土壤有機污染物生物修復技術研究進展

周際海，袁穎紅，朱志保，姚春陽，張谷雨，高琪

1. 南昌工程學院生態與環境科學研究所，江西 南昌 330099；2. 常州大學環境與安全工程學院，江蘇 常州 213164

土壤有機污染物生物修復技術研究進展

周際海1*，袁穎紅1，朱志保2，姚春陽2，張谷雨2，高琪2

1. 南昌工程學院生態與環境科學研究所，江西 南昌 330099；2. 常州大學環境與安全工程學院，江蘇 常州 213164

現代農業的發展改變了自然界的原有狀況，為追求高產而大量使用的化肥、農藥導致土壤有機物污染日趨嚴重。此外，工業生產、石油開采、交通運輸、畜禽養殖及居民生活等也產生了大量有機污染物，使土壤有機物污染進一步加劇，土壤有機物污染的修復日益迫切。土壤污染修復是指通過物理的、化學的和生物的方法，吸收、降解、轉移和轉化土壤中的污染物，使污染物濃度降低到可以接受的水平，或將有毒有害的污染物轉化為無害物質的過程。包括污染土壤的物理修復技術、化學修復技術以及生物修復技術3種方式。在污染土壤修復技術中，生物修復技術因其安全、無二次污染及修復成本低等優點而受到越來越多的關注。因污染物修復主體的不同，有機污染物污染土壤生物修復技術可分為植物修復技術、動物修復技術、微生物修復技術及其聯合修復技術。污染土壤微生物修復技術是土壤污染生物修復的重要技術之一，是最具應用和發展前景的生物修復環保技術。文章重點闡述了國內外有機污染物污染土壤的生物修復技術及其原理、取得的研究進展及存在的優缺點，并對污染土壤的動物修復技術研究進行了初步展望，可為土壤有機污染物的生物修復研究提供參考。

土壤污染；有機污染物；生物修復；研究進展

土壤是人類賴以生存的主要自然資源，是人類農業生產活動的物質基礎之一，是難以再生的自然資源，其使用的好壞決定著農業生產的前景和人類文明的發展?，F代農業的出現改變了自然界原有狀況，為追求高產優質，導致水肥和化學農藥的大量使用，使土壤污染成為全球性的主要環境問題之一（駱永明等，2005；楊勇等，2012）。除此之外，在工業生產、石油開采、交通運輸、畜禽養殖及居民生活等工農業生產生活過程中也會排出大量有機污染物，如多環芳烴（PAHs）、多氯聯苯（PCBs）及抗生素（ATBs）等，使土壤污染進一步加?。⊿ong等，2013；高園園和周啟星，2013；李偉明等，2012；肖文丹等，2012；張杏麗和周啟星，2013；鄒威等，2014）。因此，開展污染土壤修復活動，促進土壤的保護和可持續利用，對實現社會經濟可持續發展具有重要作用和意義。本文就目前國內外土壤污染的生物修復技術及機理進行了詳細綜述，并對污染土壤的動物修復技術研究進行了初步展望。

1 土壤污染的修復

土壤污染修復的研究起始于20世紀70年代后期，在過去的近 40年時間里，歐、美、日、澳等國制定了大量的土壤污染修復計劃，投資研制了很多土壤污染修復相關的技術及設備，積累了大量污染現場修復技術及工程應用經驗，成立了眾多的土壤污染修復公司與組織，使土壤污染修復技術研究與應用得到了快速發展。我國的土壤污染修復技術研究起步較晚，直到“十五”期間才受到足夠重視，并列入國家高技術研究發展計劃領域（駱永明，2008），研究水平與應用經驗同美、英、德、荷等國有很大差距。為了順應土壤保護和土壤環境科學發展的需求，國家自然科學基金委員會等國家相關部委有計劃地設置了一些土壤污染修復研究計劃與專題，極大地促進與帶動了國內土壤污染控制與土壤污染修復技術的研發。此間，以土壤污染修復為主題的國內系列學術活動也為我國土壤污染修復技術的研發起到了很好的引領與推動作用，土壤污染修復理論與技術成為土壤科學、環境科學研究的新內容（駱永明等，2005）。

土壤污染修復是指通過物理的、化學的和生物的方法，吸收、降解、轉移和轉化土壤中的污染物，使污染物濃度降低到可以接受的水平，或將有毒有害的污染物轉化為無害物質的過程（李方敏等，2012；劉娜等，2012；劉少卿等，2011；殷甫祥等，2011）。同物理修復和化學修復方法相比，生物修復具有可基本保持土壤理化性質、污染物降解徹底、處理費用較低和應用廣泛、不易產生二次污染、適應于大面積土壤污染的修復等特點。生物修復由于具有低耗、高效、環境安全及純生態過程等的顯著優點，成為土壤環境修復的最活躍的研究領域（Jayanthy等，2014；Mitton等，2012；Wise等，2000；李培軍等，2006）。根據土壤受污染的類型，可以將污染土壤的生物修復分為無機污染（如重金屬等）土壤和有機污染（如農藥、石油、抗生素等）土壤的生物修復兩大類。其中，有機污染土壤的生物修復是目前污染修復研究的熱點領域，本文重點介紹有機污染土壤生物修復的研究進展及相關修復機理。

2 有機污染土壤生物修復技術

生物修復技術（Bioremediation）的研究始于20世紀80年代中期，到20世紀90年代開始有了成功應用的實例（Wilson和Jones，1993）。廣義的土壤污染生物修復是指通過土壤生物（包括植物、動物及微生物單獨作用或聯合作用）吸收、降解和轉化土壤中的污染物，使土壤污染物含量降低或將有毒有害物質轉化為無害物質的過程（陳堅，2000；王翔等，2012）。生物修復分為微生物修復、植物修復和動物修復3種，并以微生物修復及植物修復的研究和應用最為廣泛。狹義的土壤污染生物修復特指微生物修復，即通過微生物將土壤有機污染物作為碳源和能源，將其分解為CO2和H2O或其他無害物質的過程（黃藝等，2009；張從和夏立江，2000）。

2.1 有機污染土壤的植物修復技術

2.1.1 土壤污染植物修復研究進展

自20世紀80年代問世以來，植物修復技術研究迅速發展（Arthur等，2005；Jayanthy等，2014；Mitton等，2012；李廷強等，2011；駱永明，1999）。植物修復（Phytoremediation）是指通過利用植物忍耐或超量吸收積累某種或某些化學元素的特性，或利用植物及其根際微生物將污染物降解轉化為無毒物質的功能，利用植物在生長過程中對環境中的某些污染物的吸收、降解、過濾和固定等特性來凈化環境污染的技術。包括利用植物積累/超積累功能的植物吸取修復（Ma等，2001；Whicker等，2004）、利用植物根系控制污染擴散及恢復生態功能的植物穩定修復（Mendez和Maier，2008）、利用植物代謝功能的植物降解修復（Newman和Reynolds，2004）、利用植物轉化功能的植物揮發修復（駱永明，1999）、利用植物根系吸附功能的植物過濾修復（駱永明，1999）等。能利用植物修復的污染物有重金屬、農藥、石油和持久性有機污染物、炸藥、放射性核素等（Ma等，2001；Sun等，2011；Whicker等，2004；Zhang等，2012），并形成了包括絡合誘導強化修復（Roy等，2005）、不同植物套作聯合修復、修復后植物處理處置的成套技術（駱永明，2008）以及納米-植物聯合修復技術（高園園和周啟星，2014）等。該技術的關鍵在于選擇具有高產及高去污能力的植物，弄清植物生長對土壤及其生態環境的適應性（Cunningham，1997；Jayanthy等，2014；Mitton等，2012；楊紅軍等，2012；張弛等，2012）。

2.1.2 有機污染土壤植物修復原理

在有機污染物的植物修復中，有機污染物的理化性質、環境條件、植物種類等都影響著修復效果。植物對土壤有機污染物的修復原理有 3種（Hathaway，1989；Whicker等，2004；桑偉蓮和孔繁翔，1999）。

（1）植物對有機污染物的直接吸收分解與蒸騰作用：一般來講，植物從土壤中直接吸收有機污染物，將其代謝分解，并經過木質化作用使其成為植物的一部分，如木質素等，儲藏于植物細胞的不同位點；或通過礦化作用使其徹底分解為CO2和H2O；也可以利用植物的揮發作用去除土壤中有機污染物（Schnoor等，1995）；還有的可以通過植物葉子的蒸騰作用釋放到大氣中去。研究表明，污染物經根直接吸收取決于其在土壤中的濃度和植物的吸收率和蒸騰率，而蒸騰作用是決定植物修復中吸收速率的關系變量，它又與植物的種類、葉面積、養分、土壤水分和風力條件以及相對濕度有關。土壤中有機污染物的種類、濃度，植物種類、葉面積、根結構、土壤養分、水分、風力、相對濕度等均影響著土壤中有機污染物的直接吸收（桑偉蓮和孔繁翔，1999）。

（2）植物根系分泌物（包括一些酶類）到土壤中，加速土壤的生化反應，促進有機污染物的修復：植物根系能分泌一些營養物質，如糖類、醇、蛋白質等，供土壤微生物生存；植物根系還能分泌一些特殊的化學物質，如有機酸等，可以改變土壤的pH等，從而有利于污染物的分解。研究表明，根系（根須）發達的植物能促進根際微生物對除草劑等有機污染物的吸附、降解，植物根系釋放到土壤中的酶也可以直接降解有機污染物。此外，植物死亡后釋放到環境中的酶也可繼續發揮分解作用。已有科研工作者利用植物根系中的硝基還原酶對含硝基的有機污染物進行降解的報道（Macek等，2000），相似的研究也發現了植物根系中的脫鹵素酶和漆酶，可被用來降解含氯有機污染物。雖然植物酶在各種殺蟲劑等外來有機物在植物細胞內降解過程中起很重要的作用（Macek等，2000），但植物修復還是需要依靠整個植物系統來完成，植物的生長可以中和土壤 pH，吸著或螯合重金屬，酶被保護在植物體內或吸附在植物表面，不至于受到損傷，因而能較長時間保持降解土壤中有機污染物的活性。美國EPA實驗室從淡水沉積物中鑒定出來自植物的 5種可以分解相關有機污染物的酶：脫鹵酶、硝酸還原酶、過氧化物酶、漆酶和腈水解酶。因此，在篩選新的降解植物或研究有機污染物降解機理的時候需要關注這些酶系，并且注意發現新酶系。

（3）根際-微生物的聯合代謝作用：植物是一個有效的土壤污染處理系統，它同其根際微生物共同利用其生理代謝特性擔負著分解、富集和穩定污染物的作用。根際是植物根系直接影響的土壤范圍，是指在植物根系分泌的有機物作用下，與其 pH、EH、微生物等組成的一個特殊的微生物環境，根系分泌物與根際微生物間存在著復雜的相互關系。Moser等（1983）研究認為，植物每年釋放到土壤中的物質可達植物總光合作用產物的 10%～20%，它們與脫落的根冠細胞等一起為根際微生物提供重要的營養物質，促進了根際微生物的生長與繁殖。由于根系生長的穿插作用，使根際的通氣狀況、水分含量和溫度均比根際外的土壤更利于微生物的生長；另一方面，植物將大氣中的氧氣經葉、莖輸送到根系中，擴散到根際周圍缺氧的土壤中，形成了富氧的微環境，刺激好氧微生物的活性和生長繁殖（程樹培，1994）。研究表明，植物根際土壤微生物明顯比非根際土壤中的微生物活性、數量和種類多，一般提高約10倍，有的高達100倍，其中假單孢菌屬（Pseudomonas sp.）、黃桿菌屬（Flavobacterium sp.）、產堿菌屬（Alcaligenes sp.）和土壤桿菌屬（Agrobacterium sp.）的根際效應非常明顯（Anderson等，1993）。研究發現，植物根際是一個能降解土壤中污染物的生物活躍區，根際可以加速許多農藥以及三氯乙烯的降解（Henner等，1997）。研究者還針對植物宿主的正確選擇、必要的植根方式和有關的微生物群落進行了綜合研究，發現植物根際-微生物系統的相互促進作用將是提高污染土壤植物修復能力的一個活躍領域（Anderson和Walton，1992）。植物根系分泌物在增強根際微生物活性的同時，微生物的活動也促進了根系分泌物的釋放，兩者相互作用共同加速了根際有機污染物的降解，植物根際微生物的降解作用被認為是植物修復土壤有機污染物的主要途徑（Afzal等，2011；Glick，2010；Liu等，2014）。

污染土壤的植物修復與其他修復技術相比，有著許多優點，如成本低、對環境影響小、能使地表長期穩定，清除土壤污染的同時可清除污染土壤周圍的大氣和水體中的污染物，這樣有利于改善生態環境（唐世榮等，1996）。但由于該技術仍處于起步階段，在理論體系、修復機理及技術上還有待進一步研究（Bauddh等，2012；Hou等，2013；Liu等，2011；楊衛東等，2014），包括對植物的生理特性、栽培特性、遺傳學及分子生物學特性進行研究，以篩選能超量積累污染物的植物并改善植物吸收性能；對植物分解、富集和穩定化污染物的機制展開研究，確定污染物在植物體系中的遷移轉化規律以及植物-微生物體系的作用規律等。此外，利用基因工程技術，構建高效去除污染物的植物，是目前研究的熱點之一。

2.2 有機污染土壤的微生物修復技術

微生物是土壤生態系統的重要生命體，它不僅可以指示污染土壤的生態系統穩定性，而且還有巨大的潛在的環境污染修復功能。微生物能以有機污染物為唯一碳源和能源或與其他有機物進行共代謝而將其降解。在此基礎上，便出現了污染土壤的微生物修復理論及技術。微生物修復是指利用天然存在的或所培養的功能微生物（主要有土著微生物、外來微生物和基因工程菌），在人為優化的適宜條件下，促進微生物代謝功能，從而達到降低有毒污染物活性或將其降解成無毒物質而達到修復受污染環境的技術。

通常一種微生物能降解多種有機污染物，如假單胞桿菌可降解DDT、艾氏劑、毒殺酚和敵敵畏等。此外，微生物可通過改變土壤的理化性質而降低有機污染物的有效性，從而間接起到修復污染土壤的目的。在我國，已構建了有機污染物高效降解菌篩選技術、微生物修復劑制備技術和有機污染物殘留微生物降解田間應用技術（陳志丹等，2012；顧平等，2010；花莉等，2013；駱永明，2008；彭素芬等，2010；錢林波等，2012；周際海等，2013）。如：劉憲華等（2003）用假單胞菌AEBL3降解土壤呋喃丹，結果表明，未加菌土壤呋喃丹在0～7 cm土層中質量分數已達90 mg·kg-1，加菌土壤呋喃丹質量分數為4.8 mg·kg-1，后者降解率達96.4%。如今，微生物修復有機污染物研究已進入基因水平，可以利用基因重組、構建基因工程菌來提高微生物降解有機污染物的能力。如：蔣建東等（2005）通過同源重組法構建多功能農藥降解基因工程菌，在相同條件下，工程菌CD-mps和CDS-2mpd在1～24 h內便可迅速降解甲基對硫磷（MP），呋喃丹也可在30 h內完全降解。

2.2.1 微生物修復研究的發展趨勢

目前，微生物處理土壤污染的研究主要集中在以下幾方面：

（1）高效降解菌株的篩選和基因工程菌的研發。土著微生物雖然在土壤中廣泛存在，但由于其生長較慢，代謝活性不高，或者由于污染物的存在造成土著微生物的數量下降，致使降解污染物的能力降低，因此往往需要在污染土壤中接種降解污染物的高效菌，以縮短修復時間。研究表明在實驗室條件下，30 ℃時每g土壤接種106個五氯酚（PCP）降解菌，使PCP的半衰期從2周降低到1 d（Wilson和Jones，1993）。為了增加對某些特定有機污染物的降解，利用分子生物學、基因工程等新理論與技術分離和選育高效降解菌及酶系，并提高它們對污染物的降解能力，是目前強化土壤微生物修復效果的研究熱點。近年來，利用基因工程手段研究和構建高效基因工程菌，可將多種降解基因轉入同一微生物中，使其獲得廣譜的降解能力。具體技術包括降解性質粒DNA的體外重組、組建帶有多個質粒的新菌株和原生質體融合等。例如，將甲苯降解基因轉移給其他微生物，使受體微生物也能降解甲苯，這比簡單地接種特定的微生物要有效得多。

（2）降解菌定殖的強化技術。土壤中的氮、磷都是微生物生長的重要營養元素，適當添加營養物是促進降解菌盡快定殖，并將污染物完全降解的主要措施（易紹金和馬文臣，2006）。但要達到良好的降解效果，在添加營養鹽之前，要確定營養鹽的添加形式、合適的濃度及比例。目前常用的營養鹽的種類很多，如正磷酸鹽或聚磷酸鹽、銨鹽、尿素及釀造酵母廢液等。雖然在理論上可以估算 N、P的需要量，但有些污染物的降解速度太慢，而且不同地點N、P的可利用性變動很大，實際值與計算值會有較大的偏差。目前，有些外國公司針對特定的環境已經開發出一些強化生物修復的肥料，如用石蠟包埋正磷酸鹽或尿素，該配方的營養物易溶于油相，可以緩慢釋放，處理土壤石油類污染物效果顯著。

2.2.2 微生物降解土壤有機污染物的主要反應類型

土壤有機污染物可在微生物的直接作用下或在共代謝作用下分解為低毒或無毒產物，也可利用微生物分泌的酶（胞內酶和胞外酶）的作用對有機污染物進行分解等。大部分有機污染物可被土壤微生物降解、轉化，降低其毒性或完全無害化。有機污染物被微生物降解主要依靠兩種方式：（1）利用微生物分泌的胞外酶降解；（2）污染物被微生物吸收到細胞內，由胞內酶降解。吸收污染物的方式主要有被動擴散、促進擴散、主動運輸、基團轉位及胞飲作用等。污染物的微生物降解可以歸結為如下主要反應類型。

（1）氧化作用：①醇氧化，如醋化醋桿菌（Acetobacter aceti）將乙醇氧化為乙酸，氧化節桿菌（Arthrobacter oxydans）可將丙二醇氧化為乳酸；②醛氧化，如銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）將乙醛氧化為乙酸；③甲基氧化，如銅綠假單胞菌將甲苯氧化為安息香酸；④氧化去烷基化：如微生物對有機磷殺蟲劑的氧化；⑤硫醚氧化：如微生物對三硫磷、撲草凈等的氧化；⑥過氧化：如艾氏劑和七氯可通過過氧化被微生物降解；⑦苯環羥基化：2,4-D和苯甲酸等化合物可通過苯環羥基化被微生物分解；⑧芳環裂解：在微生物作用下將苯酚系列化合物進行環裂解；⑨雜環裂解：五元環（雜環農藥）和六元環（吡啶類）化合物可在微生物作用下裂解；⑩環氧化：如環戊二烯類殺蟲劑的脫鹵、水解、還原及羥基化作用，是微生物降解的主要機制，等等。

（2）還原作用：①乙烯基還原，如大腸桿菌（Escherichia coliform）將延胡索酸還原為琥珀酸；②醇還原，如丙酸梭菌（Clostridium propionicum）將乳酸還原為丙酸；③芳環羥基化，在厭氧條件下微生物可將甲苯酸鹽羥基化；還有醌類還原，雙鍵、三鍵還原作用，等等。

（3）基團轉移作用：①脫羧作用，如戊糖丙酸桿菌（Propionibacterium pentosaceum）可使琥珀酸等羧酸脫羧為丙酸；②脫鹵作用，如氯代芳烴、農藥、五氯酚等有機污染物可通過該途徑被微生物降解；③脫烴作用，某些有烴基連接在氮、氧或硫原子上的農藥通過該反應被微生物降解；還有脫氫鹵及脫水反應等。

（4）水解作用：主要是酯類、胺類、磷酸酯以及鹵代烴等通過微生物作用的水解類型。

（5）其他反應類型：如氨化、乙?；?、酯化、縮合、雙鍵斷裂及鹵原子移動等。

2.2.3 典型有機污染物的微生物轉化與降解機理

（1）氯代芳香族污染物的微生物轉化及降解機理。研究認為，土壤中存在大量能降解氯代芳香族污染物的微生物，它們對氯代芳香族污染物的降解途徑主要有兩種：即好氧降解和厭氧降解（沈德中，2002）。其中脫氯作用是氯代芳香族有機污染物生物降解的關鍵過程，好氧微生物可通過雙加氧酶或單加氧酶作用使苯環羥基化，形成氯代兒茶酚，然后進行鄰位、間位開環，脫氯；也可先在水解酶作用下脫氯后開環，最終礦化（Mars等，1999；Xun和Webster，2004；徐向陽等，2004）。氯代芳香族污染物的厭氧生物降解主要是依靠微生物的還原脫氯作用，逐步形成低氯代中間產物或被礦化生成CO2+CH4的過程。一般情況下，高氯代芳香族有機物還原脫氯較容易，而低氯代芳香族有機物厭氧降解較難。研究表明，氯代芳香族污染物的厭氧微生物降解具有很大的應用潛力，已成為有機污染土壤環境修復的研究熱點，美國EPA也已提出將有機污染物厭氧生物降解作為生物修復行動計劃的優先領域（Adrian等，2000；Bunge等，2003；Fennell等，2004；Holliger等，1998；Mars等，1999；Sun等，2000）。

（2）多環芳烴（PAHs）的微生物轉化與降解機理。微生物對PAHs的降解有兩種方式：一種是微生物在生長過程中以PAHs為唯一的碳源和能源生長而將PAHs降解。一般情況下，微生物對PAHs的降解都需要 O2的參與，在加氧酶的作用下使苯環裂解（侯梅芳等，2014）。其中，真菌主要利用單加氧酶，先進行PAHs的羥基化，把一個氧原子加到PAHs上，形成環氧化合物，接著水解生成反式二醇和酚類（Barbosa等，1996）；而細菌則一般通過雙加氧酶，把兩個氧原子加到苯環上形成雙氧乙烷，再形成雙氧乙醇，接著脫氫產生酚類。不同的途徑產生不同的中間產物，其中鄰苯二酚是最普遍的，這些中間代謝產物可經過相似的途徑進行降解：苯環斷裂→丁二酸→反丁烯二酸→丙酮酸→乙酸或乙醛（Cerniglia，1992），且都能被微生物吸收利用，最終產生CO2和H2O。另外一種是微生物通過共代謝作用降解PAHs（即PAHs與其他有機物共氧化），在共代謝過程中，微生物分泌胞外酶降解共代謝底物維持自身生長，同時也降解一些非微生物生長必需的物質（如PAHs）。劉世亮等（2004）比較研究了鄰苯二甲酸、琥珀酸鈉作為共代謝底物時B[a]P的降解情況，結果表明，琥珀酸鈉加強了B[a]P的共代謝作用，促進了B[a]P的降解，該途徑在PAHs污染土壤修復中具有很大的應用價值。

2.3 有機污染土壤的動物修復技術

動物修復是指利用土壤動物的直接作用（如吸收、轉化和分解）或間接作用（如改善土壤理化性質、提高土壤肥力、促進植物和微生物的生長）而修復土壤污染的過程。土壤中的一些大型土壤動物，如蚯蚓和某些鼠類，能吸收或富集土壤中的殘留有機污染物，并通過其自身的代謝作用，把部分有機污染物分解為低毒或無毒產物（丁哲利等，2014）。動物對某種污染物的積累及代謝符合一級動力學，某種有機污染物經動物體內的代謝，有一定的半衰期，一般經過 5～6個半衰期后，動物積累有機污染物達到極限值，意味著動物對土壤中有機污染物的去除作用已完成。此外，土壤中還存在著大量的小型動物群，如線蟲綱、彈尾類、稗螨屬、蜈蚣目、蜘蛛目、土蜂科等，均對土壤中的有機污染物存在一定的吸收和富集作用，能促進土壤中有機污染物的去除（Zhou等，2011，2012，2013）。

2.4 有機污染土壤的生物聯合修復技術——微生物/動物-植物聯合修復技術

結合使用兩種或兩種以上修復方法，形成聯合修復技術，不僅能提高單一土壤污染的修復速度和效果，還能克服單項技術的不足，實現對多種污染物形成的土壤復合/混合污染的修復，已成為研究土壤污染修復技術的重要內容。微生物（如細菌、真菌）-植物、動物（如蚯蚓）-植物、動物（如線蟲）-微生物聯合修復是土壤生物修復技術研究的新內容（Barrutia等，2011；Hickman和Reid，2008；Zhang等，2012；Zhuang等，2007；Zhou等，2011；潘聲旺等，2010；滕應等，2008；徐莉等，2008）。研究表明，種植紫花苜?？梢源蠓冉档屯寥乐卸嗦嚷摫綕舛龋ㄐ炖虻龋?008）；根瘤菌和菌根真菌雙接種能強化紫花苜蓿對多氯聯苯的修復作用（滕應等，2008）；接種食細菌線蟲可以促進污染土壤撲草凈的生物降解（Zhou等，2011，2012，2013）。利用能促進植物生長的根際細菌（Zhuang等，2007）或真菌，發展植物-降解菌群協同修復、動物-微生物協同修復（Contreras-Ramos等，2008；Hickman和 Reid，2008；Zhou等，2011）及其根際強化技術，促進有機污染物的吸收、代謝及降解是生物修復技術新的研究方向。

3 生物修復技術的優點與局限性

生物修復技術具有廣闊的應用前景，有明顯的優點，但也有其局限性，只有同物理和化學處理方法結合起來形成綜合處理技術，才能更好、更有效地修復土壤污染。

（1）生物修復的優點。生物修復是目前國際上公認的最安全的方法，具有如下優點：①高效性。有機污染物在自然界各種因素（如光解、水解等）作用下會降解，但速度相對緩慢，而生物修復的作用就是可以加速其降解，因而具有高效性的特點；②安全性。多數情況下，生物修復是自然作用過程的強化，生成的最終產物是CO2、水和脂肪酸等，不會導致二次污染或污染物的轉移，能將污染物徹底去除，使土壤的破壞和污染物的暴露降低到最小程度；③成本低。生物修復是所有修復技術中費用最低的，其成本約為焚燒處理的1/3～1/4；④應用范圍廣。生物修復能同時修復土壤和地下水的污染，特別是在其他技術難以應用的場地，如建筑物或公路下，利用生物修復技術也能順利進行。

（2）生物修復的局限。有機污染物的生物修復起步較晚，目前還存在如下不足：①受污染物種類和濃度的限制。某些生物只能降解特定的污染物，也就是說，一種生物不能降解所有種類的污染物，一旦污染物的種類、存在狀態或濃度等發生變化，生物修復能力便不能正常發揮，有機污染物濃度過高會抑制生物的活性，使生物降解無法正常進行；②受環境條件制約。溫度、濕度、pH及營養狀況也影響生物的生存，從而影響生物降解。環境因子對生物降解的影響很大，這也正是當前生物修復在實驗室研究較多，而實際應用較少的原因之一。③負作用。生物修復過程中使用的微生物可能會使地下水污染，也可能會引起植物病害，繁殖過量時會堵塞土壤的毛細孔，影響植物對土壤水分的吸收等；被降解的污染物生成的代謝產物的可能毒性、遷移性及生物可利用性等可能會加強，從而造成新的污染。

4 總結

近幾十年來，土壤污染生物修復，特別是微生物修復和植物修復已經有了長足的發展，但動物修復土壤污染的研究相對很少。自20世紀50年代土壤動物學，尤其是70年代土壤動物生態學形成后，人們逐步認識到土壤動物是陸地或土壤生態系統中不可缺少的重要生物組成成分，在土壤有機質分解、養分循環和土壤肥力保持中起著重要的作用（Puiter等，1993；Sulkava等，1996）。土壤動物除了對土壤的直接影響外，主要是通過與微生物的相互作用參與有機質的分解和養分的礦化過程，進而影響養分在土壤-植物系統中的循環及植物生產力（Coleman，1986；Edqards和Stinner，1988；Lavelle，1994；胡鋒和吳珊眉，1992）。其中，微型土壤動物（主要是線蟲和原生動物）與微生物的相互作用在這些生態過程中的作用尤為突出（Bonkowski等，2000；Griffiths，1994；Ingham等，1985），目前食微線蟲在有機質分解、養分循環和能量轉化等生態學過程以及土壤肥力形成和保持方面已經有了廣泛深入的研究（Ferris等，1998；Griffith，1994；Li和Hu，2001；胡鋒等，1999），但關于食微線蟲在土壤污染修復中的作用卻少有研究（Zhou等，2011，2012，2013）。鑒于食微線蟲，特別是食細菌線蟲的生態功能以及與微生物強烈的相互作用，今后可進一步深入研究土壤線蟲特別是食細菌線蟲在土壤污染修復過程中的作用。

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打退了鬼子的第二輪進攻，渾身是血的夏國忠命令各排檢查統計傷亡情況。統計上來的結果讓夏國忠非常痛心。這一仗，他們犧牲了一個排長，被飛機和大炮炸死炸傷了二十多名戰士，和鬼子拼殺戰死了二十多名戰士。還有十幾個戰士活不見人，死不見尸，估計是在轟炸時被活埋在了泥土里?，F在，他的連隊還剩下七十多人，差不多損失了三分之一。

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A Review on Bioremediation Technologies of Organic Pollutants Contaminated Soils

ZHOU Jihai1*, YUAN Yinghong1, ZHU Zhibao2, YAO Chunyang2, ZHANG Guyu2, GAO Qi2
1. Research Institute of Ecology & Environmental Sciences, Nanchang Institute of Technology, Nanchang 330099, China; 2. School of Environmental & Safety Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164, China

The original conditions of natural environment were constantly altered by the emergence and development of modern agriculture. In the pursuit of high yield and high quality of agriculture, the conditions of organic pollutants contaminated soils have become increasingly worsening due to water, fertilizer and chemical pesticides used in great quantities. In addition, a large number of organic pollutants produced from industrial production, oil mining, transportation, livestock farming and living, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), polychlorinated biphenyls (PCBs) and Antibiotics (ATBs), worsen soil organic matter pollution, thus making remediation of organic pollutants contaminated soils a pressing issue. The remediation of contaminated soils is a qualitative process in which pollutant concentration is reduced to an acceptable level, or poisonous and harmful pollutants transformed into innoxious substances through absorption, degradation, transfer and transformation in soils using physical, chemical or biological methods. It includes physical remediation technology, chemical remediation technology and bioremediation technology. Among all kinds of soil remediation techniques, bioremediation is receiving more and more attention because of its safety and low cost. Besides, it won’t cause secondary pollution. The bioremediation of organic pollutants contaminated soils consists of phytoremediation technologies, soil fauna remediation technologies and microbial remediation technologies. The microbial bioremediation as an important component of the bioremediation of contaminated soils, boasts the most value in development and application in biological environmental protection. This paper systematically introduces the bioremediation technologies of organic pollutants contaminated soils at home and abroad in terms of their principles, the research progresses, the advantages and limitations. In the meantime, we cast a brief look into the prospects of the research of soil fauna remediation in future. Hopefully, it will provide

for research on bioremediation of organic pollutants contaminated soils

contaminated soils; organic pollutants; bioremediation; research progresses

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.02.025

X53

A

1674-5906（2015）02-0343-09

周際海，袁穎紅，朱志保，姚春陽，張谷雨，高琪. 土壤有機污染物生物修復技術研究進展[J]. 生態環境學報, 2015, 24(2): 343-351.

ZHOU Jihai, YUAN Yinghong, ZHU Zhibao, YAO Chunyang, ZHANG Guyu, GAO Qi. A Review on Bioremediation Technologies of Organic Pollutants Contaminated Soils [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(2): 343-351.

國家自然科學基金項目（31460149）；土壤與農業可持續發展國家重點實驗室開放基金項目（0812201236）；黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室開放基金項目（K318009902-1414；K318009902-1320）；常州市基礎研究計劃項目（CJ20120026）

周際海（1973年生），男，博士，主要從事環境污染修復研究。E-mail: zhoujihai2006@163.com *通信作者

2014-11-22