菌糠强化微生物降解石油污染土壤修复研究

由图 12 可以看出，不同修复方式下微生物降解 石油烃符合一级反应动力学模型。各组反应速率常 数 k 为 0.0273,0.0243,0.0137 和 0.0016/d，实验组分别 是CK组的17.06,15.18,8.56倍，反应速率大幅度提高，并明显缩短生物修复周期。其中，菌糠固定化微生物 组修复效果最好，这是细菌-真菌-酶体系共同作用 的结果。细菌对简单烃类的降解速度快，而对结构复 杂的石油烃降解较为缓慢[25]，而真菌能够分泌多种胞外酶促进分子量高、难降解物质的分解，减少其对 微生物的毒害作用。此外，利用真菌分泌的 P450 酶系 以及细菌分泌的胞内加氧酶二者代谢酶的互补性 优势，达到高效快速降解土壤中石油烃的目的。

利用主成分分析(PCA)深入了解石油烃降解率 与修复过程中环境因子(微生物数量、土壤呼吸强 度、酶活性等)之间的相关关系,为研究修复机理论 依据,实验结果如表 1、2 和图 14 所示. PCA各排序轴的特征值和累积解释量如表1所 示,第 1、2、3 轴的特征值分别为 6.558、1.299、0.143, 累积值为 100%,按照一般提取要求累积解释量达 85%,并且特征根>1 的原则,其中第 1、2 轴累积值为 98.214%(分别为 81.972%、16.242%),因此选择第 1、 2 轴作为主要成分分析,分别记为 PC1、PC2。

2.4 石油烃降解主成分分析

由图 13 可以看出，细菌、真菌数量、脱氢酶活 性以及土壤呼吸强度位于第 1 象限，其中细菌和真 菌数量差异体现在 PC2 上，而与脱氢酶活性以及土 壤呼吸强度差异性体现在 PC1 上。FDA 水解酶和锰过氧化物酶位于第 2 象限,漆酶位于第 3 象限,在 PC1、PC2 均有一定差异性.以上结果表明不同环境 因子指标对石油烃降解效果影响不相同。

由表 2 可 以得到 8 个因子与排序轴之间的相关系数，石油烃降解率与第 1 轴呈极显著正相关关系(P<0.01),而与 第 2 轴相关性不明显.此外,土壤呼吸强度、细菌、 真菌数量和锰过氧化物酶活性与第 1 排序轴呈显著 正相关(P<0.05),脱氢酶活性呈显著正相关(P<0.01),，而与漆酶、FDA 水解酶活性相关性不大。随着微生物数量以及土壤呼吸强度的增加，石 油烃降解率也相应提高,这是由于外源菌的加入包 括高效石油烃降解菌和菌糠中的真菌提高了土壤 微生物数量，对石油烃的去除有显著的促进作用,微 生物以石油烃为碳源,不同修复时间和方式，对其利 用率也存在差异性,利用程度越高,微生物代谢活动 增强,呼吸强度增加,也相应的提高石油烃降解率。脱 氢酶为石油烃中氢原子活化提供受氢体[26 27],可实 现石油烃的氧化转化，此外脱氢酶还可反应石油烃 生物降解活性进而用于评价降解性能，因此,脱氢酶 活性越高表明石油烃降解效果较好,具有显著正相 关关系,也进一步说明菌糠固定化微生物组修复效 果最佳。

2.5 菌糠固定化微生物强化修复石油烃污染土壤 的作用机理

土壤修复过程中虽无需考虑载体的回收问题，但随着修复时间延长，会成为土壤体系的一部分，因 此对载体材料营养物质及无毒无害特性的要求更 为严格[28]，选择菌糠作为固定化载体材料，采用吸附 法固定石油烃降解菌，制备所得固定化微生物既满 足了营养物质的需求，同时对土壤也无毒害作用. 与游离菌组相比,固定化微生物组能够通过表 面吸附和微孔填充两种作用机制[2]吸附、富集土壤 中石油烃,增加微生物对污染物的生物可利用性。此 外,固定化微生物能够疏松土壤，增强氧气的流动,改 善土壤环境,增加土壤肥力，为微生物提供一个有利 的缓冲体系,使得外源降解菌成为优势菌种,同时该 微环境也是对土著微生物的一个重要驯化场所,能 提高土著菌的菌密度和活性稳定性，进而达到生物 刺激与强化协同作用机制。综上所述，菌糠固定化微 生物修复石油污染土壤效果更好，建议采用该方式。

3 结论

3.1 从土壤菌落结构看，菌糠固定化微生物组在 28d 左右时土壤呼吸强度、细菌及真菌数量最高分 别为 41.95mg CO2/(kg⋅h),7.94×107 CFU/g 土,22.38×104 CFU/g 土，能长期使得外源降解菌为优势菌种，维 持较高微生物活性.。

3.2 修复 45d 后,菌糠固定化微生物组对石油烃的 降解效率最高,可达 63.05%,修复效果最好.比其他 多分别高出 11.84%,22.15%,54.09%，并能明显缩短 修复周期.因此,菌糠固定化微生物为最佳土壤修复 方式。

3.3 菌糠固定化微生物对石油污染土壤修复具有 生物强化和生物刺激协同作用机制.载体材料不仅 可为外源菌提供生存场所,还可吸附富集石油烃，协 同细菌-真菌达到强化修复的目的。