陆泗进，何立环，孙 聪，彭福利

(中国环境监测总站，北京100012)

加油站地下储藏罐 (underground storage tanks，USTs)泄漏引起土壤及地下水遭受柴油等油类污染物的污染是一个严重而普遍的环境问题。美国环保局对2001年9月以前的有关地下油罐污染状况的数据进行了统计，全美国已被确认的有渗 (泄)漏问题的地下油罐接近42万个［1］。到2003年仍有14万由于渗 (泄)漏造成污染的地点在等待清理整治［2］。中国的加油站渗 (泄)漏状况比美国要严重得多，虽然尚无这方面的系统调查工作，但已是一个不争的事实［3］。这些泄露的柴油等污染物，可轻易进入包气带土壤，进而渗入到地下水系统，污染地下水［4，5］。其具有致癌、致变、致畸等作用，并易于在生物体内富集，严重危及人类健康和影响生态平衡。

大量研究表明，在土壤油类污染净化的综合因素中，微生物降解起着重要作用，很多具有降解特性的菌株也陆续被分离出来。如何提高降解菌株在土壤中的数量和活性，最大程度促进降解，成为人们亟待解决的问题。但微生物降解污染物往往受到很多环境因素的影响，如在不同类型土壤中，菌株降解污染物能力可能都不尽相同，而且植物根系的生长以及分泌物都有可能对微生物的生长和降解造成一定的影响［6，7］。为此，本研究拟从加油站污染土壤中筛选出对柴油具较强降解能力的菌株，比较研究在存在植物 (苜蓿和芥菜)情况下，菌株在不同类型土壤中对柴油污染物降解情况。通过以上研究以期为将来进行加油站汽泄漏油污染现场修复提供理论参考和新的思路。

1 材料与方法

1.1 菌株的分离与鉴定

污染土壤样品取至已建站4a的北京市某加油站的储油罐附近 (2m深)。

采用富集培养的方法分离出一株对柴油具有较强降解能力的菌株Q18。结合形态特征以及生理生化特征分析，初步确定菌株 Q18为红球菌(Rhodococcus sp．)。

1.2 供试植物

本实验供试植物采用苜蓿和芥菜。将买至种子站的苜蓿和芥菜的种子放在4℃冰箱中，低温催化，放置7d后，种子采用10%H2O2浸泡10min，去离子水冲洗，然后用水浸泡催芽。苗床育苗，14d后，从苗床上挖取长势一致的幼苗，用蒸馏水洗净根系泥土，供栽培用。

实验采用250W照明金属卤化物灯为植物提供生长所需的光能，光强为4900μW/cm2，光照长度为12h/d。

1.3 柴油降解实验

采用温室土培的方式进行土壤柴油降解实验。按照实验设计 (表1)，将需要污染的土盆按5g/kg的油土比加入500mg柴油，充分混匀;然后向需要加入降解菌的土盆中加入25ml菌悬液;最后按照实验设计，从苗床上挖取长势一致的植物幼苗，用蒸馏水洗净根系泥土，移栽到土盆里。同时设空白对照试验。各实验均做3次重复。培养1d、2d、3d、4d和5d后，从土盆中三处不同部位分别取一定量土壤，充分混匀后，取5 g土样分别测定土壤中柴油含量。采用Schwab等的方法提取土壤中柴油［8］，含量测定采用紫外分光光度计法 (Varian Cary－50 Probe)。

表1 降解实验设计

考虑到柴油的挥发性，以及某些非生物降解损失，设计了2组空白实验 (表1)。第一组实验，作为整个实验的空白对照，土壤中除没有加入柴油、植物和菌株外，其余条件保持一致。第二组实验，土壤加入柴油污染，而无植物和菌株，即除不加菌株和植物外，其余条件保持一致，通过测定实验前后柴油含量的变化得到因挥发和非生物降解等原因减少的柴油量，然后在各实验结果中进行相应扣除即可消除柴油挥发、淋失及其它非生物降解等的影响。

为了得到菌株单独降解土壤中柴油污染物的能力，设计了第三组实验，即污染土壤，并加入菌株，但没有植物;为了考察菌株和植物复合系统降解柴油的能力，设计了第四组实验，即污染土壤，并加入菌株和植物。具体的降解实验设计见表1。

土培试验采用的土壤取至无油类污染场地，土样室温下风干后，过2mm的筛，然后将土样分2次在120℃下加热30min进行灭菌。土壤的基本性质见表2。

表2 土培降解实验土壤的基本性质

2 结果与讨论

2.1 砂壤土中的柴油降解

实验中的温度、pH和土壤含水量分别控制为30℃、6.0和30%。在此条件下，菌株和植物均生长良好。

菌株Q18以及菌株与植物苜蓿、芥菜的复合体系在砂壤土中，培养一定时间后，剩余柴油的浓度列于表3。

表3 降解后剩余柴油的浓度 (平均值±方差) (g/kg)

由表3可以看出，随时间的增加，土壤中残留的柴油浓度逐渐减少，即降解的柴油量逐渐增加。很容易计算出，菌株Q18、菌株Q18－苜蓿以及菌株Q18－芥菜复合体系5d内柴油总的降解率依次为46.28%、63.55%和69.18%。可见，菌株Q18对土壤中柴油污染物具有较强的降解能力，而且菌株Q18复合植物苜蓿和芥菜后，柴油降解率大大提高。其降解能力顺序为:菌株Q18－芥菜＞菌株Q18－苜蓿＞菌株Q18。

在不同的时间段内，柴油的降解率也很容易计算出，其结果见图1。由图1可以看出，在砂壤土中，随时间的增加，菌株Q18对柴油的降解率先依次增大后逐渐减少，在3d时降解率达到最大(9.50%)。这说明，菌株投入土壤后，可能需要一定的时间来适应土壤环境条件，随着对土壤环境的适应，菌株开始逐渐增殖、扩散，数量及活性增加，导致降解率提高，但随着菌株的成熟和衰老，菌株数量及活性又会下降，这样降解率也会逐渐降低。因此，曲线整体呈现钟形。菌株与植物的复合体系对柴油的降解率随时间的变化关系也与此基本类似。不过曲线上升更快，下降也更为平缓。这表明，植物苜蓿和芥菜的存在可能对菌株Q18的数量和活性有较大的影响。

另外，由图1也可以看出，在每个时间段菌株Q18和芥菜的复合体系对柴油的降解率都最大，其次为菌株Q18和苜蓿的复合体系，菌株Q18最小。这说明，不论芥菜还是苜蓿与菌株Q18复合，都能有效提高柴油的降解，且菌株Q18和芥菜的复合体系降解柴油能力更强。

在预备实验中，研究了植物芥菜和苜蓿单独对土壤中柴油的降解能力。实验结果表明，在本实验条件下，种植植物芥菜和苜蓿前后 (5d)，土壤中柴油的浓度基本没有变化，即植物芥菜和苜蓿对柴油可能基本没有降解能力。这说明，柴油主要还是被菌株Q18所降解，苜蓿和芥菜可能主要起到强化菌株Q18降解柴油的作用。菌株与植物复合体系之所以能提高降解率，主要原因可能是植物和菌株间的相互作用。可能由于植物的存在，提高了菌株Q18的数量和活性，强化了降解。由于植物芥菜和苜蓿都具有较为发达的根系，且能深入土壤，表面积也较大，在其生长过程中，根系疏松了土壤，使土壤更为通气，还可能分散了柴油。此外，根系的分泌物不仅能为菌株提供营养物质从而活化菌株，还可能与柴油螯合而活化柴油，促进了降解的发生。因此，植物的存在及根系的生长可能改变了土壤环境，使其更适宜菌株的生长和降解，在这些因素的综合作用下导致菌株Q18数量和活性的提高，促进了柴油污染物的降解。

2.2 砂土和粘土中柴油的降解

为了考察不同类型土壤对菌株降解柴油的影响，实验研究了在砂土和粘土中，菌株Q18及菌株植物复合体系对柴油的降解情况。实验条件均与上述实验一致。

菌株对柴油的降解率随时间的关系如图2和图3。

由图2、图3可以看出，在砂土和粘土中，柴油的降解率也是随时间增加先依次增大而后逐渐减少，在3d时降解率最大，降解能力大小顺序也是菌株Q18和植物的复合体系大于菌株Q18，这也与图1变化趋势基本类似。不过，曲线增长和下降幅度不尽相同，而且在砂土中，菌株Q18与苜蓿复合体降解柴油能力最强;在粘土中，则是菌株Q18与芥菜复合体降解柴油能力最强。这说明，不同的土壤类型对于菌株Q18及菌株植物复合体系降解柴油具有明显的影响，但不管在哪种类型土壤中，植物活化作用都是显著存在的。只是，植物强化菌株降解柴油的能力可能在不同类型土壤中并不相同。

表4列出了菌株Q18、菌株Q18与苜蓿已及菌株Q18与芥菜复合体系在3种不同类型土壤中5d内总的降解率。

表4 不同类型土壤中5d内柴油总降解率 (%)

由表4可以清楚看出，5d内，菌株Q18对柴油的降解率在砂壤土中最高，达到46.28%，其次为砂土，在粘土中降解率最低，大小顺序为砂壤土＞砂土＞粘土。菌株Q18与芥菜复合体系对柴油降解也表现出同样的规律，对柴油的降解率也是在砂壤土中最高 (69.17%)，然后依次为砂土，粘土。但是菌株Q18与苜蓿复合体系则不同，其对柴油的降解率是在砂土中最高，达到65．05%，其次为砂壤土，粘土中最低。可见，不同的土壤类型，对柴油的降解是有显著影响的，而且在不同类型的土壤中，植物苜蓿和芥菜强化菌株Q18降解柴油的能力也是不同的。在砂土中，苜蓿强化菌株Q18降解柴油的能力强于芥菜;在砂壤土和黏土中，芥菜强化菌株Q18降解柴油的能力强于苜蓿。由于苜蓿和芥菜生长的差异，根际环境也不同，因此可能是植物不同的生长特性导致了苜蓿和芥菜活化菌株Q18的差异，造成了降解柴油的能力的差异。

另外，在粘土中，菌株以及菌株植物的复合体系对柴油降解率普遍都低于在砂土和砂壤土中的降解率。原因可能是由于砂土及砂壤土具有良好的孔隙度，通透性好，表面积也较大，适宜菌株和植物生长，而孔隙小、易板结的粘土环境可能并不适宜于菌株及植物的生长的缘故。

总体而言，在不同类型土壤中，植物苜蓿和芥菜都表现出很强的强化菌株降解柴油的能力。在本实验条件下，菌株Q18与芥菜复合体系在砂壤土中降解柴油能力最强，菌株Q18与苜蓿复合体在砂土中降解柴油能力次之。

总之，不同类型的土壤对柴油微生物降解的影响显著，这对于今后开展油污染土壤现场修复具有重要意义。同时，复合植物条件下的微生物降解也为污染土壤修复提供了新的思路。

3 结论

(1)菌株Q18对土壤中柴油具有较强的降解能力，而且植物苜蓿和芥菜都能显著强化菌株Q18对柴油的降解。

(2)不同的土壤类型，能影响菌株Q18对柴油的降解，菌株Q18对柴油的降解率在砂壤土中最高，达到46.28%，其次为砂土，在粘土中降解率最低。

(3)植物苜蓿和芥菜强化菌株Q18降解柴油的能力也受不同土壤类型的影响，在砂土中，苜蓿强化菌株Q18降解柴油的能力强于芥菜;而在砂壤土和粘土中，芥菜强化菌株Q18降解柴油的能力强于苜蓿。总体而言，菌株Q18与芥菜复合体在砂壤土中降解柴油能力最强，菌株Q18与苜蓿复合体在砂土中降解柴油能力次之。

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