海洋石油污染及微生物修复

汤众如，汪 涛，张 瑶，曹 迪

（黑龙江八一农垦大学，黑龙江大庆 163319）

石油及其产品在开发、运输和使用过程中会因为一些原因对海洋环境造成污染。据估计，世界各地每年都有超过6×108t的石油通过各种渠道进入海洋，对海洋生态环境造成巨大的危害。中国在海洋石油污染上损失巨大。例如，2007年12月，在韩国泰安郡附近发生的“河北精神”号油轮泄漏事件[1]；2011年6月，在我国渤海蓬莱油田发生的溢油事件[2]；2018年6月，巴拿马籍油船“桑吉”在我国长江口海域发生的溢油事件[3]。如何在这些事件发生之后，采取有效的措施并修复海洋生态系统是至关重要的步骤。

1 海洋石油污染的原因

根据石油输入的类型，海洋石油污染可分为突发性输入和长期性输入。突发性事故包括油轮事故、海上石油泄漏和井喷事故，长期输入包括含油污水、港口船舶、天然海床沉积岩渗漏油、渗出物、民用和工业废水排放、含油废气排放等。海上油田事故或石油运输事故都会严重污染周边的环境，对生态系统造成严重破坏。随着越来越多的海上溢油事故和运输船舶泄漏事故的发生，海洋生态系统恢复的任务越来越艰巨。

1.1 人为因素

为了改变当前我国海外石油依赖的局面，缓解石油产量下降的土地供应情况，加强技术开发和国际合作，我国加快了海上石油钻井平台的步伐，而海上石油钻井平台泄漏造成油污损害远远超过油轮所造成的损害。因此，海上运输过程中所发生的溢油事件是对海洋环境污染的主要来源之一。

1.2 自然原因

海底蕴藏的石油通过地层断裂缝隙渗出也是海洋石油污染的主要原因。石油渗出的程度与地壳构造活动的剧烈程度和频率有关系。据统计，每年渗入海洋的石油为0.002 5～2.500 0×106t。

河流将陆地沉积岩岩石里的油侵蚀下来后再携带入海洋。据统计，河流携带入海的颗粒有机物中可萃取有机物量，全世界平均每年约为10.6×106t。

陆地和海洋生物合成的烃类也是海洋环境中石油烃的天然来源之一[4]。

2 海洋污染的危害

石油进入海洋环境以后，主要以漂浮在海面的不透明油膜、溶解乳化分散和凝聚态3种主要形式存在。海洋石油污染危害主要危及生态、人类健康和社会行业方面。

2.1 对生态的危害

（1）石油污染影响光合作用。在石油污染区域形成了不透明的油膜，降低了光的通透性。另一方面，油膜让太阳辐射到海洋的热量减少，海水温度降低，影响氧气和二氧化碳的交换平衡，使得海洋中的藻类光合作用受到严重影响，进一步制约了海洋动物的生长和繁殖。

（2） 海面石油污染对海洋生物的危害不容小觑。一方面，海面上石油中含有的有毒物质通过一些途径进入食物链中。石油里含有的致癌物质会在海洋里的鱼或虾等生物体内积累，并会严重影响鱼类的神经系统、呼吸系统和生殖系统[5]。另一方面，漂浮在海面上的石油会严重影响海鸟的羽毛功能，一是因为海鸟体重增加对其飞行造成影响，二是石油填满羽毛空隙后会使海鸟的羽毛保温性能下降，容易导致海鸟的死亡。

（3）石油污染会消耗海水中的溶解氧。海水的降解会消耗大量的氧气，而海水中的氧气被油膜堵塞，导致海水缺氧，是海水复氧的主要途径之一。

（4）全球温室效应。海洋是大气中二氧化碳交换的主要场所。石油污染将会加剧“温室效应”，同时也会提高厄尔尼诺现象发生频率，因此间接加重“全球问题”。

海洋石油污染同时还会造成许多其他生态问题，如破坏滨海湿地、引发海洋赤潮、恶化水体等。在污染后的很长一段时间里，生物群落恢复慢，并且残油的潜在毒性会对生物体的DNA造成损害[2]。也由此证明，石油污染的过程是长期的、多方面的。

2.2 对人类健康的危害

海洋石油污染除了对海洋生物造成损伤，对海边居民及污染清理志愿者的健康也会造成严重影响。Kim Byuang-Mi等人[6]用调查问卷的方式，调查了80名孕妇在河北溢油事件发生后2～3个月的健康情况。调查显示，居住地在事故现场附近的孕妇比在远离事故现场的孕妇报告更多的眼部刺激和头痛症状，加大了孕妇健康风险问题[7]。石油经过食物链进入人体的成分复杂多样，且许多物质在技术上仍然难以分离，有毒物质经富集后会对人体的肝、肠、胃及肾等器官造成危害，使得细胞突变致癌，对人体系统造成长久的损害。

2.3 对社会各行业的危害

（1） 对工农业的危害。石油黏附在捕捞用具上，不仅加大了捕捞水产品的难度，还增加了捕捞的成本，降低了网具的使用效率，增加了劳动力并降低了利润。

（2）对旅游业的危害。海洋石油易黏黏附在海滩上，进而使海滨形象大打折扣。

（3）对企业的危害。对于需要海水的工厂，如晒盐厂、海水淡化厂，无疑会使其生产加大了成本。海洋事故发生后，这些海洋企业形象也会因此受到影响。

3 石油污染治理与修复

3.1 处理方法

国际上针对石油污染的治理主要有物理法、化学法和生物法。

（1） 物理处理。利用撒油器和撇油器、围油栏、吸油材料等，主要对污染物起到迁移作用，不能从根本上去除污染的石油。一般来说，对于自然原因的石油污染治理，并不采用这种方法。但对于某些状况，物理方法可能最为快捷有效。

（2）化学处理。采用燃烧分散剂、凝聚剂、沉淀剂等办法。一般使用化学药品是在海面油膜为0.05 cm时，使用时要考虑到试剂毒化作用、对消油作用效果和价格等多方面因素。

（3）生物处理。通过人工选择、驯化、培育和转基因技术改进石油污染微生物，然后将其放入受污染的水体中进行石油烃的生物降解。

3.2 微生物降解优点及机理

相对于石油污染海域的物理或化学降解，生物降解是一种环境友好的方式，更为大众所接受。在氧分子存在的条件下，石油的各种成分在催化酶的作用下相互反应，并逐渐降解，最终转化为二氧化碳和水，具有成本低廉、见效速度快、不会引起二次污染等诸多优点。

一般情况下，石油被微生物吸附到表面、转移至微生物膜上，并被分解利用为3个部分：①烷烃通过微生物的某些酶催化转化为脂肪酸，然后逐步代谢为乙酰辅酶A，并进入三羧酸循环代谢，最终转化为二氧化碳和水；②芳香烃则是被氧化酶氧化成二氢二醇，然后二氢二醇被降解为邻苯二酚，在邻苯二酚的降解过程中分别进行邻位和间位的开环反应；③多环芳烃则是在酶的催化作用下被降解为乙二醇和邻苯二酚基团，然后进一步分解为乙酰辅酶A或琥珀酸[8]。

4 结语

微生物降解石油虽然是一个长期且复杂的过程，但是仍然越来越受到人们的重视。寻求高效的石油降解菌已成为处理海洋石油污染的最佳途径之一。首先，可以在自然中筛选和驯化出高效降解菌。其次，可以利用转基因的方式改良菌株，为治理污染提供稳定高效的菌株。最后，为更好地降解石油中的各类组分，可以采用混合菌株的方式或者添加其他一些对生态环境伤害较小的表面活性剂（如鼠李糖脂[9]）相结合的方式，可以更加全面地解决污染问题。由于其复杂性，微生物修复的研究还需要深入和探索，研究其降解的机制已成为海洋石油修复的研究热点。