Fusarium sp. shz-2.27與山羊草聯合修復石油污染土壤的效果

摘要" 為探索真菌—植物聯合修復石油污染土壤的有效技術方案，選取山羊草（Aegilops Linn.）作為供試植株，與一株高效分解原油的絲狀真菌（Fusarium sp. shz-2.27）聯合接種不同質量油污濃度（0、0.9%和1.5%）的土壤樣品，通過測定植物生長量變化，檢測土壤樣品中石油烴的降解情況、土壤酶活力以及土壤理化性質，探究油污濃度、絲狀真菌以及植物根系對油污土壤修復效果的影響。結果表明，植物根系生長量方面，隨著土壤油污濃度的升高，植物的平均根長逐漸變短，說明油污濃度越高，對植物根系的生長抑制作用越強；石油降解率方面，植物與真菌聯合接種的土壤中石油烴的降解率在65.37%～78.67%，說明植物與真菌的聯合接種有效促進了土壤中石油污染物的去除；土壤酶活力方面，微生物—植物試驗組土壤中多酚氧化酶、脂肪酶、脲酶和脫氫酶4種酶表現出良好的活力水平；土壤理化性質方面，經微生物—植物試驗組修復的土壤理化性質亦表現良好，其中總氮含量0.047～0.103"g/kg，總糖含量0.299～1.412"mg/g，pH趨于中性，電導率高于植物組。以上結果表明，相較于單一修復技術，微生物—植物聯合修復技術的石油烴降解效果明顯提升，該技術在去除石油污染物的同時，能夠改良土壤性狀、促進植被恢復以及改善生態環境。鑒于高濃度油污可能對植物和微生物的生長和代謝存在抑制作用，因此，本研究提出的修復方法更適宜在中度污染的油污土壤環境中實施，為油污染土壤的生態修復提供參考。

關鍵詞" 原位修復；植物－微生物聯合修復；互生作用；石油污染土壤

中圖分類號" X53"""""" 文獻標識碼" A"""""" 文章編號" 1007-7731（2025）06-0072-06

DOI號" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.06.018

Effect of Fusarium sp. shz-2.27 combined with Aegilops Linn. in remediation of oil-contaminated soil

YANG Zhengmingze¹""" QU Lina^1，2""" WANG Meiqi¹""" ZHAN Han¹""" AN Jialan¹""" PENG Hanqing¹

（¹Daqing Normal University， Daqing 163111， China;

²Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Oilfield Applied Chemistry and Technology， Daqing 163400， China）

Abstract" To explore more effective technical solutions for the phytoremediation of oil-contaminated soil using fungi-plant associations， Aegilops Linn. was selected as the test plant and co-inoculated with a highly efficient crude oil-degrading filamentous fungus， Fusarium sp. shz-2.27， into soil with different oil contamination levels 0， 0.9%， and 1.5% （w/w）. By measuring changes in plant growth， detecting the degradation of petroleum hydrocarbons in the soil sample， soil enzyme activities， and soil physicochemical properties， the effects of oil contamination levels， filamentous fungi， and plant roots on the remediation of oil-contaminated soil were investigated. The results showed that in terms of plant root growth， as the oil contamination level in the soil increased， the average root length of the plants gradually shortened， indicating that higher oil contamination levels had a stronger inhibitory effect on plant root growth. In terms of petroleum degradation rate， the degradation rate of petroleum hydrocarbons in the soil co-inoculated with plants and fungi ranged from 65.37% to 78.67%， demonstrating that the co-inoculation of plants and fungi effectively promoted the removal of petroleum pollutants from the soil. In terms of soil enzyme activities， the activities of polyphenol oxidase， lipase， urease， and dehydrogenase in the soil of the microbe-plant treatment group showed good activity levels. In terms of soil physicochemical properties， the soil remediated by the microbe-plant treatment group also showed good physicochemical properties， with total nitrogen content ranged from 0.047 to 0.103 g/kg， total sugar content ranged from 0.299 to 1.412 mg/g， pH shifted towards neutral， and the electrical conductivity was higher than that of the plant group. These results indicate that compared to single remediation techniques， the microbe-plant combined remediation technique significantly improved petroleum degradation efficiency. This technique not only removes oil pollutants but also ameliorates soil properties， promotes vegetation recovery， and improves the ecological environment. Given that high concentrations of oil contamination may have inhibitory effects on the growth and metabolism of plants and microorganisms， the method proposed in this study is more suitable for implementation in moderately contaminated oil-soil environments， providing a reference for the ecological restoration of oil-contaminated soil.

Keywords" in situ remediation; plant-microbial combination remediation; interactivity; oil-contaminated soil

石油烴污染是石油化工區土壤和水體生態系統面臨的主要環境風險之一^[1]。石油是由碳（C）和氫（H）兩種元素構成的復雜混合物^[2]，其主要化學組分包括烷烴、環烷烴和芳香烴三大類有機化合物，以及銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）和磷（P）等元素^[3]。該復合污染物不僅能通過植物毒性效應抑制植物生長^[4-5]，還會改變土壤理化性質。例如，石油污染物進入環境后會導致氮（N）、P等營養元素的生物有效性降低，引起土壤C/N、C/P和N/P等關鍵化學計量比失調^[6]。石油烴的降解率與土壤中過氧化氫酶和酸性磷酸酶活性之間呈顯著正相關，這為通過調控土壤酶活性來提高石油烴污染修復效率提供了依據^[7]。植物根際效應使根際區域微生物豐度遠高于非根際區域^[8]，從而構建起污染物與植物根系間的微生物過渡屏障；此類微生物可與寄主植物形成菌根（真菌）或根瘤（細菌）等共生結構，其中具有改善土壤環境、促進植物生長或緩解環境脅迫等功能的微生物被定義為根際促生菌^[9]。在“功能菌—植物”聯合修復體系中，植物不僅能通過根系分泌物調節根際土壤理化環境，還可經由通氣組織為根際菌群輸送氧氣和光合產物^[10]。植物根際對污染物起到了固定作用，碳氫化合物（HCs）的降解主要通過植物根際附著的功能微生物完成^[11]。該聯合修復體系的修復效率與根際細菌的代謝活性密切相關^[4]。微生物強化植物修復的另一作用機制涉及植物激素調節，研究表明大多數根際促生菌具有產生吲哚乙酸（IAA）的能力^[12]，IAA可直接刺激植物根、莖和葉的發育；另有部分微生物通過產生細胞分裂素和ACC脫氨酶來調節植物乙烯代謝，從而增強植物抗逆性。研究顯示，芽孢桿菌（Bacillus sp.）作為根際菌，可促使甘藍幼苗分泌水楊酸和IAA，進而促進自身生長^[13]。根際微生物群落在植物生長、土壤肥力維持、碳固定和污染物降解等過程中發揮重要作用^[14]。在實踐應用中，微生物—植物聯合修復技術需根據污染物類別等來確定修復主體及機制。值得注意的是，微生物群落在高污染土壤中的適應性通常優于植物系統，而植物根際為微生物提供了必要的生存環境和代謝底物，二者形成協同修復體系。近年來，利用微生物—植物聯合修復污染土壤已初見成效。張金秋^[15]通過黑麥草、紫花苜蓿和高羊茅與高效石油降解菌的聯合修復試驗證實，紫花苜蓿—微生物體系的石油烴降解效率最高，修復效果最好。Guo等^[16]在溫室條件下開展了多環芳烴（PAHs）污染土壤的黑麥草修復試驗，結果表明，在黑麥草存在下，可通過細菌多樣性效應增強對PAHs的降解。本試驗采用微生物—植物聯合修復技術，探索高效的石油污染土壤生物修復技術體系。

1 材料與方法

1.1 供試材料

山羊草（Aegilops Linn.）種子購于黑龍江弗達拉種業有限公司；土壤樣品為黑龍江大慶市星火牧場未被植被覆蓋土壤（表土層5 ～ 10 cm）；Fusarium "sp. shz-2.27菌株（大慶油田油污土壤中分離的原油降解真菌）；原油由大慶市采油二廠提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 培養基準備及菌種活化 分別配制PDA固體培養基和液體培養基；從保藏的Fusarium sp. shz-2.27（QS2305）菌株中挑取菌絲并接入平板，28"℃培養4"d，挑取新生菌絲接種于液體培養基中，28"℃，120 r/min振蕩培養3"d，備用。

1.2.2 油污土壤配制 將土壤樣品自然風干后過2"mm篩網，裝入花盆中，每盆5"kg；取適量原油置于燒杯，沸水浴4"h，與石油醚配置成質量分數10%的石油母液備用；按質量比例（0、0.9%和1.5%）分別將石油母液（0、45和75"g）加入土壤中，攪拌均勻后放置2"d，待石油醚揮發后移入花盆。

1.2.3 種子處理 挑選健康狀況良好的山羊草種子，用蒸餾水清洗，于50"℃溫水中浸泡30"min消毒，再浸種24"h，去除種皮；待全部種子萌芽后移植到準備好的花盆中，覆土厚度約1"cm，澆透水。

1.2.4 真菌與植物接種 空白組：分別取油污質量比例（0、0.9%和1.5%）的土壤各3盆，不做處理，放置56 d。植物組，將種子均勻播種于盆土中，每盆約50粒，覆土厚1 cm；真菌組，挑取直徑2"cm的菌絲團，將菌液均勻倒入盆土中，覆土厚1"cm；植物+真菌組，先將菌液分別倒入盆土中，再每盆播種50粒草種，覆土厚1"cm；每個處理做3次重復，澆足水，每隔2～3"d澆透水一次，持續培養56"d。

1.2.5 植物根長與根重測定 挖出山羊草，去除根部泥土，并用蒸餾水沖洗根部，每組挑選出根長最長的10株進行測量，取平均值；將根部剪下，吸干水分，稱量鮮重，然后置于烘箱70"℃烘干至恒重，記錄干重。

1.2.6 石油烴降解率測定 取土樣10"g與30"mL石油醚混合后180 r/min振蕩30"min；3 000 r/min離心10"min，取上清液，于通風櫥內充分揮發，采用減重法測定土樣中石油烴的降解率。

1.2.7 土壤酶活力測定 將油污濃度0、0.9%和1.5%的土樣置于37"℃烘箱風干后過100目篩，按照Solarbio土壤酶活性檢測試劑盒使用說明書分別進行多酚氧化酶、脂肪酶、脲酶和脫氫酶的活力測定。

1.2.8 土壤理化性質測定 土壤pH采用pH計測定；土壤電導率采用電導率儀測定；土壤總氮含量測定采用凱氏定氮法^[17]；土壤總糖含量采用3，5-二硝基水楊酸法^[18]測定。

2 結果與分析

2.1 不同接種處理的植株生長量和石油烴降解率

通過對不同處理的山羊草根長和根重測量發現（圖1～2），山羊草在無油污土壤中的根長和根重均達到最高值，隨著土壤油污濃度升高，平均根長呈遞減趨勢；油污濃度越高主根長越短，而須根越發達。這一現象可能與植物的逆境適應機制和激素水平調節有關，推測這些激素可能促進了須根的生長。在根重測量中，油污濃度0.9%條件下的山羊草根重最低，而1.5%油污濃度條件下的須根生長茂盛，導致整體根重相比0.9%油污濃度條件下的山羊草根重有所增加。

如圖3所示，在山羊草與真菌混合接種的土壤中，石油烴的降解率最高。空白組也顯示出一定的降解率，推測除測量誤差外，與土壤中土著微生物的作用有關。在僅接種真菌的處理中，石油烴的降解率均超過了46%，并且隨著土壤油污濃度的升高，降解率呈緩慢上升趨勢；接種植物組的油污土壤中，降解率相較于真菌組高，且隨著濃度的提高降解率有所提高，說明山羊草對于高濃度的油污土壤較敏感；而同時接種真菌與山羊草組的處理中，整體降解率普遍高于單一接種的處理。值得注意的是，高濃度的油污可能對山羊草根系生長產生抑制效應，導致與真菌的協同作用在1.5%油污濃度下效果有所減弱。因此，在油污土壤修復技術的實際應用中，須綜合考量山羊草與真菌生長的適應性，以獲得更佳的油污去除效果。

2.2 不同接種處理的土壤樣品酶活力

2.2.1 多酚氧化酶 如圖4所示，植物+真菌組土樣中多酚氧化酶活力明顯高于空白組和單一處理組，在0.9%油污濃度時酶活力達1 012.580 U/g，說明真菌和山羊草聯合接種明顯提高了土壤中多酚氧化酶的活力；隨著油污濃度升高至1.5%，酶活力下降至833.840 U/g。這可能是高濃度的油污對山羊草的生長及生理活動產生了抑制效應。

2.2.2 脂肪酶 如圖5所示，植物組的脂肪酶活力呈下降趨勢，可能是油污濃度的上升對植物產生了抑制作用；在0.9%油污濃度條件下，真菌組土樣中脂肪酶活力達到最高值，為269.189 U/g，而油污濃度在1.5%時，其活力明顯降低，降幅約38%。相對地，山羊草+真菌組土壤中脂肪酶活力與真菌組相反，在1.5%油污濃度下酶活力略高于真菌組。這表明較高的油污濃度對單獨接種真菌的脂肪酶活力具有明顯的抑制作用，而在山羊草與真菌共同接種時，二者間的協同作用明顯增強了脂肪酶對油污環境的適應能力。

2.2.3 脲酶 由圖6可知，植物+真菌組的土樣中脲酶活力明顯高于空白組與單一處理組，在0.9%油污濃度時，其活力達264.088 U/g；油污濃度在1.5%時其活力有所下降。這可能是由于較高濃度的油污對山羊草的生長及生理活動產生抑制效應。

2.2.4 脫氫酶 如圖7所示，空白組和真菌組土壤中的脫氫酶活力均呈下降趨勢，且空白組的土樣中脫氫酶活力最低；在山羊草+真菌組土壤中，脫氫酶活力隨著油污濃度的升高而略有升高，在1.5%油污濃度時，達到14.893 U/g，相較于真菌組，山羊草與真菌共同接種明顯提高了土壤中脫氫酶活力對油污濃度的適應性。

以上4種土壤酶活力的測定分析結果表明，山羊草與真菌聯合接種的方式明顯提升了其對油污環境的適應性，推測其原因在于山羊草根部的分泌物為真菌提供了必要的營養和保護機制，而真菌緩解了山羊草所受脅迫，二者在油污土壤中形成互利互惠體系，進而促進了土壤中多種酶活力的提升。

2.3 不同接種處理土壤樣品的理化性質

對不同處理土壤樣品的總氮含量、總糖含量、pH以及電導率等理化指標進行檢測，結果如表1所示。

2.3.1 總氮 空白組的土壤總氮含量隨著油污濃度的升高呈降低趨勢，其可能與油污染使土壤中的原有氮素流失有關；真菌組的土壤總氮含量隨著油污濃度的升高而下降，這可能暗示油污濃度對真菌功能具有一定激活作用，從而促進了其新陳代謝；真菌+植物組的土壤總氮含量在0.9%油污濃度時達到最高值（0.103"g/kg），而在1.5%油污濃度時其含量下降至0.047"g/kg，這可能是由于油污濃度的提高對植物的生理活動產生了抑制效應；該抑制作用在植物組中也有所體現。盡管如此，該處理的土壤含氮水平仍高于其他兩組處理。

2.3.2 總糖 空白組和植物組的土壤總糖含量隨著油污濃度的增加呈下降趨勢，這可能是由于油污濃度的增加對植物的糖代謝產生一定的抑制作用；真菌組的土壤總糖含量呈先下降后上升趨勢，在1.5%油污濃度時其含量出現上升，推測較高濃度的油污土壤可能促進了真菌糖代謝功能的激活；真菌+植物組的土壤總糖含量在無油污染物條件下達到最高值，為1.412"mg/g，且在0.9%和1.5%油污濃度下，其總糖含量在相應濃度油污土壤中維持較高水平。

2.3.3 pH 空白組的土壤pH在無油污染條件下維持在中性水平，隨油污濃度的增加土壤pH明顯升高。接種真菌和山羊草的油污土壤pH均呈下降趨勢，推測是由于土壤中易降解的石油烴轉化為脂肪酸，脂肪酸在土壤中積累。相比單一處理，植物+真菌組處理的土壤pH更接近中性。

2.3.4 電導率 本試驗使用的是砂質風干土樣，土壤電導率可能偏低，但該偏差在可接受誤差范圍內。隨著油污濃度的升高土壤電導率略有降低。經56"d培養后，兩接種組的土壤電導率均有所上升。在相同油污濃度下，真菌組的土壤電導率更高，表明該處理土壤中離子物質提高更多，從而導致電導率提升更高。真菌+植物組的土壤電導率明顯高于植物組，這可能是由于真菌和山羊草聯合接種增加了植物的抗逆性，分解土壤中多環芳烴等有機化合物所導致。

綜上，山羊草與真菌聯合接種的方式在土壤理化性質改善方面展現出良好效果，對于提升土壤肥力、降解多環芳烴等有機化合物具有積極作用。在實際土壤修復實踐中，須考慮土壤油污濃度對山羊草生長的潛在抑制作用，以實現修復效果最大化。

3 結論與討論

本研究探究了山羊草與真菌對油污染土壤的修復效果，植物根系生長量測定結果表明，隨著土壤油污濃度的升高，植物的平均根長逐漸變短，說明油污濃度越高，對植物根系的生長抑制作用越強。石油降解率的測定結果表明，植物與真菌聯合接種的土壤中石油烴的降解率在65.37%～78.67%，說明植物與真菌的聯合接種有效促進了土壤中石油污染物的去除。張金秋^[15]在試驗中也得到了類似結論，利用紫花苜蓿、黑麥草與銅綠假單胞菌聯合接種對土壤中的石油污染物去除率明顯高于植物單一接種的去除率，去除率在62.6%～71.9%。土壤理化指標檢測發現，真菌與山羊草共同接種處理的土壤pH較接近中性，電導率值高于植物組，多酚氧化酶、脂肪酶、脲酶和脫氫酶的活力明顯高于單獨接種真菌的處理；土壤總糖和總氮含量方面，植物與真菌聯合接種的土壤中總糖與總氮含量均高于植物單獨培養，說明Fusarium sp. shz-2.27+植物聯合修復的方法明顯降低了油污土壤對于植物生長和生理活動的抑制作用，增強了植物的抗逆能力^[19]。以上結果均說明，在石油污染土壤的生物修復方法中，相比單獨采用植物和微生物修復技術，植物—微生物聯合修復技術作為一種更為有效且可行的綠色修復技術^[20]，在去除污染物的同時，能夠改良土壤性狀、促進植被恢復以及改善生態環境，展現出更為卓越的環境保護效果。本試驗針對石油污染對植物生長量變化、土壤理化性質、土壤酶活力等微生物—植物聯合修復關鍵問題進行研究，進一步驗證了微生物—植物聯合修復方法在改善石油污染土壤方面的顯著成效，為石油污染土壤生物修復技術的實踐應用提供參考。

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（責任編輯：何" 艷）

基金項目 黑龍江省自然科學基金聯合引導項目（LH2021C002）；黑龍江省大學生創新創業訓練計劃項目（202310235A032）。

作者簡介 楊正茗澤（2001—），男，黑龍江哈爾濱人，從事油污土壤微生物修復及基因表達調控研究。

通信作者 曲麗娜（1982—），女，黑龍江巴彥人，博士，副教授，從事油污土壤微生物修復及基因表達調控研究。

收稿日期 2024-10-26