克拉玛依石油污染土壤生物修复的初步研究.pdf

2 0 1 2年 8月 石油学报 石油加工 A C T A P E T R o L E I s I N I C A P E T R O L E U M P R O C E S S I N G S E C T 1 O N 第 2 8卷第 4期 文章 编号 1 0 0 1 8 7 1 9 2 0 1 2 0 4 6 9 6 0 9 克拉 玛依石油污染土壤 生物修复 的初步研 究 赵东风 ，吴伟林 ，张云波 ，杨海滨 ，赵朝成 1 _中国石油大学 环境科 学与工程系 ，山东 青岛 2 6 6 5 5 5 ；2 ．江苏石油勘探局 石油工程技术研究院 ，江苏 扬州 2 2 5 0 0 9 摘 要 进行 了克拉玛依石油污染土壤生物模拟修复实验 ，考察 了最佳启动条件 ，分析了在生物修复过程中土壤理化 性质 、微 生物学特性、石油烃组分 的变化 。结果表 明，影响生物修复效果 的主要 因子为菌剂 的投加量 、水分含量以 及鸡粪投加量 ；最佳启 动条 件为每 1 k g污染土壤菌剂投加量 2 0 0 mL、水分 含量 1 5 、鸡粪投 加量 1 2 0 g 、麦糠 投 加量 5 0 g 、表 面活性剂 3 0 mL，经 7 5 d修复后石油烃 的降解率达到 了 5 6 ． 3 1 ；生物修复的不 同阶段土壤理化性质 和微生物学特性有较大变化 ，修复过程土壤脲酶 、脱氢酶活性降低 ，过氧化氢 酶活性升高 。石油烃 四组分分离 和模 拟蒸馏实验表 明，微生物对石油烃 中四组分 的降解能力大小依次为饱和分 、芳香分 、胶 质和沥青 质 ；在生 物修 复过 程 中，微生物优先 降解低碳数 的正构烷烃 ，经过 7 0 d的降解 ，C z ～C 含量低于检测限 ；正构烷 烃色谱峰型发生较 大变 化 ，由左 右对称变 为“ 左缓右陡” ；异构烷烃相对含量增加 ，色谱基线被明显抬高 。 关键词 石油 污染 土壤 ；生物修复 ；土壤理化性质 ；微生物学特性 ；模拟蒸馏 中图分类号 X 1 7 2 ；TE 9 9 1 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 8 7 1 9 ． 2 0 1 2 ． 0 4 ． 0 2 8 Pr i m a r y S t u d y o n t h e Bi o r e me d i a t i o n o f Oi l Co n t a mi n a t e d S o i l o f Ka r a m a y Oi l f i e l d ZHAO Do ng f e ng ， W U W e i 1 i n ， ZHA NG Yu nb o ， YANG H a i b i n 。， ZHAO Cha o c h e ng 1 ． De p a r t me n t o f E n v i r o n me n t a l E n g i n e e r i n g， C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m ， Qi n g d a o 2 6 6 5 5 5 ， C h i n a ； 2 ． Pe t r o l e u m En gi n e e r i n g Te c h n o l o g y Re s e a r c h I n s t i t u t e， Ji a ng s u Oi l Ex pl o r at i o n Co r po r a t i o n，Ya n gz h o u 2 2 5 0 0 9，Chi n a Abs t r a c t Th e o pt i m a l l a un c h c o nd i t i o ns we r e i nv e s t i ga t e d b y s t u dy on t h e bi o - r e m e d i a t i o n of o i l c o nt a m i na t e d s oi l o f Ka r a ma y o i l f i e l d， a nd t he c ha nge s o f s o i l p hy s i c o c he mi c a l p r o pe r t i e s ， mi c r o b i o1 o g i c a 1 c h a r a c t e r i s t i c s ， o i l c o mpo ne nt s we r e a l s o s t u di e d d u r i ng t he s o i l bi or e me d i a t i o n． The r e s ul t s s ho we d t ha t t he ma i n f a c t o r s o f bi o r e me d i a t i on we r e t he ba c t e r i a d os a g e． m o i s t ur e c o nt e nt a n d ma nu r e d os a g e ．The o pt i m a l l a u nc h c on di t i o ns we r e a s f o l l ows mi c r o b i a l d o s a g e p e r 1 k g oi l p ol l ut e d s oi l o f 2 0 0 m L，m o i s t u r e c o nt e nt o f 1 5 ，c hi c ke n ma nu r e of 2 O g，wh e a t br a n of 5 0 g a nd s ur f a c t a nt o f 3 0 m L．The oi 1 de gr a d a t i o n r a t e r e a c he d 5 6 ． 3 1 a f t e r 7 5 d b i o r e me di a t i o n un de r ab o ve c o nd i t i o n．The p hy s i c o c he mi c a l p r op e r t i e s a nd mi c r ob i o l o gi c a l c ha r a c t e r i s t i c s o f t he s oi l we r e s i g ni f i c a nt c ha n ge d a t d i f f e r e n t s t a ge s o f b i o r e m e d i a t i o n， t he ur e a s e， d e h yd r og e n a s e a c t i vi t i e s d e c r e a s e d a nd c a t a l a s e a c t i v i t y i n c r e a s e d． The f ou r c o m p on e nt s s e p a r a t i on t e s t a nd s i mul a t i o n d i s t i l l a t i on e x pe r i m e nt s f o r o i l s a mpl e f r o m o i l po l l ut e d s oi l a f t e r bi o r e me d i a t i on s ho we d t ha t t h e d e g r a da t i o n a bi l i t y o r de r o f t he hy dr o c a r bo n c o mpo ne nt s by m i c r o be f r o m hi g h t o l ow wa s s a t u r a t e d， a r o m a t i c， r e s i n a nd a s ph a l t e n e ． The s h or t c h a i n 一 a l ka n e s C1 z C1 4 we r e f i r s t d e gr a de d by ba c t e r i a，whi c h c ou l d n ot be d e t e c t e d a f t e r 7 0 d d e g r a da t i o n． The GC pe a k s h a pe o f 一 a l k a ne s c ha n ge d gr e a t l y，f r o m s y mme t r i c a l t o“l e f t s l o w ，r i g ht s t e e p”，a n d t h e r e l a t i ve c o nt e nt o f 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 5 1 8 基金项 目中国石油天然气 股份有限公 司科学 研究与技术开发项 目 2 0 0 8 D- 4 7 0 4 2 与中国石油大学优 秀博 士学位论文培 育资助项 目 2 0 0 9 资助 通讯联 系人 赵东风 ，教授 ，博士 ，从事环境工程研究 ；E ma i l z h a o d f v i p ． s i n a ． c o rn 第 4期 克 拉玛 依石油污染土壤生物修复 的初步研究 6 9 7 i s o pa r a f f i n i n c r e a s e d，t he b a s e l i n e of GC wa s s i g ni f i c a nt l y e l e v a t e d． Ke y wo r d s o i l c o nt a m i n a t e d s o i l ；b i o r e me d i a t i on；s oi l ph ys i c o c he mi c a l p r o p e r t i e s；m i c r o bi o l o gi c a l c ha r a c t e r i s t i c s；s i mul a t e d di s t i l l a t i o n 在 石 油 勘 探 、开 发 、运 输 及 炼 制 过程 中 ，石 油 对 油 田及农 用耕 地 造 成 了很 大 的 污 染 ，严 重 地 影 响 了生产 和生 活_ 1 ] 。据 相关 数据 表 明_ 3 ] ， 目前 每 年 的 原 油产 量 中 ，有 8 O 以上 的 原 油 是 由 陆 地 油 田生 产 ，仅落地原油一项 ，中国石油企业每年产生量约 7 Mt ，其 中有近 0 ． 6 Mt 无法 回收 ，直接进入环境 ， 造成污染 ，特别是对土壤的污染尤为严重 ，因此对 石油 污染 土壤 进行 治 理刻 不容缓 。 据调查 ，中国大部分 的油 田作业 区周 围的土壤 一 般都 受 到 了较 为 严 重 的石 油 污 染 ，有 的石 油 污 染 土壤甚 至 寸草 不 生[ 4 ] ，尤 其是 中国西 北地 区 的油 田， 如克拉玛依油 田等给周围的环境造成 了严重的危害， 污 染 主要 集 中在 地 表 2 0 c m 的深 度 范 围 内。 由于 石 油 的特 殊 性 质 ， 当其 进 入 土 壤 后 会 与 土 壤 中 的 颗 粒 物 粘 连 ， 引起 土 壤 理 化 性 质 的 变 化 ，堵 塞 土 壤 孔 隙 结 构 ，影 响 土 壤 的 通 透 性 ， 降 低 土 壤 的 透 水 性 ；石 油 的 强 极 性 基 团 还 能 与 土 壤 中 的 有 机 物 质 及一些营 养元 素相结 合 ，例如 与腐 殖质 、无机 氮 和 磷 结 合 ，限 制 了 硝 化 、反 硝 化 和 磷 酸 化 作 用 ， 使土壤 中可 供微 生 物 和植 物利 用 的有 效 有机 质 、 N、P含 量 降低 ，降低 了 土壤 中的 C ／ N／ P比，严 重 影 响 了 土 壤 的肥 力 [ 5 ] 。此 外 ，石 油 中 的 大 多 数 次组 分 特 别 是 一 些 非 饱 和 烃 类 物 质 ，对 土 壤 中 的 动植物有 很大 的毒 害作用 ，尤其 是多 环芳烃 化合 物 P AHs 毒性 更大 ，导致 作物 发芽 出苗率 降低 ， 结实率下 降 ，抗 倒伏 、抗病 虫 害 的能力 降低 ，同 时对微 生物 的群 落结 构 和微 生 物 区系影 响较 大 ， 使得污染土壤 的活性进一步降低 。石油 中的 P AHs 可通过 呼吸 、皮肤 接触 、饮食 摄入 等方 式进 入人 和动物的体 内，影 响其肝 、肾等器 官的正常功能 ， 甚 至 导致 癌 变 [ 6 ] 。 石 油工业 迅 速发展 的 同时带来 了许 多环 境 问题 。 目前 ，国 内外 几乎 没 有对 克 拉 玛 依 油 田高温 干 旱条 件下石油污染土壤生物修复的研究报道，而生物修 复技术 的研究对 石 油 污染 土 壤 处 理具 有 重 要 的指 导 意义 ，这使 得有 必 要 对 该领 域 开 展 深 入 的研 究 。相 关研究表明[ g ] ，嗜热石油烃降解菌对石油污染 的极 端 环境 如沙 漠土 壤 和半 干 旱 的 炎热 地 区 的原油 污 染 生物修复起到非常重要 的作用 ，现 已报道有 2株嗜 热 菌 G e o b a c i l l u s t h e r mo d e n i t r i f i c a n s NG8 O 一 2 和 T h e r mu s s p ．C 2可较好地降解石油烃，但这些研究 主要 集 中在 室 内摇瓶 试 验 ，没 有 真 实 模 拟污 染 土 壤 的实际环境。在本研究 中，将室 内筛选得到 的嗜热 石油烃降解菌进行室内模拟生物修复实验 ，考察了 各种环境因素对修复效果的影响，为克拉玛依石 油 污染土壤生物修复的现场应用提供技术参考和理论 支撑 。 1 实验部分 1 ． 1 材 料 实验所用土样来 自于新疆 克拉玛依油 田 8 - 8站 位被石油长期污染的新鲜土壤样品。其相关理化性 质如表 1所示。修 复所 用肥料为鸡粪经 高温灭 菌、 干燥制成 的复合肥 ，经测定 其有 机质质 量分 数为 3 4 ． 6 2 ，总 N 质 量 分 数 2 ． 1 2 ，总 P 质 量 分 数 4 ． 3 8 ％ ，p H7 ． 8 ；堆料 主要 投 加 的 为 麦 糠 。所 用 菌 源为实验室筛选 得到的石油烃高效 降解 菌株 KL 3 2 1 ，进行修复实验时所投加的菌液为经过 1 4 h活化 后 的 L B菌 液 。 表 1 生物修复所用土壤样 品的理化性质 Ta bl e 1 Th e ph y s i c o c h e mi c a l p r o pe r t i e s o f O i l p ol l u t e d s o i l s a mpl e f o r b i o r e me di at i o n 1 ． 2 室 内生物修复启动条件考察 采用培养 箱 花盆 实验 ，按 L 4 水 平 表 设 计 正交实验 ，考察菌 剂 、水 分含量 、肥料 、麦糠 和表 面活性 剂等启 动条 件对 菌株 KL 3 2 1修复 克 拉玛 依油 田 8 - 8站位 被石油 污染 土壤 的影 响。实 验用 花盆的最终总质量为 3 k g ，花盆最 终放置 在 6 9 8 石油学报 石油加工 第 2 8卷 4 0 ℃培养 箱 中 进 行 7 0 d的 生 物 修 复 实 验 。于 2 0 0 9年 5月 7日开 始 修 复 ，定 期 测 定 各 花 盆 中 的 含 水 率 ，并 通 过 补 充 水 分 保 证 含 水 率 的 稳 定 ，最 终测 定 4 5 、7 0 d降解 后土壤中的石油烃降解率 1 7 ， 由式 1 计算得 到。土壤生物修 复正交实验如 表 2 所示 。 “一 二 ．1 0 0 ％ 乞 c 1 1 式 1 中，锄 、训 分别为降解前后土壤 的石油 烃质量 分数 ， 。 表 2生物修复正交实验 L 。 4 水 平表 T a b l e 2 Th e Ll 6 4 l e v e l s b i o r e me d i a t i o n o r t h o g o n a l t e s t v I n o e u l u m ／ mL． k g 一 Mo i s t u r e ／ w F e r t i l i z e r ／ “t U B r a n ／ 0 5 0 1 0 0 2 0 0 l 0 1 5 2 0 3 O 1 ． 3花盆 模拟 生物修 复 实验 以 1 ． 2节所 述 实验 中所 得生 物 修 复效 果 最好 的 1 个处理过程为研究对象，分别在修复的第 0 、4 5 和 7 0 d取样 ，考 察在 修 复过 程 中土壤 理 化性 质 、微生 物学特性以及石油烃组分 的变化 。其中土壤理化性 质的指标包括含水率、有机质含量 、速效磷、总氮 和石油烃含 量 ；微 生物学 特性 的指标包 括土 壤酶 活性 过 氧 化 氢 酶 、多 酚 氧 化 酶 、脲 酶 和 脱 氢 酶 以及 土壤微生物种 群数 量 细菌数量 、真菌数量 和 放线菌数量 ；石油烃组分的变化主要考察石油烃 四组分组成 和降解 前后 正构烷烃 组成 的变化 2个 指 标 。 1 ． 4土壤 理化 性质测 定 采 用 电位法 测 定 土 样 的 p H 值 蒸 馏 水／ 待 测 土 壤样 品体 积 比为 2 ． 5 ／ 1 ；采 用稀 释 热 重铬 酸 钾 容量 法[ 1 。 。 测定有机质含量 ；采用半微量凯氏法 测定总 氮 含量 ；采 用钼锑 抗 比色法 口 ] 测定 总磷 量 。 1 ． 5 微生物学特性测定 分 别 采 用 T TC法 、奈 氏 比色 法 、邻 苯 三 酚 比 色法 和高 锰 酸 钾 滴 定 法 测 定 土 样 中脱 氢 酶 、脲 酶 、 多酚 氧化 酶和 过 氧 化 氢 酶活 性 [ 1 “ 。使 用 菌 落形 成 单 位 C F U C o l o n y f o r mi n g u n i t 计 数 测 定 土 壤微 生 物种 群数 量_ 】 。 1 ． 6石 油烃 四组 分分析 根 据 中 华 人 民 共 和 国 石 油 天 然 气 行 业 标 准 S Y／ T5 1 1 9 1 9 9 5 原 油族 组 分 柱 层 析 分 析 方 法 测 定 3 个修复 阶段 0 、4 5 、7 0 d 石 油烃 的烷 烃、芳烃、 胶 质 和沥 青质含 量_ 1 。 1 ． 7石 油烃 正构 烷烃 组分分 析 将索式抽提获得的污染 土壤样品中的油样溶于 二硫化 碳 中 ，用 GC - F I D C P 3 8 0 0 进 行 模 拟 蒸 馏 ， 分析 土壤生 物修 复过程 中原 油浓 度 与其组分 的演变 ， 进样 量 为 0 ． 8 L，毛 细 管 色 谱 柱 为 C P 7 9 1 O柱 3 0 m0 ． 3 2 mm0 ． 2 5 m ，分流 进样 1 2 ， 载 气为 N。 。起 始 温 度 4 0 ℃ ，保 留时 间 2 mi n ，以 1 O ℃／ rai n升温 至 3 5 0 ℃ ，保 留时 间 1 0 mi n 。 2 结果与讨论 2 ． 1 室 内修 复实验 的启 动条 件 由于克拉玛依油 田高温、干旱和高含盐 的极端 环境，这给微生物修复带来了很大 的困难。大量研 究表明，环境 因素 的调控对微生物修复起到非常关 键 的作用[ 1 。在本实验前期筛选得到的高效降解 菌 KL 3 - 2 1为克拉玛依土著微生物 ，以它为降解菌 ， 选 择 接种 量 、水 分含 量 、鸡 粪 、麦糠 和 表 面 活性 剂 用量 5 个环境因素进行室内生物修复实验 的正交实 验 ，为获得现场修复实验的启动条件提供参考 。分 别测定了 5因素 4水平正交实验设计的 1 6 个实验在 修 复 4 5 、7 0 d时 的总 石油 烃 降解 率 ，结 果 列 于 表 3 和表 4 。 从表 3可以看出，经过 4 5 d的生物修复，污染 土壤的 T P H 降解率在 6 ． 3 7 9 ／ 6 ～2 8 ． 9 6 之间，因启 动条件不一样 ，各实验 的降解率有较大的差别，实 验 1 5在 1 6个 实 验 中 的 降 解 率 最 高 ，可 以 达 到 2 8 ． 9 6 ，其 次是实 验 8和实验 1 0 ，4 5 d的 TP H 降 解 率分 别为 2 7 ． 3 1 ％和 2 3 ． 3 2 。说 明启 动 条件不 同 对 微生 物 KL 3 - 2 1降解 石油 烃影 响较 大 。 第 4期 克拉玛依石油污染土壤生物修复 的初步研究 6 9 9 表 3 生物修复 4 5 、7 0 d时总石油烃 T P H 降解率 t ， Ta b l e 3 Th e TP H r e mo v a l r a t e t ， o f b i o r e me d i a t i o n f 0 r 4 5 d a nd 70 d 6 ． 3 7 9 ． 6 1 1 0． 3 2 9 ． 3 3 9 ． 6 2 1 7 ． 3 8 2 4 ． 6 8 2 7 ．3 l 1 1 ．7 6 23 ． 32 1 4 ． 8 4 2 3 ． 6 7 1 2 ． 3 8 1 8 ． 4 3 28 ． 96 22 ． 62 1 2 ． 3 1 1 8 ． 6 7 2 6 ． 4 1 2 8． 3 2 3 6 ． 3 1 2 8 ． 3 2 4 6 ． 3 1 5 3 ． 3 2 3 8 ． 8 5 4 8 ． 3 1 38 ． 89 43 ． 32 4 6 ． 4 2 5 6 ． 31 4 3 ． 6 8 3 6 ． 6 2 经 过对 正交 实 验 结 果 的极 差 分 析 可 以看 出 ，在 修复 的初 期 影 响生 物 修 复 的 主要 因子 是 接 种 量 R a n g e 1 1 ． 6 9 0 和水分含量 R a n g e 一1 0 ． 7 0 0 ，其 次 是表 面活性 剂 Ra n g e 一8 ． 4 3 5 ，鸡 粪 和 麦糠 对 生 物修复的影响初期 不是很大。这是 因为在生物修复 初期 ，克拉玛依石油污染土壤 中微 生物数量较少 ， 代谢较慢 ，而石油烃的降解主要是微生物 的代谢作 用 ，因此 通过提 高 接种 量 使 污 染 土壤 中 的微 生 物大 量繁殖从而促进 了石油烃 的降解 ；任何微生物的生 长代谢都离不开水 ，从表 3可 以看出，当水分含量 保持 在 1 5 以上时有 较好 的石 油烃 降解 效 果 ；此 外 在 污染初 期 ，由于石 油烃 能 够 强 烈 地 吸 附在 土 壤 颗 粒上 ，不易降解 ，而表面活性剂可以促进土壤 中石 油烃 的解 析和溶 解 ，从 而 使 微 生 物 能够 更 好 地利 用 石油烃 ，因此在污染初期可 以适当地加入少量的表 面活性 剂 。通 过 实 验 可知 ，过 量 的表 面 活 性剂 在 污 染 初期 不能 提高 微 生 物 的修 复 效 果 ，这 是 因为 过 高 浓 度 的表面 活性 剂会 对 微 生 物 的生 长 造 成一 定 的抑 制作 用口 ] 。经 过对 5因素 4水 平 、1 6个 实验 的 比 较分析 ，修复初期降解效率最高的 1组的启动条件 为每 1 k g土 中 菌液 投 加 量 为 2 0 0 mL ，土 壤 含水 率 保持在 2 O ，鸡 粪投加量 为 8 0 g ，麦糠投 加量 为 2 0 0 g ，表面 活性剂 投加 量为 2 mL 。 表 4生物修 复正交实验各影响因素极差分析 T a b l e 4 Th e r a n g e a n a l y s i s o f i n f l u e n c e f a c t o r s i n Ll 6 4 l e v e l s b i o r e me d i a t i o n o r t h o g o n a l t e s t P h a s e v I n o c u l u m ／ mL k g 一 W Mo i s t u r e ／ ％ W F e r t i l i z e r ／ W B r a n ／ ％ v S u r f a e t a n t ／ mL． k g 一1 M e a n 1 8 ． 9 0 8 1 0． 0 33 1 ．5 3 1 ． 8 3 2 1 ． 4 9 0 M e a n 2 1 9 ． 7 4 7 1 7 ． 1 85 1 ． 8 O 1 ． 6 0 1 7 ． 1 6 8 4 5 d M e a n 3 1 8 ． 39 8 1 9 ． 7 0 0 1 ． 7 0 1 ． 6 5 1 5 ． 9 3 8 M e a n 4 2 0 ． 59 8 2 0 ． 7 3 3 1 ． 7 4 1 ． 6 9 1 3 ． 05 5 Ra n g e 11 ． 6 9 0 1 0 ． 7 0 0 0 ． 2 7 0 ． 2 3 8 ． 4 3 5 M e a n 1 M e a n 2 7 0 d M e a n 3 M e a n 4 Ra n ge 21 ． 4 2 8 4 1 ． 0 6 5 4 2 ． 3 4 3 4 5 ． 7 5 8 2 4 ． 33 0 3 3 ． 4 7 2 3 7 ． 9 0 3 3 8 ． 8 2 2 4 0． 3 9 5 6 ． 9 2 3 3 ． 9 6 3 ． 9 3 3 ． 6 9 3 ． 4 8 0 ． 4 8 从表 3还可以看出，生物修复 7 0 d后 ，石油烃 降解率都得到了较大 幅度 的提高 ，污染土壤 的降解 率在 1 2 ． 3 1 ％～5 6 ． 3 1 oA。通过 比较可 以发现，影响 生物修 复 效 果 的 最关 键 因 素 还是 菌剂 的 投加 量 R a n g e 2 4 ． 3 3 0 ；此时提供 营养成分 的鸡粪成 为 第 2 影响因素，这是 因为在生物修复的前期微生物 在 利用 石油 烃 的过 程 中消耗 了部 分 的 N 源 和 P源 ， 在修复时投加鸡粪较少 的处理其 降解率 相对降低 ， 因此在生物修复的后期应 当适 当地补充 营养成分 ， 在处理的中后期表面活性剂的添加对生物修 复可 以 2 3 4 5 6 7 8 9 H 2 7 O 0 石油学报 石油加工 第 2 8卷 起到促进的作用。由以上分析可知 ，影响生物修 复 效果 的 主要 因子为 菌剂 的投 加量 、水 分 含 量 以及 鸡 粪投加 量 。在整个修 复过 程 中，菌剂 对降解 率 的 贡献都 是最大 ，但在修 复 的不 同阶段影 响修 复效 果 次 要 因 子 有 所 不 同 ，在 修 复 初 期 是 水 分 ，而 在 后期是鸡粪等营养成分 。 2 ． 2 降解 前后 的 土壤理 化性质 和微 生物 学特 性 2 ． 2 ． 1 土壤理 化性 质 的变化 选 择 处 理 效 果 最 好 的 实 验 1 4 菌 剂 投 加 量 2 0 0 mL、水分 含量 1 5 、鸡粪 投 加量 1 2 0 g 、麦 糠 投加量 5 0 g 、表面活性剂 3 0 mL 为研究对象，考察 在生物修复 0 、4 5和 7 0 d的土壤样 品理化性质指标 的变 化情况 ，结 果列 于表 5 。 从表 5可 以看出，随着修复的进行 ，土壤样 品 中的磷、氮含量有所降低 ，特别是总氮 的含量降低 得 最为 明显 ，这是 因为 在修 复 过 程 中微 生物 对 氮 的 需求较大；此外，随着石油烃的降解 ，有机质含量 也发生了变化 ，基本趋势与含油率变化一致 ，说 明 石油 烃对 土壤有 机 质 是 有 贡献 的。在 生 物 修 复 过程 中土 壤 的一 些理 化 性 质 会 发生 变 化 ，因此 在 生 物修 复 的不 同阶段 应该 采 取 相 应 的措 施 ，从 而为 微 生 物 修复提供 良好 的土壤生长环境 。 表 5 不 同修复 阶段污染土壤的理化性质 Tab l e 5 Th e ph y s i c o c he mi c a l pr op e r t i e s of O i l p ol l ut e d s o i l i n di f f e r e nt b i o r e me di at i o n p ha s e s 2 ． 2 ． 2 微 生物学 特性 的变 化 实验 1 4在 修 复 过 程 中 污染 土壤 样 品 的 酶 活性 脲酶、过氧化氢酶、脱氢酶和多酚氧化酶 及微生 物种 群数 量 细菌 ，放 线 菌 和真 菌 的变 化 如 表 6和 表 7所示 。 从表 6 可以看出 ，实验 1 4的土壤样品 的 4 种 酶活 性在修复过程 中发生了较大的变化，变化趋势不近相 同 。其 中 ，脲酶的活性从第 0 d的 0 ． 2 0 3 8 m g ／ g d 降 低到第 7 0 d的 0 ． 1 2 1 6 mg ／ g． d 。研究表 明，脲酶 是一种参与有机氮素分解 的重要酶之一，它可以将 有机 氮水解 成 中 间产 物 尿 素 ，最后 转 化 成 氮 供微 生 物代谢使用 ；从修 复过程土壤 总氮 降低可 以看 出， 脲酶活性的高低 和土壤中的总氮存在一定 的关系 ， 并且脲酶活性 的变化随着土壤 中石油烃浓度的降低 而降低 ，这说 明脲酶对土壤中污染物浓度的变化非 常敏感 。 表 6 修 复过程中污染 土壤样 品酶活性的变化 Ta bl e 6 The e nz y me a c t i v i t i e s o f o i l po l l u t e d s oi l i n d i f f e r e n t bi o r e me d i a t i o n ph a s e s 表 7 修 复过 程中污染 土壤样 品的微 生物种群数量 Ta b l e 7 Th e mi c r o o r g a ni s m po pu l a t i o n n umb e r o f o i l po l l ut e d s o i l i n d i f f e r e nt bi o r e me di a t i o n pha s es 第 4 期 克拉 玛依 石油污染土壤生物修复 的初步研究 7 O 1 在 土壤 的物 质 和 能量 转 化 过 程 中 ，氧 化 还 原 酶 系是一大类重要的功能酶 ，它参 与了土壤腐殖质的 合成 以及土壤的生成 ，在土壤 中占据着非常重要的 地 位 ，特别 是 氧化 还 原 酶 系 中的 过 氧 化氢 酶 、多 酚 氧化酶和脱氢酶在石油烃 的降解过程 中扮演着非 常 重要 的角色 。从表 6可 以看 出，随着修 复的进行 ， 土壤中过氧化氢酶活性 得到了提高 ，过氧化氢酶是 广 泛 分布 在土 壤 微 生 物 中 的一 种 酶 ，在微 生 物 呼 吸 以及土壤中有机物 的氧化过程 中产生的 ，因此在修 复 过程 中随着 生 长代 谢 的不 断 加 强 ，土 壤 中过 氧 化 氢酶活性得到了提高。另外 ，在 7 0 d的生物修复过 程中脱氢酶 的活性降低了，这 与部分报道 不一 致 ， 经分析认 为是在 克拉 玛依石 油污染 初期 污染 物对 土壤环境 中的微 生物 群落 和结构有 一定 的抑 制作 用 ，降低 了微 生 物 的群 落功 能多 样性 ，使 得修 复 土壤 中的优势微 生 物趋 向单一化 ，从 而 降低 了脱 氢 酶 的活性 。 研 究 表 明 ，多 酚 氧 化 酶 和土 壤 中酚 的含 量 有 一 定 的关 系 ，在石 油 烃 的微 生 物 降 解 过程 中 ，会 产 生 一 定量的酚类物质 ，因此可 以将多酚氧化酶作为石 油烃组分降解 的一个指标。从表 6可以看 出，在修 复 4 5 d时其活性最低 ，而在 7 0 d时其活性有所提 高，但均低于第 0 d时的活性 。这可能是 因为在污 染初期产生的酚类 物质较少 ，而污染物本身会显著 抑制多酚氧化酶活性 ，而在修 复的后期随着土壤 中 不断产生的酚类物质 的增加 ，促进 了微生物产生大 量的多酚氧化酶，从 而提高 了土壤 中多酚氧化酶的 活性 。 从表 7可以看出，经过 7 0 d的生物修复，土壤 的细菌数量和放线菌数量得到 了很大的提高 ，而真 菌数量却降低 了，说明在修复过程 中真菌受到 了抑 制 。细 菌在石 油烃 的生 物 降解 过 程 中起 着 关 键 的作 用，其数量要远大于放线菌和真菌 ，但在第 4 5 d时 细菌的数量发生了降低 ，这可能是因为在修复的过 程 中土壤微生物群落结构多样性降低 ，土壤中原来 的优势菌群得到了弱化 ，而降解石油烃 的优势菌群 大量 生长 ，因此在 竞争过程 中微 生物群 落结构很 不稳 定 ，在 数量上发 生了一定 的减少 ；当微 生物群 落结构 和功能趋 向稳定后 ，随着石油烃 降解代谢的正常进 行 ，细菌数量大大提高，达到了 1 ． 0 4 1 0 C F U／ g ， 这与多酚氧化酶活性 的变化趋势相似。 2 ． 2 ． 3 石 油烃 组分 的变化 对 实 验 1 4的第 0 、4 5和 7 0 d土 壤样 品 中 的石 油烃进 行 了 四组 分 分 离 和 饱 和 烃馏 分 C ～ C 。 的 模拟蒸馏 分析，结果如表 8 、图 l所示 。为 了更好 地分析降解前后组 分之 间的差异 ，对 3个饱 和烃组 分的色谱图进行量化 ，以各烷烃组分的峰 面积与样 品总峰 面积 的 比值 作 为 烷 烃 的相 对 含 量 ，以 P r 姥 鲛烷 2 ，6 ，1 0 ，1 4 一 四 甲基 十 五 烷 、P h 植 烷 2 ， 6 ，1 0 ，1 4 - 四甲基十六烷 这 2种生物降解评估 中常 用 的标 志物作为评价 因子 ，考察 P r ／ P h 、P r ／ n C 、 P h ／ n C 。 的变化 ，结 果列 于表 9 。 表 8污染土壤生物修复前后石油 烃四组分含量的变化及各 自降解率 Tab l e 8 The c ha n g e o f f ou r c ompo ne n t s of p e t r o