多环芳烃污染土壤的生物修复技术研究进展

李 昆

（江西金达莱环保股份有限公司，南昌 330100）

随着我国社会经济的发展，在人口密集、工业化程度高的长江三角洲、珠江三角洲和京津冀地区，化石燃料燃烧和工业生产过程中产生的大量多环芳烃（PAHs） 释放到自然水体和大气中，最终通过循环进入土壤，土壤已成为PAHs 的主要聚集地。PAHs具有强烈毒性和生物富集性，会导致土壤粒径、孔隙率和持水能力发生变化，危害微生物种群的多样性。目前，常用的土壤修复方法有物理法、化学法及生物法。利用化学法或物理法去除土壤中的PAHs 很常见，如溶剂萃取、热脱附、微波加热、玻璃化、氧化还原、光催化降解等。但是，这些技术成本及能耗高，反应过程不可避免地会引入其他有毒物质，易造成二次污染[1]。PAHs 会发生吸附、挥发、光解和化学降解，但主要依赖生物降解。生物修复技术是一种低成本且有效的替代方法[2]，可用于治理PAHs 污染土壤，应用前景广阔。目前，生物修复技术已得到广泛认可，它利用自然界的生物分解土壤中的污染物。PAHs 污染土壤的生物修复技术主要分为3 种，即微生物修复、动物修复及植物修复。

1 微生物修复

微生物修复具有修复彻底、成本低、无二次污染等优势，是应用最广泛的生物修复技术。它利用PAHs 作为碳源，在土壤微生物作用下，PAHs 被降解为毒性低的小分子物质[3]。PAHs 可以在好氧微生物及厌氧微生物作用下被分解。好氧生物降解过程也被称为好氧呼吸，是指微生物在有氧条件下对污染物进行分解。好氧细菌利用氧气作为电子受体，将有机物和无机物分解成更小的化合物，通常产生二氧化碳和水作为最终产物。土壤真菌在好氧和极低氧条件下降解PAHs 的能力得到广泛研究。白腐菌是好氧生物降解的常用菌种，对PAHs 的降解能力强。LEONARDI 等[4]研究指出，作为白腐菌，乳菇和平菇对3 环和4 环多环芳烃有显著的降解作用，其平均降解率为58%～73%。除真菌外，LI 等[5]还发现，接种由细菌、真菌和细菌-真菌混合组成的菌群，可以成功地将16 个优先多环芳烃按不同浓度降解。

为提高微生物的代谢效率，研究人员采用强化手段，效果显著，主要包括微生物固定化技术、生物刺激等。微生物固定化技术已成为土壤修复技术研究的热点方向。它是指将微生物固定在固定化材料上，增强细胞之间的协同作用，以取得更强的适应性，适应环境突变，抵抗环境毒性。SONG 等[6]采用生物炭固定降解菌的方法改良受PAHs 污染的盐渍土，相比单独使用生物炭和降解菌，土壤中PAHs 的生物降解效率显著增强，土壤理化性质得到明显改善。此外，在缺乏营养的条件下，生物刺激（补充营养）是加快处理过程的最佳选择。TAYLOR 等[7]研究指出，在实验室和田间含煤焦油的土壤中只添加养分对促进煤焦油PAHs 的生物降解帮助不大，而在无机营养物中添加生物柴油（易于生物降解，植物毒性较低）能使PAHs 组分降解得更充分。

但是，微生物修复依然存在部分问题。一是一种微生物代谢PAHs 的种类有限，在复杂的土壤环境中，多种微生物相互配合才可实现较全面的降解；二是外源微生物的加入扰动土壤的平衡生态环境，在修复土壤的同时可能会影响土壤微生物多样性；三是微生物生长需要合适的外部环境，包括土壤的含水量、温度、通气性及养分等，自然条件可能会限制微生物的生长，为实际应用增加困难。

2 动物修复

动物修复是利用土壤动物与降解菌的交互作用降解土壤中PAHs。黄盼盼等[8]的研究表明，蚯蚓对不同环数PAHs 具有显著的选择性富集特征，相比于高环（5 ～6 环）的PAHs，蚯蚓更容易吸收和富集低环数（2 ～4 环）的PAHs。然而，动物修复是将土壤中PAHs 转移至动物体内，进入食物链造成生物富集。因此，将动物单独用于土壤修复的案例较少。

3 植物修复

植物修复是一种较新的原位生物修复方法，利用植物对土壤中PAHs 进行提取、隔离和解毒。植物与根际微生物群落的协同作用已被证明对难降解的持久性有机污染物是有效的。植物修复是一种环保、低成本、可持续的修复方法。GONZALEZ 等[9]研究有机氯农药（OCPs）在植物组织中的积累，指出植物组织中OCPs 的含量可能是土壤中OCPs 的4 ～45 倍，中度疏水的化学物质最有可能被植物利用。与微生物修复及动物修复相比，植物修复的成本最低，但植物修复从根本上还是将污染物从土壤中转移到植物体内，受污染的植物如何妥善处理是该技术所引发的另一个问题。

4 多种方法联用

微生物修复、动物修复和植物修复是常见的3 种生物修复技术，各有优缺点，而多种方法联用可以取得更好的土壤修复效果。赵媛媛等[10]采用植物-微生物联合（紫茉莉-降解菌ZQ5）修复石油污染土壤，研究表明，联合修复可将受污染土壤中的芘降解81.1%，这是单独植物修复降解效率的1.98 倍，是单独微生物修复降解效率的1.39 倍。DENG 等[11]对比单种生物修复、两种生物联合修复及三种生物联合修复的效果，指出苜蓿-蚯蚓-白腐菌三种生物联合修复对受污染土壤中菲的去除率达到93%，明显高于单种生物修复的去除率（33%～65%）及两种生物联合修复的去除率（74%～85%）。

5 结论

PAHs 污染土壤的生物修复技术目前主要有微生物修复、动物修复和植物修复，纳米修复、基因工程等新兴技术也已成功得到应用，未来研究需要重点关注。然而，要恢复PAHs 污染土壤的所有自然功能是不切实际的。当前，要寻找绿色环保技术，科学地修复PAHs 污染土壤。随着工农业的发展，多种化学品在土壤环境中共存，研究热点逐渐从单一污染向复合污染转变。新污染物一旦被引入土壤生态系统，就有可能与原来的常规污染物相互作用。因此，未来的研究方向是多类污染物在空气-水-土壤界面的吸附、迁移和转化，只有明确其造成土壤污染的机理，才能找到修复土壤环境的正确方法，从而消除土壤污染，改善生态环境，实现可持续发展。