袡C(jī)污染物。揮發(fā)性有機(jī)物等有機(jī)污染土壤清洗技術(shù)主要用的淋洗劑為表面活性劑。許多研究者采用不同的表面活性劑清洗修復(fù)受不同組分揮發(fā)性有機(jī)物污染的土壤，取得了顯著效果。Fountain等在美國Hill AFB基地場地修復(fù)過程中使用不同的表面活性劑進(jìn)行淋洗，成功降低TCE(三氯乙烯）污染物濃度，這在美國應(yīng)用表面活性劑修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域極具代表性。德國Eckenfelder公司的研究人員成功地研究了如何回收及再利用土壤污染清洗液中的表面活性劑，為進(jìn)一步提高表面活性劑在污染土壤處理中的效率打下基礎(chǔ)。

土壤生物修復(fù)技術(shù)發(fā)源于20世紀(jì)80年代。相對于物理和化學(xué)法，生物修復(fù)技術(shù)具有操作簡單、 有機(jī)物降解徹底、不造成二次污染、能實施原位處 理等優(yōu)點(diǎn)而受到各國學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府部門的 高度重視，是當(dāng)前土壤修復(fù)技術(shù)研究領(lǐng)域的前沿，也是美國環(huán)境總署推薦的優(yōu)選土壤生物修復(fù)技術(shù)之一。植物修復(fù)是指植物可以通過直接吸收和降解有機(jī)污染物及釋放各種分泌物刺激微生物活性， 以加強(qiáng)其生物轉(zhuǎn)化作用和強(qiáng)化有機(jī)污染物在植物根部區(qū)域的礦化作用來降解土壤中的有機(jī)污染物。該方法具有低能耗、低成本、操作簡單且符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略等優(yōu)點(diǎn)，適合修復(fù)大面積的污染土壤。但多數(shù)植物根系集中在土壤表層，無法修復(fù)土壤深層的污染物，且受季節(jié)、環(huán)境溫度影響較大，因此植物修復(fù)技術(shù)存在一定的局限性。張娟娟等研究了利用紫花苜蓿加上優(yōu)化菌群抑制劑，并調(diào)控土壤溫度和營養(yǎng)物質(zhì)來降解石油污染土壤中的石油烴，經(jīng)過99d的修復(fù)，土壤中石油烴的降解率達(dá)到95%。土壤動物在土壤生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位，維持著土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。土壤動物可對一些有機(jī)物進(jìn)行破碎、消化和吸收轉(zhuǎn)化，把土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為性能良好的糞肥，但其能利用的有機(jī)物種類及含量有限，適合輕度污染土壤。土壤中有些動物如蚯蚓的活動可促進(jìn)微生物的生長和轉(zhuǎn)移， 使微生物修復(fù)效果更加明顯，因此動物修復(fù)與微生物修復(fù)結(jié)合更有益于土壤的修復(fù)過程。在石油污染土壤的生物修復(fù)中，微生物修復(fù)應(yīng)用最廣泛。該方法通過利用或者強(qiáng)化環(huán)境微生物特有的代謝分解有毒物質(zhì)的能力，去除土壤中的有毒有害污染物，將有機(jī)污染物分解轉(zhuǎn)化成其他無害物質(zhì)。

將其在質(zhì)量濃度為3.78 g/L的柴油培養(yǎng)基中培養(yǎng)，降解率高達(dá)60.98%。其研究結(jié)果為柴油污染土壤的生物修復(fù)提供一定的理論依據(jù)。

最新研究表明，為提高土壤中污染物的降解率，可采取多種修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的方法。例如電修復(fù)技術(shù)與生物修復(fù)技術(shù)優(yōu)化組合，就成為了高效且 環(huán)保的復(fù)合修復(fù)技術(shù)。李婷婷等將電動-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)用于去除石油污染物，在施加電場后，石油降解菌的數(shù)量有所增加，石油降解率是對照組的2.4倍。

2 微生物修復(fù)技術(shù)處理石油污染土壤的分類及應(yīng)用

微生物修復(fù)是指微生物利用其生命代謝作用將有機(jī)污染物最終降解成二氧化碳和水，以達(dá)到修復(fù)污染土壤的目的。根據(jù)治理過程中添加到土壤中的制劑種類及微生物來源的不同，可將微生物修復(fù)技術(shù)分為自然衰減法、生物刺激法、生物強(qiáng)化法和酶反應(yīng)法。微生物修復(fù)技術(shù)的分類及優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

自然衰減法依靠土壤或地下水系統(tǒng)中的自然過程去除或削弱污染狀況。當(dāng)環(huán)境受到化學(xué)物質(zhì)污染時，大多數(shù)污染區(qū)域中會發(fā)生污染物的自然衰減，但由于自然衰減過程對污染物的降解能力較弱，通常需要5到25年才能完成對環(huán)境的凈化。

生物刺激修復(fù)技術(shù)通過定期向土壤投加氮源和磷源等營養(yǎng)物質(zhì)，以強(qiáng)化土著微生物中降解菌對污染物的降解。中國科學(xué)院南京土壤研究所的王聰穎等通過向多環(huán)芳烴(PAHs)污染土壤中添加(NH4) 2HP04的措施，研究了土壤中13種PAHs的降解，通過13周的好氧培養(yǎng)，每種PAHs含量發(fā)生了不同程度的降低，其中2環(huán)和4環(huán)的降解率最高，分別為24%和38%。這是由于污染土壤中有機(jī)碳含量較高，而N、P營養(yǎng)源相對不足，在添加(NH4)2HP04后優(yōu)化了微生物的生長條件，激活土著微生物的活性，從而促進(jìn)了PAHs的降解。營養(yǎng)源N、P也可以肥料的形式加人污染土壤中。近年來的研究表明，有機(jī)和無機(jī)肥料的添加，都可在不同程度上提高石油烴的降解率。Ayotamimo等應(yīng)用肥料原位投加法修復(fù)石油污染農(nóng)業(yè)土壤，經(jīng)處理的樣品中石油烴的降解率達(dá)50%?65%，為較有效的石油烴降解方法。Margesin等在研究施InipolEAP22親脂肥和NPK無機(jī)肥對石油烴的降解作用時發(fā)現(xiàn)，肥料可以顯著提高石油烴的降解率和脂肪酶的活性，而且污染物起始濃度越高，肥料的作用越顯著。

生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)是指為提高污染物生物治理能力，向污染治理體系中投加高效外源菌種或菌群，從而實現(xiàn)高效去除目標(biāo)污染物的技術(shù)，是近年來生物修復(fù)領(lǐng)域內(nèi)研究的熱點(diǎn)。西北農(nóng)林科技大學(xué)的馬曉焉等以柴油為唯一碳源，通過富集培養(yǎng)和平板劃線法從甘肅慶陽和河南中原油田原油污染土壤中篩選和分離出降解柴油的細(xì)菌，并找到了其生長最適宜的pH值和溫度，為柴油污染土壤的原位修復(fù)提供了菌種儲備。浙江工業(yè)大學(xué)的科研工作者從喀麥隆未被柴油污染的土壤樣品中分離獲得一株柴油降解酵母，經(jīng)鑒定屬于解脂耶羅維亞酵母，在適宜溫度、pH及營養(yǎng)源濃度下的降解率為78%。通過GC-MS組分分析可知該菌主要降解C9?C25的長鏈烴和少量支鏈烴。長春理工大學(xué)的趙瑞雪等以眾誠連鎖衛(wèi)星加油站儲油罐附近被柴油長時間浸潤的土壤為菌源，柴油為唯一碳源進(jìn)行馴化后，分離得到降解柴油的優(yōu)勢菌株，以氯化銨、磷酸二氫鉀和磷酸氫鉀為營養(yǎng)源，測得其降解率為47.8%。中國石油大學(xué)的趙東風(fēng)等將室內(nèi)篩選得到的嗜熱石油烴降解菌接種到新疆克拉瑪依油田8-8站位被石油長期污染的土壤樣品中進(jìn)行室內(nèi)模擬生物修復(fù)實驗。修復(fù)的不同階段土壤微生態(tài)及理化性質(zhì)有較大變化，修復(fù)過程中土壤過氧化氫酶活性升高，脲酶、脫氫酶活性降低。經(jīng)75d修復(fù)后，石油烴降解率達(dá)到56.31%。

研究表明，對于篩選分離得到的高效降解石油烴的菌株進(jìn)行誘變處理，可以獲得生長穩(wěn)定期長、 耐受性高的菌株，從而提高降解率。鄭金秀等從武漢青山石油化工廠的污染土壤中分離得到兩株 高效降解石油菌W1和W2,分別為不動桿屬細(xì)菌和芽孢桿屬細(xì)菌。將菌懸液置于已滅菌的培養(yǎng)皿中， 在距離30cm處用30W紫外燈照射40s后得到其誘變菌。實驗結(jié)果表明隨石油濃度的增加，誘變菌的高效性越來越明顯。此外，通過比較生長曲線可以看出，誘變后的菌株有較好的遺傳穩(wěn)定性。陸泗 進(jìn)從油污染土壤中富集并分離出能高效降解柴油的細(xì)菌，經(jīng)形態(tài)特征及生理生化特征鑒定其歸為 紅球菌屬。米用紫外線照射并添加助誘變劑氯化鋰的方法，將其誘變得到一種高效降解柴油菌株，其降解能力比誘變前提高了16.9%。廖有貴從湖南一石油煉廠附近的油污染土壤中篩選出一株降解石油能力最強(qiáng)的假單胞菌屬，對其進(jìn)行紫外誘變后得到一株石油降解效率更高的S-3-15菌，其降解率比誘變前提高9.1%；此外， 誘變后該菌的液體培養(yǎng)基pH值降低，說明誘變后菌株分泌致酸物質(zhì)的能力有所提高?；ㄐ惴虻葘闹性吞镉臀廴就寥乐泻Y選出的高效石油降解菌陰溝腸桿菌進(jìn)行低溫常 壓等離子體誘變，與野生菌株相比，突變菌株種屬沒有發(fā)生變化而具有耐鹽性，且15代傳代穩(wěn)定。在含7.5% NaCl的高鹽情況下突變菌株生長穩(wěn)定，石油烴降解率是野生菌的2.5倍。

對于一些可降解石油烴的微生物，由于其生長緩慢，故降解效率并不高。因此，提取微生物中可 降解石油烴的酶，構(gòu)建酶反應(yīng)是一條可行途徑。石油中的烷烴通常以末端加氧的方式成為相應(yīng)的伯 醇，再由于醇脫氫酶和醛脫氫酶的作用進(jìn)一步氧化，最后以脂肪酸的形式進(jìn)人0氧化途徑。賴其良 等用柴油和石油作為碳源，對印度洋深層海水富集培養(yǎng)后分離得到一株具有較強(qiáng)降解柴油能力的 細(xì)菌P40，經(jīng)鑒定其與食焼菌具有最高相似性，相似度均為99.8%。從該菌株中克隆到兩個烷烴羥化酶基因片段，經(jīng)分析初步判斷該菌可能是柴油食焼菌的一個深海表型菌株。在石油的芳烴降解過程中，鄰苯二酚雙加氧酶是催化苯環(huán)開裂的重要酶。駱宛蓉通過引物設(shè)計的方法，從降解菌中擴(kuò)增得到鄰苯二酚2,3雙加氧酶基因。 吳宇澄等從煉油廠附近的土壤樣本中提取鄰苯二酚2，3雙加氧酶基因并進(jìn)行克隆，獲得了7個不同的基因序列。分析表明這些基因可能來源于土壤中的假單胞菌，且該基因豐富度與芳烴降解菌的數(shù)量有關(guān)，由此可見土壤中降解基因的多樣性為生物修復(fù)提供了豐富的資源?；ㄐ惴虻扔绵彵蕉姿狒麑Π赘婢兄饕到舛喹h(huán)芳烴的漆酶進(jìn) 行化學(xué)修飾，以蒽為模式底物研究了其降解效果。 結(jié)果表明與天然漆酶相比，修飾漆酶對底物的親和力更高，半衰期延長，適宜pH有所拓寬，對蒽的降解效率提高近2倍。

3 影響生物修復(fù)石油污染土壤場地試驗的主要因素

國內(nèi)外采用生物修復(fù)技術(shù)在場地試驗中取得 了一定成果。1990?1991年在阿拉斯加Exxon石油公司的王子海灣游輪發(fā)生漏油事故造成大面積海岸線石油污染，通過投加高效石油降解菌和營養(yǎng)物質(zhì)的方法進(jìn)行了治理，取得了顯著效果。 又如，美國某空軍基地在猶他州發(fā)生航空發(fā)動機(jī)漏油，污染大面積土壤，采用原位生物降解法，經(jīng)過13個月的治理，土壤中的平均含油量從410降到8mg/kg。韓會龍等在中原油田現(xiàn)場開展原位真菌-細(xì)菌協(xié)同生物強(qiáng)化治理中試研究，通過現(xiàn)場實施和監(jiān)測，受污染地塊基本恢復(fù)了耕種能力。

國內(nèi)外基礎(chǔ)研究和場地實踐的結(jié)果表明：土壤生物修復(fù)效果受污染物性質(zhì)、土壤介質(zhì)中微生物的 種類及數(shù)量、土壤的理化性質(zhì)及水力學(xué)性質(zhì)、土層中的含氧量、營養(yǎng)物質(zhì)、濕度、pH值、溫度等環(huán)境條件的影響和制約，是一個復(fù)雜過程。生物強(qiáng)化修復(fù) 場地試驗必須解決三個難點(diǎn):第一由于有機(jī)污染物組成復(fù)雜且對微生物有毒害作用，微生物難以在受石油污染的土壤中生存、生長及繁殖；其二是土壤對微生物的吸附作用及石油烴的疏水性強(qiáng)和在土壤中的“老化”使得它們的生物可利用度很低;第三是利用分子生物學(xué)分析技術(shù)監(jiān)測與評估土壤微生態(tài)。

能否篩選出和獲得具有較強(qiáng)石油烴降解能力的外源微生物是生物修復(fù)成功的關(guān)鍵，得到的微生物要能積累一定的生物活性并且抵抗環(huán)境中的不利因素。外源微生物接種到土壤中會發(fā)生失活及數(shù)量下降的現(xiàn)象，其生物因素包括土著微生物的競爭作用及原生動物的捕食等，非生物因素主要是土 壤中營養(yǎng)物質(zhì)的匱乏。在多環(huán)芳烴類污染土壤中采用生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)治理時，Cimliffe等考察了 土壤微生物群落的變化，發(fā)現(xiàn)接種外源微生物后，原污染土壤中的幾類微生物較之前增加了數(shù)倍，作用。大多數(shù)非生物因素可以人為進(jìn)行控制，通過調(diào)控營養(yǎng)物質(zhì)在土壤中的配比可以加快微生物的 生長代謝進(jìn)而提高石油烴的降解速率。外源微生物接種到土壤環(huán)境后，與環(huán)境生物因素、非生物因素 的相互作用以及土壤的溫度、濕度、pH值、營養(yǎng)物質(zhì) 的分布將決定外源微生物的存活、生長、繁殖等。

石油烴污染物不溶于水及其在土壤顆粒表面的吸附導(dǎo)致其生物可利用度低，土壤對于微生物也具有吸附作用，限制了其遷移，由此制約生物修復(fù)過程速率。提高生物可利用度的方式之一是在混合菌 群中加人高產(chǎn)生物表面活性劑的菌株;此外加人植物秸稈等也可促進(jìn)石油烴從土壤表面轉(zhuǎn)移并強(qiáng)化其 與石油烴降解菌群的接觸而提高其生物可利用度。

由于石油污染土壤的特殊性及其對土壤結(jié)構(gòu)和生態(tài)的嚴(yán)重破壞，使分析污染土壤的微生態(tài)非常困難，如石油烴和鹽污染物對于土壤DNA分析的干擾等。因此在修復(fù)過程中需要通過利用分子生態(tài)學(xué)技術(shù)來得到更為全面和可靠的土壤微生態(tài)的信息，揭示土壤微生物多樣性與石油烴降解能力之間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而指導(dǎo)土壤微生物生態(tài)的構(gòu)建和生物修復(fù)過程的強(qiáng)化。

4 關(guān)于石油污染土壤修復(fù)技術(shù)的結(jié)論與展望

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加快，石油資源開采消耗也不斷加快，對土壤的污染也日益嚴(yán)重。由于土壤 污染對環(huán)境及人體危害深遠(yuǎn)，因此土壤修復(fù)技術(shù)的社會需求越來越大，各種修復(fù)技術(shù)對于油污染土壤都有一定的修復(fù)效果，但都存在一定的限制與不足。生物修復(fù)技術(shù)因其巨大的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境優(yōu)勢成為研究熱點(diǎn)。應(yīng)用分子生態(tài)學(xué)技術(shù)來監(jiān)控耕地修復(fù)過程中外加菌的生長繁殖以及對于石油烴污染物降解率的影響，考察石油污染土壤中添加菌群和土著菌群的競爭、拮抗和協(xié)同行為，為石油降解微生物菌群和菌劑構(gòu)建提供參考。目前對生物修復(fù)技術(shù)治理石油污染土壤的研究大多局限于實驗室研究，真正應(yīng)用于工業(yè)過程的并不多。根據(jù)我國的污染情況，開發(fā)高效、低成本的系統(tǒng)化生物修復(fù)技術(shù)，采用分子生態(tài)學(xué)方法研究土壤重要循環(huán)的微生 物功能基因以及其豐度和均度標(biāo)準(zhǔn)化變化，結(jié)合土壤物理化學(xué)性質(zhì)和種植能力評價指標(biāo)，系統(tǒng)評價生物修復(fù)技術(shù)的效果，就顯得尤為重要和迫切。