石油烃污染土壤微生物修复技术研究现状及进展

潘云飞，唐正，彭欣怡，高品

（东华大学环境科学与工程学院，上海 201620）

石油烃污染问题已引起国内外环境工作者的广泛关注[1]。石油烃具有高毒性，可通过生物富集和食物链传递对人体健康产生重大危害[2]，通常石油烃进入土壤环境后会破坏土壤结构和微生物群落组成，造成土壤肥力下降[3-4]。低沸点石油烃组分易挥发，可通过空气流动发生转移，而高沸点组分可与土壤有机质结合，并老化形成微生物难以利用的结合态化合物，可在土壤环境中长期稳定存在，但也会随着环境条件（如pH和氧化还原电位）的改变而重新释放，对土壤生态系统造成危害影响。石油烃扩散分布在土壤颗粒表面会形成一层结构致密的油膜，造成土壤含水率和含氧量降低，影响植物和微生物对氧气和营养物质的摄入[5]。有研究表明，石油烃对土壤生态系统具有毒性效应，导致微生物多样性和丰度降低，进而影响土壤微生物对石油烃的降解效能[6]。

针对石油烃污染土壤修复，目前主要的技术手段有物理法、化学法、微生物法等。其中，物理修复与化学修复虽然能够取得较好的修复效果[7]，但会严重破坏土壤理化性质和生态结构，易造成二次污染。相比之下，微生物法具有环境友好、效果稳定、无二次污染等优点，但也存在修复速率慢和周期长的不足。近年来，大量研究报道微生物联合修复可显著改善石油烃污染土壤修复效能，包括植物-微生物联合修复、电动-微生物联合修复、表面活性剂强化微生物修复、化学氧化-微生物联合修复、动物-微生物联合修复等。基于此，本文主要着眼于石油烃污染土壤修复技术的研究现状，重点论述了基于微生物修复技术在石油烃污染土壤修复中的应用现状及进展，并对未来发展提出了展望。

1 土壤石油烃污染修复技术方法

1.1 物理修复法

物理修复法属传统方法，大致可分为两类。一类为吸附、土壤置换和翻耕。这类方式并没有从根本上削减去除石油烃，只是使其发生转移。翻耕污染土壤，添加新土这类传统方法已逐渐被替代。吸附是利用活性炭、生物炭等材料的多孔结构，从污染土壤中转移石油烃。由于土壤中的天然有机物会在碳材料表面发生团聚堵塞[8]，添加葡萄糖等有机质可促使碳材料表面矿化和孔隙暴露，有利于吸附过程的进行[9]。另一类是对石油烃污染土壤进行热处理，利用其可燃性在高温（>750℃）条件下焚烧，但能耗高，易产生二次污染，这类方法目前已逐渐被热脱附与热解所替代。热脱附是石油烃污染土壤修复中较为常用的方法，通过直接或间接加热污染土壤，使石油烃从土壤中挥发分离出来[10]。杨振等[11]在300℃条件下处理原始油油浸土壤，4h去除率可达93.8%。除热脱附外，热解也是一种有效方法，在无氧条件下对石油烃污染土壤进行热处理（≥400℃），不仅能有效分解石油烃，同时还可回收资源，提升土壤肥力[12]，如Li等[13]采用快速热解法修复石油烃污染土壤，当总石油烃初始含量为5%～20%，热解温度为500℃时，土壤中总石油烃在30min内基本被完全去除，并可回收部分石油烃。温度是影响热脱附和热解过程的主要因素，在150～350℃时能够使污染土壤中的烃类物质脱附，继续加热至400℃以上时可进一步使石油烃分解，生成热解气和固体炭[14]。相比常规N2环境，在CO2条件下进行热解可有效降低能耗，提高石油烃回收率，还可避免多环芳烃（PAHs）的生成[15]。

1.2 化学修复法

化学修复法主要通过向污染土壤中投加化学药剂，与土壤中污染物发生氧化还原和吸附沉淀等反应，从而达到去除土壤中污染物的目的。该方法具有修复速率快、污染物去除效果好等优点，但在修复过程中会受环境条件限制，如采用芬顿氧化法时，若保持污染土壤初始条件不变，其对石油烃去除率为50%～60%，这主要是受土壤初始pH的影响[16]。由于需外源投加化学药剂，且无法回收，因此易造成二次污染，如向污染土壤表面投加纳米TiO2、ZnO和CdS等光催化剂，利用紫外线照射光解表层土壤中的石油烃，当光照100h后，污染土壤中烷烃、烯烃和其他一些芳香族化合物的光解效率可达95%以上，但这些纳米光催化剂无法回收与循环利用，会残留在土壤中造成二次污染[17]。

目前，化学氧化法在石油烃污染土壤修复中已有较多应用，如H2O2、O3、高锰酸盐和过硫酸盐等[18]，虽然修复效果显著，但会破坏土壤结构，影响土壤微生物群落组成，抑制植物生长，降低植物发芽率等。Chen等[19]研究了过硫酸盐、高锰酸盐和H2O2对柴油污染土壤的修复效果，发现原位化学氧化对柴油去除率在48%～93%之间，其中过硫酸盐效果最好（>93%），而H2O2对石油烃的氧化去除率最高约为67%。然而研究发现，过硫酸盐体系对土壤微生物的抑制作用最为显著，当过硫酸盐投加量分别为1%、3%和5%时，土壤细菌丰度5天 内 从1.1×104CFU/g分 别 降 至1.0×103CFU/g、1.0×103CFU/g和1.2×102CFU/g。Li等[20]采用表面活性剂辅助促进过硫酸盐体系修复PAHs污染土壤，去除效果可提高10%～20%，其中高环PAHs（≥3环）去除率可提升8%～11%。

2 微生物修复法

微生物修复法是指通过微生物分解代谢作用，将污染土壤中石油烃作为碳源进行代谢和转化。该方法具有修复效果好、无二次污染等优点，是一种经济廉价、生态环保和环境可持续的技术方法。目前，微生物修复法按修复方式一般可分为原位修复与异位修复，在实际修复过程中，仅依靠微生物自然净化作用是非常缓慢的，通常采用生物刺激或生物强化等方法来增强微生物修复效果。其中，生物刺激法是通过改变土壤土著降解微生物的生存环境，以最适条件为基础，投加营养物质、生物表面活性剂、共代谢基质等外源物质，促进土著微生物的生长繁殖，从而改善其对石油烃的原位降解效果。生物强化法主要是向污染土壤中投加高效降解功能菌株，富集对石油烃具有降解效能的功能微生物，实现对其高效去除。与生物刺激法相比，生物强化法虽然能够强化石油烃污染土壤的修复效果，但引入的功能微生物存在与土著微生物竞争共存的问题，同时也存在无法适应实际土壤环境而发生失活和淘汰的风险。相比原位修复法，异位修复法效果一般，且操作复杂，修复成本高，已逐渐被原位修复法所取代。因此，本文主要针对石油烃污染土壤原位微生物修复方法进行论述和总结。

2.1 生物刺激法

2.1.1 投加营养物质

石油烃污染土壤在其表层会形成油膜，阻碍土壤微生物对营养元素的摄取，这是限制微生物降解的关键原因之一。在污染土壤中外源加入营养物质如氮和磷等，能够有效提高降解菌群丰度和反应活性，加速其对石油烃的降解[21]。高飞[22]考察了有机、无机和混合营养物质对石油烃污染土壤微生物修复的促进影响，结果表明，无机营养底物效果最好，三株功能菌株在15天内对石油烃降解率可达82.4%以上，且土壤微生物丰度也最高。通常，石油烃污染土壤碳源充足，但氮和磷等元素较为缺乏，这可能是无机营养物质能够促进功能菌株对石油烃有效降解的原因。除这些营养物质外，O2含量也会显著影响石油烃的微生物降解过程。土壤生物通风法是一种有效的原位刺激法，通过人工手段提供土壤微生物的最适生长环境，促进其对石油烃的有效去除，其实质是由气相抽提技术演变和发展而来的[23]。在生物通风过程中，影响石油烃去除的主要因素包括通风方式、土壤含水率、营养物比例等[24]，通风风速也会影响石油烃扩散及微生物对其降解，可通过加热通风、外源高效降解菌等方式进行强化。

2.1.2 投加共代谢基质

共代谢通常是指微生物在其他可利用碳源存在条件下，能够分解不能作为其生长基质的物质，其中可供微生物生长的碳源物质称为一级基质或生长基质，而不能直接分解的物质称为二级基质或非生长基质。一级基质可分为基础营养物质，如葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、苹果酸等，以及二级基质中间代谢产物或结构类似物等[25]。蔡丽希[26]通过外加葡萄糖和Fe2+作为共代谢基质，发现土壤中芘降解率从65.8%升至81.4%。但需要注意的是，共代谢基质的加入通常不会参与加氧酶的形成，其对污染物去除的促进作用主要是通过增加降解菌数量和促进辅酶生成而实现的，如NADH和NADPH的产生有助于苯并[a]芘的降解[27]。李政等[28]通过投加与芘结构相类似的芴和菲，发现8天后芘可被微生物完全降解。目前，在石油烃污染土壤修复中，针对高环PAHs的去除仍是一个挑战，通过共代谢方式是强化其去除的有效方法，已报道的可通过共代谢方式降解苯并[a]芘的细菌微生物种属包括Burkholderia cepacia[29]、Rhodococcus[29]、Stenotrophomonas maltophilia[30]、Agrobacterium[31]、Bacillus[31]、Sphingomonaspaucimobilis[31]、Pseudomonas saccharophila[31]、Martelella[32]、Mycobacterium[33]等，共代谢基质可为芘、萘、荧蒽、菲、联苯等低环PAHs[25]。尽管如此，目前针对微生物对土壤中石油烃的共代谢机制尚不明晰，有研究认为，微生物有效代谢非生长基质主要与非专一性酶有关[34]。此外，在利用共代谢过程促进微生物降解过程时，需注意合适的共代谢基质比例，防止竞争抑制。有研究表明，生长基质与非生长基质会对微生物酶作用位点产生竞争，生长基质浓度过高会抑制微生物对非生长基质的代谢分解。胡凤钗等[35]以葡萄糖作为共代谢基质，考察其对菌株N12降解芘的作用影响，在葡萄糖浓度大于500g/L时，芘降解率呈下降趋势。因此，初级基质投加量对微生物共代谢石油烃具有显著影响，在合适范围内，石油烃降解率随生长基质浓度的提高而升高。同样地，结构类似底物对降解微生物同样也会产生抑制作用[36]。

2.2 生物强化法

2.2.1 投加高效降解菌

通过外源投加高效降解菌是目前石油烃污染土壤修复的研究热点之一。有研究表明，持久性高浓度石油烃污染土壤环境能够驯化土著微生物，提高石油烃降解微生物的种类和丰度[37]。尽管如此，自然环境中往往不具备能够富集这些降解微生物的有利条件，因此大部分研究采用石油烃物质作为唯一碳源，通过梯度筛选和富集培养分离获得高效降解菌株，然后通过生物强化修复石油烃污染土壤，如图1所示。目前已报道的可降解污染土壤中石油烃的细菌微生物包括Mycobacterium、Nocardia、Desulfovibrio、Achromobacter、Micrococcus、Pseudobacterium、Coryhebacterium、Arthrobacter、Bacillus、Flavobacterium、Alcaligenes、Brevibacterium、Acinetobacter、Aeromonas、Micromonospora、Spirillim、Vibrio等[38]。徐冯楠等[39]从石油烃污染土壤中筛选获得两株高效降解菌Y-7和Y-9，经鉴定为假单胞菌属（Pseudomonas）和芽孢杆菌属（Bacillus），对石油烃降解率分别可达68.7%和74.5%。李小猛[40]采用Pseudomonas aeruginosaDut-lxm0725和Rhodococcus erythropolisDut-lxm1018混合菌株降解土壤中石油烃，20天后石油烃降解率可达92%，显著优于单一菌株的降解效果。通过外源投加降解菌株，不论是单一菌株还是混合菌群，需适应石油烃污染环境，且能与土著微生物竞争成为优势菌群，这样才能够充分发挥其降解性能。因此，从石油烃污染土壤中筛选获得高效降解菌并构建高效降解菌群体系，是提高微生物对石油烃污染土壤环境适应性和竞争性的前提。

图1 石油烃降解菌的筛选及其降解过程

与此同时，对微生物降解菌株进行基因编辑，构建基因工程菌也是石油烃污染土壤微生物修复领域的一个研究方向[41]。谢云[42]从污染土壤中筛选获得一株BS3降解菌，发现其对烷烃降解效果好，但对芳香烃降解效果较差，因此采用三亲结合转移技术将功能基因C23O插入到BS3染色体中，并筛选获得一株转基因工程菌AcinetobacterBS3-C23O，其在对烷烃降解效果不变的情况下，对实现对芳香烃降解效果提升60%。尽管如此，目前针对基因工程菌的引入是否会对生态环境产生潜在危害还尚不清楚，有待进一步研究论证。

2.2.2 固定化微生物技术

固定化微生物技术是通过适当方法将游离微生物固定于稳定多孔载体上，提高微生物浓度，增强其对污染物的降解效果。固定化技术最初是为了应对功能降解菌在污染环境中难以快速适应，以及受土著微生物种群竞争影响而逐渐发展形成的。与游离微生物相比，其具有如下显著特点：①固定化载体能够降低外界对微生物的不利影响，增强其与土著微生物的竞争力；②多孔性固定化载体具有一定吸附能力，能够对土壤中污染物进行富集，增大降解微生物与污染物之间的接触概率，提高降解效率；③一些固定化载体能够为降解微生物提供必要的营养物质，促进降解微生物生长繁殖，同时还可以增大土壤孔隙度，强化氧气传质效率，促进降解微生物逐渐成为优势种群。

目前，关于微生物固定化技术的研究主要集中于固定化方法与固定化材料，所应用的固定化方法主要包括吸附法、交联法、包埋法等，其中吸附法和包埋法最为常见，具有操作简单、反应温和、负载效果好等优点。已报道的常用固定化材料包括无机载体、有机高分子载体和复合载体等，常用材料包括海藻酸钠、壳聚糖、甲壳质、木片和麦秸、生物炭和软体动物壳等[43]。其中，海藻酸钠作为固定化材料结构稳定，但其致密凝胶结构会阻碍气体交换，影响需氧微生物对污染物的有效降解[44]；壳聚糖、木片和麦秸等与微生物亲和力高，但其良好的吸附性能对土壤中其他污染物同样具有较好效果，从而影响降解微生物对目标污染物的去除效果[45]。

生物炭是一种良好的固定化载体，强度大，稳定性好[45]。有研究表明，生物炭能够改善土壤肥力，影响土壤污染物迁移与转化行为，提高土壤微生物多样性[46-48]。由于生物炭本身具有吸附性，在石油烃污染土壤中投加生物炭能使石油烃发生吸附转移，结合土著微生物的降解作用，强化对石油烃的去除效果。孔露露等[9]通过在大港油田污染土壤中添加生物炭，发现总石油烃去除率可提高11%以上。陈思尹[49]采用海藻酸钠包埋制备XTB5固定化菌剂，研究其对萘的降解效果，发现树枝生物炭、秸秆生物炭和草炭固定化菌剂对萘降解率分别可达75%、96%和67%。Zhang等[50]采用生物炭固定微生物Corynebacterium variabileHRJ4，发现其对石油烃降解率可达78.9%。Shen等[51]研究发现，相比游离微生物，固定化微生物不仅对目标污染物去除效率高，同时对低温、酸碱性、高盐等极端环境也表现出良好的适应性。

3 微生物联合修复技术

石油烃污染土壤单纯依靠土著微生物降解或外源高效降解菌，往往也存在修复时间长、实用操作性不强的缺陷。因此现阶段已有较多报道将其与其他技术方法相联合，如植物-微生物联合修复、电动-微生物联合修复、（生物）表面活性剂强化微生物修复、化学氧化-微生物联合修复、动物-微生物联合修复等[52]。

3.1 植物-微生物联合修复技术

植物与微生物在自然环境中往往具有协同关系[53]，已有研究表明，植物-微生物联合技术对石油烃污染土壤具有良好修复效果[54]，一般适合于中、低浓度石油烃污染土壤修复，但修复效果受场地条件、环境条件和污染物性质影响较大[55]。植物主要通过对石油烃进行积累、代谢和转化，结合根际微生物的协同作用，促进石油烃降解，其过程机制如图2所示，包括以下三个方面。

图2 植物-微生物联合修复过程机制

（1）植物吸收与代谢[56]利用植物根系吸附和富集石油烃，并通过代谢和矿化等作用将其转化为小分子代谢产物、CO2和H2O等。

（2）植物根系分泌物的催化降解作用[57]植物根系分泌物一方面可作为微生物共代谢基质，另一方面其所含的一些关键酶能够促进微生物降解，如脱卤酶、硝酸还原酶、过氧化物酶等。石油烃通常疏水性强，易与土壤颗粒结合，形成老化石油烃，而植物根系分泌物中含有小分子酸如草酸、柠檬酸、苹果酸等，可有效溶解土壤颗粒所结合的石油烃，从而促进其降解去除[58]。

（3）植物根系与根际微生物联合作用[59]植物根系可与真菌菌丝共生，形成菌根，真菌在土壤污染物胁迫诱导作用下可产生特异性酶，能够降解一些细菌无法降解的污染物质。

植物根系是土壤、植物和微生物共同作用的场所，根系分泌物可增强土壤颗粒所结合的石油烃溶出，有利于微生物对其代谢分解。黄妍[60]对比研究了三叶草、大豆和玉米三种植物根系分泌物与分枝杆菌M1对菲和芘的协同降解效果，发现三种根系分泌物均能促进微生物降解效率。其中，三叶草根系分泌物与降解菌的协同促进效果最好，当投加浓度为80mg/kg时，其联合降解效果比单独微生物降解高约40%。此外，微生物也可以辅助植物摄取营养物质，促进植物生长[61]。刘鑫等[62]在处理高浓度PAHs污染土壤时，发现根瘤菌SL-1能促进苜蓿生长，在第20天与第60天时，接种根瘤菌的苜蓿株高比未接种组的分别增高2倍和2.6倍，干质量分别提高1.8倍和2.3倍。植物-微生物联合技术不仅能够提高降解微生物丰度，还可增强微生物反应活性。王洪[63]对比研究了植物-微生物联合修复与单独植物和单独固定化微生物对土壤PAHs的修复效果，结果显示，植物-微生物联合技术对PAHs的去除率为37.6%～41.3%，显著高于单独植物和单独固定化微生物修复方法，同时发现联合修复还能够提高土壤细菌与真菌丰度，促进PAHs降解。

3.2 电动-微生物联合修复技术

电动-微生物联合修复主要是通过电化学氧化、电渗析、电迁移等作用强化微生物降解效果[64]，适用于不同类型的石油烃污染土壤修复，但不适合长期修复，主要是因为修复效果会随着时间延长而下降，且电场作用会对土壤本身性质及其微生物群落生态造成影响[65]。在电场作用下，土壤中各类组分迁移速度加快，包括微生物、有机污染物和营养物质等，分别可通过水平接触和纵向混合机制过程强化各组分间的相互接触和反应（图3）[64,66]。Olszanowski等[67]研究发现，由于细菌细胞膜带负电，在电场作用下会向阳极移动，但也有部分细菌会向阴极移动，推测可能是电渗析使水迁移所引起的，细菌在电场作用下的迁移性可能是强化微生物降解的途径之一。微生物在电场中的迁移主要与微生物的黏附性有关，Wick等[68]比较研究了不同黏附性菌株L138和LB50TG的迁移性，发现在2V直流电条件下，90%的低黏附性L138被转移到电极上，而高黏附性的LB50TG只有12%被迁移。Li等[69]研究发现，通过转换电极的方式可以提高微生物对石油烃的降解效率，转换电极组对实际油田污染土壤修复效果比恒定电极组提高约10%，且转换电极周边土壤pH仍保持在约6.6，对土壤微生物影响小。电场强度对土壤微生物降解过程同样具有重要影响。Li等[70]研究报道土壤pH、含水率、温度、溶解氧等物化性质在不同电场条件下均会发生变化，且在2V电压条件下，土壤微生物总量和降解活性最高。Wick等[71]研究评估了弱直流电对土壤微生物群落的危害影响，确定在适当电场条件下，其对土壤微生物组成不会造成影响，也不会影响土壤微生物的降解潜能。

图3 电动-微生物联合修复过程机制示意图

3.3（生物）表面活性剂强化微生物修复技术

污染土壤中石油烃一般会与土壤颗粒紧密结合，低溶解性与低迁移性是导致石油烃在土壤中长期稳定存在的主要原因。针对这一特性，可以通过外源投加表面活性剂增强土壤孔隙中石油烃的乳化、溶解和分离，提高微生物对其利用，其修复过程机制如图4所示。通过表面活性剂强化微生物作用能够对不同类型石油烃污染土壤进行有效修复，包括石油、柴油、PAHs等[72]，目前常用的表面活性剂包括失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚（Tween 80）、十二烷基硫酸钠（SDS）、烷基多糖苷（APG）、脂肪醇聚氧乙烯醚（JFC）等[73-74]。其中，非离子型表面活性剂具有更好的可生物降解性[74]。陈俊华等[75]考察研究了TCA-CL（非离子型表面活性剂）、VeruSol-10（植物提取非离子型表面活性剂）、DOWFAXTM2A1（阴离子型表面活性剂）、皂角苷（非离子型生物表面活性剂）和MOBS（洗涤行业离子表面活性剂）五种表面活性剂对中低浓度PAHs污染土壤微生物修复效果的影响，发现TCA-CL对PAHs去除促进效果最好，当投加量为5g/L时，土壤中PAHs从19.4mg/kg降至1.7mg/kg，去除率达91.2%，其中，苯并[a]芘浓度从1.38mg/kg降至0.14mg/kg，去除率为89.9%。

图4 表面活性剂强化微生物修复过程机制

与化学表面活性剂相比，生物表面活性剂作为微生物代谢过程所产生的糖脂类、脂肽类、多糖蛋白质络合类等物质，具有较好的环境友好性，其能够有效降低表面张力，溶解土壤颗粒中的石油烃，促进微生物对其降解代谢[76]。尽管如此，在实际应用时应注意控制生物表面活性剂投加量，有研究表明，过量生物表面活性反而会导致石油烃去除效果变差，一方面是因为生物表面活性剂会改变细胞膜通透性，造成细胞裂解[77]，同时由于细胞通透性增强，使得增溶的污染物进入细胞对其产生毒性抑制作用[78]；另一方面，生物表面活性剂通常具有一定的抑菌性能，对降解菌可能会产生胁迫效应，进而影响污染物降解效果[79]。

3.4 化学氧化-微生物联合修复技术

有研究报道，采用化学氧化对污染土壤进行预处理，可使高毒性、高稳定性和结构复杂的污染物转化为低毒性、稳定性差和结构简单的产物，进而提高微生物对其降解效果[80-81]，其修复过程机制如图5所示。传统观点认为，化学氧化过程会改变土壤氧化还原和pH环境，且对微生物种群会产生毒性效应。然而有研究表明，尽管化学氧化暂时会降低微生物反应活性，但经一定时间的适应，其能够逐渐恢复活性，并有效降解目标污染物。化学氧化-微生物联合修复主要适用于高分子重质石油烃，通过化学氧化将长链石油烃分子断裂形成短链分子，促进微生物降解过程达到良好修复效果[82]。Gou等[83]采用化学氧化与微生物降解联合方法，在厌氧条件下通过H2O2对PAHs污染土壤进行预氧化，强化微生物降解效果，污染土壤中16种PAHs去除率为33.2%～95.9%，虽然化学氧化会导致土壤微生物丰度显著下降，但通过添加营养物质和NO3-，再缺氧孵育180天，土壤微生物丰度逐渐恢复并有所提升。罗俊鹏等[84]采用浓度为0.1mmol/g的过硫酸钠在50℃条件下进行活化，发现其在7天内对土壤中菲的氧化去除率约为22.7%，然后投加降解菌Acidovoraxsp.JG5和氮素，菲去除率在第27天时可达41.3%。在此过程中，过硫酸钠活化氧化会导致土壤微生物数量显著降低，下降幅度达70%，但可在后续培养中可逐渐恢复。Xu等[85]考察了预氧化对后续微生物降解的作用影响，结果表明，浓度为20mmol/L的过硫酸钠和10mmol/L的高锰酸钾不仅对土壤中苯并[a]芘去除效果良好，分别达98.7%和84.2%，并且一定程度上能够促进土壤呼吸速率与FDA酶活性，表明适量氧化剂能够强化微生物对石油烃污染土壤的修复效果。

图5 化学氧化-微生物联合修复过程机制

3.5 动物-微生物联合修复技术

石油烃具有一定的生物毒性，但有研究报道蚯蚓、沙蚕、线虫等动物能够在低浓度（0～20mg/kg）石油烃污染土壤中存活，并可促进石油烃的微生物降解[86]，但也有研究发现，动物-微生物联合修复对重质石油烃污染土壤同样具有一定的应用潜力[87]。蚯蚓等动物在污染土壤中往往会通过被动吸收富集石油烃，并利用肠道中的烃类降解菌如假单胞菌、产碱杆菌等对石油烃进行代谢分解[88]，其吸收代谢过程如图6所示（以蚯蚓为例）。动物对石油烃污染土壤的主要修复机制包括以下几个方面。

图6 动物-微生物联合修复过程机制

（1）动物对污染土壤中石油烃的富集累积作用，通过肠道微生物对石油烃进行转化、分解和代谢[89]。

（2）改善土壤理化性质及通透性，增强污染土壤中不同物质的传递过程，促进土壤微生物对石油烃的利用和降解[90]。

（3）动物分泌产物可为土壤微生物提供可利用的碳源和能源，提高其反应活性，进而强化其对石油烃的降解[91]。

动物在污染土壤中的存活率是保证动物-微生物联合修复效果的关键，主要与污染物浓度和动物暴露时间有关。有研究表明，在污染土壤中投加一定的微生物和有机物能够有效提升动物在污染土壤中的存活率和繁殖率[92]，反之动物也可提高土壤微生物种群数量及酶活性[93]。Chachina等[94]研究表明，采用蚯蚓-微生物联合技术修复石油烃污染土壤，当石油烃初始浓度为20～60g/kg时，经22周后土壤石油烃降解去除率可达99%。

4 展望

针对石油烃污染土壤的修复技术主要包括物理法、化学法、生物法和联合修复法。其中，微生物修复技术具有经济性好、操作性强和无二次污染等优点，已成为石油烃污染土壤修复的研究热点。相比单一修复技术，联合修复技术可充分利用不同方法技术之间的协同作用，其环境适应性和修复效果更为突出，因此具有更广阔的应用前景。尽管针对石油烃污染土壤微生物修复技术已有一些相关研究报道，但绝大部分还主要停留在实验室阶段，实际工程化应用还鲜有报道，这主要与微生物的反应活性及其适应特定污染环境的能力有关。因此，后期还应在以下方面开展进一步研究。

（1）系统研究并评估微生物联合技术对石油烃污染土壤的修复效能，探究物理或化学前处理方法对后续微生物修复潜能及代谢机制的过程影响。

（2）进一步强化石油烃高效降解菌在污染土壤中的反应活性，一方面可以改进微生物固定化技术，开发新型固定化材料和方法，另一方面可通过水平基因转移等基因工程手段，促使土著微生物获得石油烃降解功能基因，避免外源微生物对原始土壤生态结构的影响。