随着社会经济的飞速发展，石油及其制品的大量使用，造成了一定程度的环境污染问题，其中尤以对土壤环境产生的危害较为严重。石油是具有很高疏水性的持久性有机污染物，一旦进入土壤会在土壤中进行富集，对土壤功能产生负面影响，对土壤中的动物、植物、微生物等功能产生不同程度的危害[1,2]，从而影响整个生态系统功能。因此，对石油污染土壤的修复一直是学者们研究的热点问题。微生物修复技术是一种绿色修复技术，具有成本低廉、环境风险小、不具有二次污染等优点。但是，微生物修复技术也存在一定的劣势，比如微生物的个体较小、活性不够稳定、抵御环境变化能力低等[3]，在一定程度上限制了其发展应用。
有研究显示，外源刺激可以不同程度的提高微生物的种群数量，增强微生物对石油污染物的降解活性，提升石油污染物的降解效率。外源刺激种类较多，一般分为物理刺激和化学刺激[4]。化学刺激一般是在土壤中添加一定量的有机或无机营养物质，比如含氮化合物、氨基酸、腐殖质、鼠李糖脂等。夏文香等研究表明，微生物降解石油污染物处理中，当添加N：P 为5：1和10：1时，石油降解菌和异养菌的总数分别达到最高值，在萘和蒽的微生物降解过程当中，当N：P 为5：1 时的降解速率分别是N：P 为1:1和10：1时的2.9倍和1.3倍[5]。物理刺激一般是采用通气、电刺激等改变降解微生物的生存环境及其细胞膜性质，增强微生物和污染物之间的接触面积，从而提高微生物对污染物的降解效率。有研究显示，20 mA的直流电可以增加微生物细胞表面的疏水性，使细胞形状变平，增加了其与污染物的接触，使微生物对污染物的降解效果增强[6]。本研究以陕北采油区土壤作为研究对象，选取典型化学刺激物鼠李糖脂与直流电场作为外源刺激处理，研究不同外源组合刺激对土壤石油污染物的降解效果，探明最佳的外源刺激组合方案，为该区域石油污染土壤生物修复与治理提供科学依据。
1. 材料与方法
采用室内模拟试验进行，在配置的4%含油率的石油污染土壤中加入10mL 100mg/L鼠李糖脂后，将土壤加入到室内模拟电动修复反应器中，电场强度分别设置为0.01V/cm，每天间歇作用4h，实验进行21d，在反应器中心取样，测定土壤理化性质变化和石油烃含量，计算石油烃降解率。试验共4个的处理，其中处理1为未做外源刺激处理为空白对照（CK），每处理设3次重复。其中石油烃总量采用气相色谱法测定；有机质含量采用重铬酸钾氧化—外加热法测定（丘林法）；全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定。
表1 试验设计
注：表面活性剂：＋表示添加、－表示不添加；直流电场：＋表示0.01 V/cm、－表示不加电流。
2. 结果与分析
2.1外源刺激组合对石油污染降解效应的影响
不同含量的外源刺激组合对微生物处理石油污染土壤的降解效果如图1所示。经过21天的修复，CK对照实验的石油烃含量平均为8732.80 mg/kg，石油烃降解率为12.67%，结果表明，在未添加外源刺激的条件下，微生物对石油烃的去除效率较低。而当向土壤中施加不同的外源刺激组合调控措施后，石油烃去除量皆有不同程度的提升，其中以电刺激和表面活性剂组合条件下，石油烃去除率最高，石油烃降解率最大，与对照相比，降解率提升了4.89倍。由此可知，0.01V/cm电场条件下，添加一定量的鼠李糖脂可以有效促进微生物对污染物的降解。
图1 不同处理对石油降解能力的影响
2.2外源刺激组合对石油污染土壤化学特性的影响
不同含量的外源刺激组合对土壤化学性质的影响如图2所示，图中可以看出，处了处理3外，外源刺激对土壤有机质含量影响较小，但是与对照相比，土壤全氮含量均呈增加趋势，与对照相比，处理2、处理3和处理4全氮含量分别增加31.03%、81.03%和112.07%，其中以处理4全氮的增加量最大。N是微生物的重要营养物质，土壤N含量的增加可以为微生物提供营养供给，一定程度上促进微生物的生长繁殖，增加微生物的生理活性，引起微生物对石油污染物的降解能力增强，由此解释了处理4引起污染物降解能力最强的原因。
图2 不同处理对土壤化学性质的影响分析
3. 小结
外源刺激在一定程度上影响了土壤化学性质，引起土壤氮含量增加，由此可能引起土壤微生物活性增加，增加了其对石油污染物的降解能力。从本研究可以得出结论，电刺激和化学物质鼠李糖脂的组合刺激优于单一刺激。土壤石油污染的控制和治理是国内外学者长期关注的重要问题，本研究结果可为分析石油污染物在土壤中的降解机理，指导修复措施的制定提供重要借鉴。
参考文献:
[1] Zhang J., Dai J., Chen H., et al. Petroleum contamination in groundwater/air and its effects on farmland soil in the outskirt of an industrial city in China[J]. Journal of Geochemical Exploration. 2012, 118:19-29.
[2] Van De Weghe H., Vanermen G., Gemoets J., et al. Application of comprehensive two-dimensional gas chromatography for the assessment of oil contaminated soils[J]. Journal of Chromatography A, 2006, 1137:91-100.
[3] Zeng G.M., Chen M., Zeng Z.T.. Risks of neonicotinoid pesticides[J]. Science, 2013, 340:1403.
[4] 李小康,鱼涛,李红,等.外源刺激促进微生物降解原油研究进展[J].应用化工,2020,49(3):729-734.
[5] 夏文香,张丹峰,李金成,等.氮磷比对石油污染沙滩中PAHs去除的影响[J].环境工程学报,2015,9(7):3519-3524.
[6] Luo Q.S., Wang H., Zhang X.H., et al. Effect of direct electric current on the cell surface properties of phenol-degrading bacteria [J]. Applied and Environmental Microbiology, 2005, 71(1):423-427.
