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摘要：本文选用低中高三种污染程度，研究原油污染对土壤微生物生态系统的影响，主要为受污染土壤中总石油烃的降解情况。
结果表明低原油含量的土壤，其微生物和非生物降解率高于高原油含量的土壤，在20天内降解率可以达到90%以上，而在高浓度污染时，50天内总降解率只能达到48%。
关键词：石油烃，土壤污染，微生物降解
中图分类号：Q938.1+3 文献标识码：A 文章编号：
绪论
石油是重要的能源，是现代工业的“血液”，现在世界石油的总产量每年近30亿吨多。然而石油的大量使用，也使得石油大量地进入环境，对生态环境和人类健康造成了潜在的危害。研究发现，石油污染将干扰污染区域生物群落的正常生理、生化活动，破坏化学信息联系，使生物的生长和繁殖受到严重损害。污染严重的区域，还会造成一些抗性弱的物种死亡，其生态系统的恢复需要十年以上的时间，进而危及人类的健康。
生物降解就是微生物新陈代谢的过程，即把有机污染物转化或矿化成低危害或无危害的物质，这些物质随后进入自然的生物地球化学循环。生物降解的程度受多种因素的影响，如营养、氧、pH、物质的结构组分及污染物的浓度和生物可利用性、物质的化学和物理性质及环境污染的过程等。与化学、物理方法相比，生物修复具有成本低，操作简单，处理效果好，对环境影响小，不产生二次污染等优点。
本文模拟被原油污染的生态系统，定量分析几个主要微生物指标，通过研究微生物的动态生长情况，来为受污染土壤的生物降解和修复提供理论基础和依据。
土壤与原油
1、土样
土壤取自赤峰路63号“设计创意工场”园区内，除去砂砾和植物残留，经风干后碾碎，用孔径2mm的筛子筛选后保存备用。
2、石油烃
石油为大庆油田脱水原油，为黑色粘稠液体，降解性实验中所使用的原油以正己烷为溶剂。
3、含油土壤的准备
将经风干，碾碎，并用孔径2mm的筛子筛选后的土样调节土壤含水量为25%。与石油烃按一定比例混合，混合后土样含油量分别为1000mg/kg干土，5000mg/kg干土，50000mg/kg干土。另取土样灭菌，最后在超净工作台使用同样的方法加入原油，使得浓度同上。置生化培养箱30℃恒温培养，定期加水维持土壤的含水量。
土壤中原油降解率的测定
1、标准曲线的绘制
配置100mL/L的标油：准确称量0.1g原油置于100mL容量瓶中，加入正己烷溶解并稀释至刻度线，得1g/L原油溶液。再用移液管准确移取10mL此溶液至100mL容量瓶中，正己烷定容，即可得到100mL/L的标油。
向10个10mL的比色管中分别加入0，0.4，0.8，1.6，2.0，2.5，3.0，4.0，5.0，6.0mL的100mL/L的标油，得到0，4，8，16，20，25，30，40，50，60mg/L的系列标油。在226nm波长下用石英比色皿，以正己烷为参比，测定吸光度。经空白校正后以吸光度-浓度做标准曲线。
2、原油降解率的测定
采用紫外分光光度法测定。称取5.0g土壤于碘量瓶，静置过夜。分两次加入正己烷各10mL，每次都需中速振荡30分钟以使其混合均匀，然后置于高速离心机离心15分钟。将上清液转移至25mL容量瓶中，将沉淀部分重复离心。收集两次振荡离心获得的上清液，使用正己烷定容，摇匀。采用分光光度法测定吸光度，通过标准曲线计算得到原油浓度。
3、实验结果和分析
（1）标准曲线
以测得的吸光度为纵坐标，标准油浓度为横坐标，绘制标准曲线。
图2-1原油降解率标准曲线
根据上图，可知线性相关系数R2=0.9990，吸光度A与浓度C的相关性方程为A=0.0161C+0.0004，整理得C=62.1118A-0.0248。
（2）总降解率的测定
不同浓度石油烃处理土样的总石油烃总降解率情况见下图：
图2-2不同浓度石油烃处理土壤样品的TPH总降解率
通过对总降解实验数据的考察，我们发现在低浓度（1000mg/kg）时，20天总降解率就能达到80%以上，到了第50天总降解率达到最高的96%。而对于中等浓度（5000mg/kg）和高浓度（50000mg/kg）则无法在实验限定的50天内达到90%以上的降解率，其中最高的降解率为高浓度50天的降解率，达48.1%。这表明含油浓度较低的土壤可以被较快和较有效的修复，含油浓度高的土壤则较难被修复。从三组不同浓度数据的总体趋势来看，随着土壤含油浓度的升高，降解效率逐渐降低，这可能是由于高浓度时原油对于细菌产生了毒副作用。同时考察同一浓度的降解率趋势，我们发现随着降解时间的延长，降解率会不断提高。
（3）非生物降解率的测定
不同浓度石油烃处理土样的总石油烃非生物降解率情况见下图：
图2-3不同浓度石油烃处理土壤样品的TPH非生物降解率
考察非生物降解率实验数据，我们发现同一浓度的降解率有着随降解时间的延长而提高的趋势，这可能是由于石油烃的挥发和自然降解等非生物因素造成的。在低浓度（1000mg/kg）时，40天的非生物降解率能够达到30%以上，到第50天降解率达到最高的31.7%，这也支持石油烃挥发和自然降解因素的观点。而对于中等浓度（5000mg/kg）和高浓度（50000mg/kg）则无法达到30%以上的降解率。这表明含油浓度较低的土壤，其非生物修复效果较好，含有浓度较高的土壤非生物修复效果较差。从三组不同浓度数据的总体趋势看，随着土壤含油浓度的升高，降解效率逐渐降低，这可能是由于非生物因素降解总石油烃的效果有限，是受污染物的绝对量的影响而非相对量。原油浓度较低时，其基数较小，非生物降解百分比相对就较大；而在原油浓度较高时，其基数较大，则非生物降解百分比就相对较小。
（4）生物降解率的计算
将上述两图对应部分相减（总降解率减去非生物降解率）即可得到生物降解率。不同浓度石油烃处理土样的总石油烃生物降解率情况见下图：
图2-4不同浓度石油烃处理土壤样品的TPH生物降解率
根据上图，生物降解率要明显高于非生物降解率，这说明微生物是石油烃降解的主要因素，其降解作用的好坏对石油烃的降解起主导作用。从三组不同浓度数据的总体趋势来看，和总降解率的情况是十分相似的，随着土壤含有浓度的升高，降解效率逐渐降低。但是这种趋势在低浓度（1000mg/kg）到中等浓度（5000mg/kg）的过程中不是十分明显，可能是由于在这个浓度区域内细菌活性受浓度的影响较小。而在高浓度区域（50000mg/kg）则出现了降解率的下降，可能是由于高浓度原油对微生物产生了毒副作用。在低浓度时，20天到50天的降解率维持在60%以上，而第50天的降解率达到最高的64.3%；而中等浓度只有40天和50天时降解率才能达到60%；高浓度（50000mg/kg）最高的降解率为50天时的降解率，为36%。
结论
通过研究不同浓度原油在50天内对土壤微生物生态系统的影响，发现生物降解、非生物降解和总降解率有着相似的变化趋势——随着浓度的升高降解率逐步下降，随时间的推移降解率逐步升高。总降解率最高可达96%，其中生物降解是主要贡献。生物降解率总体上较稳定，随浓度和时间的变化较平缓，且浓度达到一定污染程度时生物和非生物降解效果都欠佳。
以上结果表明，微生物修复受石油烃污染土壤具有降解效率高、生长速度快、达到最佳降解条件成本低等特点。因此，通过微生物方法修复和强化受石油烃污染土壤的应用前景是十分乐观的。
参考文献
[] 李丽，张丽平，张元亮. 石油烃类化合物降解菌的研究概况[J]. 微生物学通报，2001，28(5)：89~92.
[2] 李习武，刘志培. 石油烃类的微生物降解菌[J]. 微生物学通报，2002，42(6)：764~767.
[3] 张从，夏立江. 污染土壤生物修复技术[M]. 北京：中國环境科学出版社，2000，246~247.
[4] 李法云. 污染土壤生物修复技术研究[J]. 生态学杂志，2003，22(1)，35~39.
[5] 张旭，李广贺，黄巍. 石油烃污染土层生物修复模拟实验研究[J]. 清华大学学报(自然科学版)，2000，40(11)：106~108.
结果表明低原油含量的土壤，其微生物和非生物降解率高于高原油含量的土壤，在20天内降解率可以达到90%以上，而在高浓度污染时，50天内总降解率只能达到48%。
关键词：石油烃，土壤污染，微生物降解
中图分类号：Q938.1+3 文献标识码：A 文章编号：
绪论
石油是重要的能源，是现代工业的“血液”，现在世界石油的总产量每年近30亿吨多。然而石油的大量使用，也使得石油大量地进入环境，对生态环境和人类健康造成了潜在的危害。研究发现，石油污染将干扰污染区域生物群落的正常生理、生化活动，破坏化学信息联系，使生物的生长和繁殖受到严重损害。污染严重的区域，还会造成一些抗性弱的物种死亡，其生态系统的恢复需要十年以上的时间，进而危及人类的健康。
生物降解就是微生物新陈代谢的过程，即把有机污染物转化或矿化成低危害或无危害的物质，这些物质随后进入自然的生物地球化学循环。生物降解的程度受多种因素的影响，如营养、氧、pH、物质的结构组分及污染物的浓度和生物可利用性、物质的化学和物理性质及环境污染的过程等。与化学、物理方法相比，生物修复具有成本低，操作简单，处理效果好，对环境影响小，不产生二次污染等优点。
本文模拟被原油污染的生态系统，定量分析几个主要微生物指标，通过研究微生物的动态生长情况，来为受污染土壤的生物降解和修复提供理论基础和依据。
土壤与原油
1、土样
土壤取自赤峰路63号“设计创意工场”园区内，除去砂砾和植物残留，经风干后碾碎，用孔径2mm的筛子筛选后保存备用。
2、石油烃
石油为大庆油田脱水原油，为黑色粘稠液体，降解性实验中所使用的原油以正己烷为溶剂。
3、含油土壤的准备
将经风干，碾碎，并用孔径2mm的筛子筛选后的土样调节土壤含水量为25%。与石油烃按一定比例混合，混合后土样含油量分别为1000mg/kg干土，5000mg/kg干土，50000mg/kg干土。另取土样灭菌，最后在超净工作台使用同样的方法加入原油，使得浓度同上。置生化培养箱30℃恒温培养，定期加水维持土壤的含水量。
土壤中原油降解率的测定
1、标准曲线的绘制
配置100mL/L的标油：准确称量0.1g原油置于100mL容量瓶中，加入正己烷溶解并稀释至刻度线，得1g/L原油溶液。再用移液管准确移取10mL此溶液至100mL容量瓶中，正己烷定容，即可得到100mL/L的标油。
向10个10mL的比色管中分别加入0，0.4，0.8，1.6，2.0，2.5，3.0，4.0，5.0，6.0mL的100mL/L的标油，得到0，4，8，16，20，25，30，40，50，60mg/L的系列标油。在226nm波长下用石英比色皿，以正己烷为参比，测定吸光度。经空白校正后以吸光度-浓度做标准曲线。
2、原油降解率的测定
采用紫外分光光度法测定。称取5.0g土壤于碘量瓶，静置过夜。分两次加入正己烷各10mL，每次都需中速振荡30分钟以使其混合均匀，然后置于高速离心机离心15分钟。将上清液转移至25mL容量瓶中，将沉淀部分重复离心。收集两次振荡离心获得的上清液，使用正己烷定容，摇匀。采用分光光度法测定吸光度，通过标准曲线计算得到原油浓度。
3、实验结果和分析
（1）标准曲线
以测得的吸光度为纵坐标，标准油浓度为横坐标，绘制标准曲线。
图2-1原油降解率标准曲线
根据上图，可知线性相关系数R2=0.9990，吸光度A与浓度C的相关性方程为A=0.0161C+0.0004，整理得C=62.1118A-0.0248。
（2）总降解率的测定
不同浓度石油烃处理土样的总石油烃总降解率情况见下图：
图2-2不同浓度石油烃处理土壤样品的TPH总降解率
通过对总降解实验数据的考察，我们发现在低浓度（1000mg/kg）时，20天总降解率就能达到80%以上，到了第50天总降解率达到最高的96%。而对于中等浓度（5000mg/kg）和高浓度（50000mg/kg）则无法在实验限定的50天内达到90%以上的降解率，其中最高的降解率为高浓度50天的降解率，达48.1%。这表明含油浓度较低的土壤可以被较快和较有效的修复，含油浓度高的土壤则较难被修复。从三组不同浓度数据的总体趋势来看，随着土壤含油浓度的升高，降解效率逐渐降低，这可能是由于高浓度时原油对于细菌产生了毒副作用。同时考察同一浓度的降解率趋势，我们发现随着降解时间的延长，降解率会不断提高。
（3）非生物降解率的测定
不同浓度石油烃处理土样的总石油烃非生物降解率情况见下图：
图2-3不同浓度石油烃处理土壤样品的TPH非生物降解率
考察非生物降解率实验数据，我们发现同一浓度的降解率有着随降解时间的延长而提高的趋势，这可能是由于石油烃的挥发和自然降解等非生物因素造成的。在低浓度（1000mg/kg）时，40天的非生物降解率能够达到30%以上，到第50天降解率达到最高的31.7%，这也支持石油烃挥发和自然降解因素的观点。而对于中等浓度（5000mg/kg）和高浓度（50000mg/kg）则无法达到30%以上的降解率。这表明含油浓度较低的土壤，其非生物修复效果较好，含有浓度较高的土壤非生物修复效果较差。从三组不同浓度数据的总体趋势看，随着土壤含油浓度的升高，降解效率逐渐降低，这可能是由于非生物因素降解总石油烃的效果有限，是受污染物的绝对量的影响而非相对量。原油浓度较低时，其基数较小，非生物降解百分比相对就较大；而在原油浓度较高时，其基数较大，则非生物降解百分比就相对较小。
（4）生物降解率的计算
将上述两图对应部分相减（总降解率减去非生物降解率）即可得到生物降解率。不同浓度石油烃处理土样的总石油烃生物降解率情况见下图：
图2-4不同浓度石油烃处理土壤样品的TPH生物降解率
根据上图，生物降解率要明显高于非生物降解率，这说明微生物是石油烃降解的主要因素，其降解作用的好坏对石油烃的降解起主导作用。从三组不同浓度数据的总体趋势来看，和总降解率的情况是十分相似的，随着土壤含有浓度的升高，降解效率逐渐降低。但是这种趋势在低浓度（1000mg/kg）到中等浓度（5000mg/kg）的过程中不是十分明显，可能是由于在这个浓度区域内细菌活性受浓度的影响较小。而在高浓度区域（50000mg/kg）则出现了降解率的下降，可能是由于高浓度原油对微生物产生了毒副作用。在低浓度时，20天到50天的降解率维持在60%以上，而第50天的降解率达到最高的64.3%；而中等浓度只有40天和50天时降解率才能达到60%；高浓度（50000mg/kg）最高的降解率为50天时的降解率，为36%。
结论
通过研究不同浓度原油在50天内对土壤微生物生态系统的影响，发现生物降解、非生物降解和总降解率有着相似的变化趋势——随着浓度的升高降解率逐步下降，随时间的推移降解率逐步升高。总降解率最高可达96%，其中生物降解是主要贡献。生物降解率总体上较稳定，随浓度和时间的变化较平缓，且浓度达到一定污染程度时生物和非生物降解效果都欠佳。
以上结果表明，微生物修复受石油烃污染土壤具有降解效率高、生长速度快、达到最佳降解条件成本低等特点。因此，通过微生物方法修复和强化受石油烃污染土壤的应用前景是十分乐观的。
参考文献
[] 李丽，张丽平，张元亮. 石油烃类化合物降解菌的研究概况[J]. 微生物学通报，2001，28(5)：89~92.
[2] 李习武，刘志培. 石油烃类的微生物降解菌[J]. 微生物学通报，2002，42(6)：764~767.
[3] 张从，夏立江. 污染土壤生物修复技术[M]. 北京：中國环境科学出版社，2000，246~247.
[4] 李法云. 污染土壤生物修复技术研究[J]. 生态学杂志，2003，22(1)，35~39.
[5] 张旭，李广贺，黄巍. 石油烃污染土层生物修复模拟实验研究[J]. 清华大学学报(自然科学版)，2000，40(11)：106~108.