全 文 ：表面活性剂 TW280 对土壤中多环芳烃生物
降解的影响 3
宋玉芳 3 3 　孙铁珩　许华夏　(中国科学院沈阳应用生态所 ,沈阳 110015)
【摘要】　以表面活性剂 TW280 为供试物 ,进行了为期 150d 的实验研究 ,并分别在 30、60 和 150d 间隔采样监测
PAHs降解率. 结果表明 , 30d 后 ,土壤中 PAHs 的降解率达 90 % ,比对照提高约 30 %. 60d 后 ,浓度为 10000mg·
kg - 1表面活性剂的土壤和对照中 , PAHs 降解率从 65. 1 %和 60 %迅速提高到 93. 8 %和 79. 2 %. 其它处理中 ,
PAHs的平均降解率仅比 30d 的结果提高 4 %. 150d 后 ,所有处理中 PAHs 的降解率均达到 90 %以上. 可以认
为 ,表面活性剂能提高 PAHs 的生物可利用性 ,加快 PAHs 的降解速率 ,从而减少污染暴露时间. 但表面活性剂
浓度过高可抑制微生物活性. 研究还发现 , TW280 土壤中含有优势真菌. 经鉴定为常见青霉、蠕形青霉、淡紫青
霉和顶孢头孢霉. 它们是土壤 PAHs 迅速降解的动因.
关键词 　污染土壤 　多环芳烃 　表面活性剂 TW280 　降解率 　优势真菌
Effect of surfactant TW280 on biodegradation of PAHs in soil. Song Yufang , Sun Tieheng and Xu Huaxia ( Institute
of A pplied Ecology , Academia S inica , S henyang 110015) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,1999 ,10 (2) :230～232.
An experiment was conducted on the effect of surfactant TW280 on biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons
( PAHs) in soil for 150 days. Samples were collected in the intermittence of 30 , 60 and 150 days to monitor the degra2
dation rate of PAHs. The results indicate that after 30 days , the degradation rate reached 90 % , approximately 30 %
higher than that of control. After 60 days , the degradation rate with a concentration of TW280 at 1000mg·kg - 1 and
the control reached from 65. 1 % and 60. 0 % to 93. 8 % and 79. 2 % , respectively ; but the average degradation of
PAHs in other treatements increased only by 4 % , compared with results of 30 days. One hundred and fifty days later ,
the degradation rate in all treatments was over 90 %. It is suggested that surfactant can improve the bioavailability of
PAHs and speed up the degradation rate , therefore , reduce the exposure time of pollutants. But , surfactant at high
concentration can inhibit the activity of microbes. It was also found that the soil with surfactant TW280 contained
dominant fungi which were identified as Penicillium f reguentant , P. vermiculatum , P. lilacinum and
Cephalosporium acremonium , indicating that these fungi were the driving force for rapid degradation of PAHs in soil.
Key words 　Contaminated soil , Polycyclic aromatic hydrocarbons ( PAHs) , Surfactant TW280 , Degradation rate ,
Dominant fungi.
　　3 国家自然科学基金资助项目 (39470149) .
　　3 3 通讯联系人.
　　1998 - 10 - 06 收稿 ,1999 - 01 - 18 接受.
1 　引 　　言
　　多环芳烃 ( PAHs) 的生物降解取决于它们从固相
向液相的迁移率. 表面活性剂具有亲水和亲油基团 ,可
防止油水之间的相互排斥 ,并具有使其相互作用的功
能. 因此 ,可以增加疏水性物质在水相中的溶解度 , 增
加其生物可利用性 ,进而提高 PAHs 的降解速率. 目
前 ,这方面的研究较多[6～8 ] . TW280 是由失水山梨醇
油酸单质与环氧乙烷加合而成的非离子型表面活性
剂 ,具有很好的增溶和乳化作用 ,其毒性和临界胶束浓
度也较小. 是较为理想的降解促进剂. 本文通过室内模
拟实验 ,研究了 TW280 对石油污染土壤中多环芳烃生
物降解的影响和可能的促进作用 ,可望通过表面活性
剂的增溶性质增加 PAHs 的生物可利用性 ,从而有可
能达到快速修复污染土壤的目的.
2 　材料与方法
2. 1 　供试化学品
2. 1 . 1 重柴油 　表面活性剂2TW280 和多环芳烃混合标准
品[3 ] .
2. 1 . 2 供试土壤 　采自中国科学院沈阳生态站 0～20cm 表层
草甸棕壤.
2. 2 　方法与实验
2. 2 . 1 土壤中多环芳烃分析 　取 1g 经研磨过 1mm 筛土壤于
25ml 玻璃离心管中 ,加入 20ml 二氯甲烷提取液于超声水浴中
超声提取 ,将提取液离心分离并转移到凯氏瓶中 ,氮气吹干至
1ml ,经硅胶柱净化处理 ,收集的洗脱液再以氮气吹干 ,甲醇定
容 ,高效液相色谱 ( HPLC)测定[2 ] .
2. 2 . 2 实验设计 　取 1000g 过 2mm 筛的表层土壤 ,加入 70g 柴
应 用 生 态 学 报 　1999 年 4 月 　第 10 卷 　第 2 期 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Apr. 1999 ,10 (2)∶230～232
油 ,混匀 ,放置过夜 ,分装于插有玻璃管的 50ml 烧杯中 ,加入
TW280 ,使其浓度在 0、300、500、1000、5000 和 10000mg·kg - 1 .
然后用滴管加水至含水量 25 % ,烧杯用医用白纱布盖好 ,放入
温度为 30 ℃的事先经过杀菌 (25 %高锰酸钾甲醛液) 处理的恒
温培养箱中培养 ,每天定期观测水分含量 ,并加以补充 ,保持含
水量在一定范围内. 另将同一污染浓度的土壤中 ,加入 0. 5 %的
二氯化汞水溶液 ,含水量调节至 25 % ,在 30 ℃恒温培养做灭菌
对照 ,并与样品同时进行水分定期观测和补充 ,保持一定含水
量.
2. 2 . 3 优势真菌纯化 　菌种采自模拟实验加有 Tween280 的培
养杯中. 培养菌种所用培养基为普通真菌培养基2察培克琼脂
培养基. 菌种鉴定按文献[1 ] .
3 　结果与讨论
3 . 1 　培养 30d 后土壤中 PAHs 降解率
　　由表 1 可见 ,以重柴油为供试污染物 ,定性检出多
环芳烃组分 8 种 ,总浓度 541. 9mg·kg - 1 ,约占重柴油
总量的 0. 8 %. 在培养 30d 后 ,投加 TW280 的 5 个处理
中 ,多环芳烃总降解率在 65. 1 %～93. 1 %之间 ,均明
显高于对照降解率 60 %. 这表明 TW280 具有增加多
环芳烃生物可利用性 ,提高其降解率的作用. 但总体
上 ,这种作用仅体现在一定浓度范围内 ,当 TW280 浓
度过高时 ,降解率与 TW280 浓度呈负相关关系. 例如 ,
当处理土壤中 TW280 的浓度为 300～1000mg·kg - 1
时 ,多环芳烃的降解率随 TW280 浓度的提高而增加.
很显然 , TW280 的存在不但解除了 PAHs 对土壤微生
物活性的抑制 ,同时还增加了多环芳烃的生物可利用
性 ,其结果是降解率提高. 当 TW280 的浓度从 5000～
10000mg·kg - 1时 ,多环芳烃的降解率随 TW280 浓度
的提高而下降 ,在 10000mg·kg - 1时 ,出现降解率最低
值 65 % ,说明尽管 TW280 的毒性作用相对较小 ,但含
量过高对土壤 PAHs 的降解仍有抑制作用. 而且 ,从表
1 可见 ,其抑制作用主要表现在对菲、芴和苊稀降解的
抑制. 由于这几个组分占 PAHs 总量的比重相对较大 ,
其结果导致多环芳烃总降解率降低. 作为区别微生物
对土壤中多环芳烃降解作用 ,进行了灭菌对照实验. 由
表 1 可见 ,灭菌对照中多环芳烃降解率仅为 29. 7 %.
考虑到实验过程中染菌的可能性 ,这一结果可能偏高.
但它仍可表明生物降解是多环芳烃去除的重要过程.
对不同分子结构的多环芳烃污染物来说 ,生物降解的
贡献不同. 例如 ,对萘而言 ,生物降解的作用甚微 ,而对
表 1 　培养 30d后土壤中 PAHs( mg·kg - 1)
Table 1 PAHs in soil after 30 days incubation
处　理
Treatment
NAP AC/ FLU PHE AN PY B(a) A/ CHY PAHs 总量
Total PAHs
降解率
Degradation rate ( %)
C0 (0) 37. 2 106. 4 303. 8 15. 2 33. 1 19. 2 514. 9
CK0 (0) nd 57. 8 124. 6 6. 7 12. 4 4. 5 206. 0 60. 0
C1 (300) nd 22. 7 57. 7 2. 7 7. 0 2. 3 92. 4 92. 1
C2 (500) nd 15. 4 40. 8 2. 0 6. 4 1. 9 66. 5 87. 1
C3 (1000) nd 16. 4 3. 2 2. 1 9. 3 4. 7 35. 7 93. 1
C4 (5000) nd 19. 4 47. 2 3. 1 8. 5 2. 1 80. 3 84. 4
C5 (10000) nd 43. 7 122. 3 1. 4 8. 9 3. 4 179. 7 65. 1
灭菌 Sterilized 6. 3 52. 7 247. 9 15. 2 20. 7 19. 2 362. 0 29. 73 C0 为实验初始值 ,nd :未检出 No detectable. NAP :萘 ,AC - FLU :苊稀/ 芴 ,PHE :菲 ,AN :蒽 ,FA :萤蒽 ,PY:芘 ,B (a) A/ CHY:苯 (a) 蒽/ 艹屈 . 下同 The
same below.
3 环以上的多环芳烃污染物 ,生物降解作用明显.
3 . 2 　培养 60d 后土壤中 PAHs 降解率
　　由表 2 可见 ,与 30d 培养结果相比 ,土壤中 PAHs
的量均有减少 ,投加 TW280 的土壤中 PAHs 的平均降
解率仅提高 4 % ,但是 TW280 浓度为 10000mg·kg - 1
的土壤 C5 和未加表面活性剂的对照土壤 C0 ,其降解
率分别从 65. 1 %和 60 %迅速提高到93. 8 %和79. 2 %.
对土壤 C5 来说 ,这一结果表明 ,过多施加表面活性剂
对微生物活性的抑制作用是短时间的 ,超过这一时间
后 ,微生物活性又迅速得以恢复 ,甚至增强 ,其结果导
致 PAHs 的降解率显著提高. 对土壤 C0 来说 ,同样存
在 PAHs 对微生物活性产生抑制和短期恢复的问题 ,
由于没有表面活性剂的参与 ,其恢复强度相对较弱. 这
与 Domsch 等研究农药对微生物活性抑制作用的结果
十分吻合[4 ,5 ] . Domsch 等研究表明 ,微生物活性受抑
制的时间为 20～30d ,在这之后 ,微生物能迅速恢复原
状 ,行使原有功能 ,其数量往往显著增加. 由表 2 可 ,见
苯 (a)蒽/ 艹屈含量明显增高 ,降解率出现负值. 这说明降
解过程的复杂性. 事实上 ,从分析所得的色谱图可发现
在实验之初尚未检出的物质 ,而作为待测物 ,仅苯 (a)
蒽/ 艹屈含量明显增加.
3 . 3 　培养 150d 后土壤中 PAHs 的降解率
　　由表 3 可知 , 150d 后 , PAHs 的总降解率均在
97 %以上. 比 60d 的结果平均提高 5. 3 % ,比 30d 的结
果平均提高 9. 3 %. 与对照相比 ,加入 TW280 的土壤
中 ,PAHs 降解效率更高一点 ,说明 TW280 对增加
PAHs 的生物可利用性有作用. 由表 1～3 可见 , TW2
8 0最主要的作用是表现在实验初期 ,由于 TW280的
1322 期 　　　　　　　　　　　　宋玉芳等 :表面活性剂 TW280 对土壤中多环芳烃生物降解的影响 　　　　　　　　　
表 2 　培养 60d后土壤中 PAHs( mg·kg - 1)
Table 2 PAHs in soil after 60 days incubation
处　理
Treatment
NAP AC/ FLU PHE AN FA PY B(a) A/ CHY PAHs 总量
Total PAHs
降解率
Degradation rate ( %)
C0 (0) 37. 2 106. 4 303. 8 15. 2 nd 33. 1 19. 2 514. 9
CK0 (0) nd 20. 3 67. 3 5. 68 5. 82 3. 27 4. 82 107. 2 79. 2
C1 (300) nd 5. 62 10. 61 3. 21 nd 1. 98 5. 77 27. 2 94. 7
C2 (500) nd 4. 36 10. 01 3. 29 nd 1. 27 5. 83 24. 8 95. 2
C3 (1000) nd 4. 31 6. 93 3. 19 nd 0. 75 6. 41 21. 6 95. 8
C4 (5000) nd 13. 55 33. 61 4. 52 nd 2. 52 6. 51 60. 7 88. 2
C5 (10000) nd 7. 11 12. 41 3. 54 nd 0. 91 7. 82 31. 8 93. 8
表 3 　培养 150d后土壤中 PAHs( m·kg - 1)
Table 3 PAHs in soil after 150 days incubation
处　理
Treatment
NAP AC/ FLU PHE AN FA PY B(a) A/ CHY PAHs 总量
Total PAHs
降解率
Degradation rate ( %)
C0 (0) 37. 2 106. 4 303. 8 15. 2 nd 33. 1 19. 2 514. 9
CK0 (0) nd 3. 52 3. 57 0. 79 1. 11 1. 52 0. 80 11. 31 97. 8
C1 (300) nd 2. 1 1. 38 0. 56 1. 55 1. 06 0. 60 7. 27 98. 6
C2 (500) 0. 01 5. 02 2. 39 0. 81 1. 21 0. 86 0. 40 10. 75 97. 9
C3 (1000) nd 1. 65 1. 03 0. 49 1. 11 0. 93 0. 4 5. 61 99. 0
C4 (5000) nd 4. 94 3. 74 1. 08 1. 61 1. 19 0. 65 13. 21 99. 7
C5 (10000) 0. 02 2. 43 1. 57 0. 63 1. 66 1. 43 0. 53 8. 27 98. 4
增溶作用 ,显著加快了污染物在土壤中的降解速率. 这
一点对土壤清洁技术的实际应用具有借鉴意义. 而且
从实验结果可知 ,当 TW280 在土壤中的含量达到
5000mg·kg - 1时 ,其本身对土壤微生物有抑制作用 ,在
此浓度之下 ,为促进作用. 从实际应用的角度 , TW280
的浓度应控制在 300mg·kg - 1以下. 由表 3 还可发现 ,
新增加一种化合物萤蒽. 由于土壤复合污染的特点 ,本
实验无法回答哪些物质对这一过程起作用. 但继苯 (a)
蒽/ 艹屈含量明显增加后 ,萤蒽生成的事实再一次反映
了土壤污染清洁的复杂性 ,石油和多环芳烃类污染物
在土壤环境中的持久性. 这说明某一污染物降解过程
的完成 ,很可能是另一些污染物生成的开始 ,完全降解
和完全去除需要较长的时间过程. 加速这一过程尤其
需要科学合理调控.
3 . 4 　优势菌的分离与分析
　　实验中发现 ,凡是投加 TW280 的土壤中 ,其表面
和土壤空隙中布满了微生物菌落. 这表明 TW280 与微
生物旺盛繁殖有关 ,也与 PAHs 的快速降解有关. 为
此 ,进行了优势菌的纯化与鉴定. 经分菌鉴定为常见青
霉 ( Penicilli um f reguentant ) 、蠕形青霉 ( Penicilli um
verm iculat um) 、淡紫青霉 ( Penicilli um lilaci num ) 和
顶孢头孢霉 ( Cehalospori um acremoni um ) 4 种真菌. 根
据各菌群在不同处理土壤中所占比例进行优势比较
(表 4) . 从排列情况看 ,土壤中 TW280 浓度不同 ,真菌
优势度有所不同. 在低浓度 TW280 土壤中 ,常见青霉
是主要微生物类群 . 当土壤中TW280浓度增加时 ,淡
紫青霉为主要微生物菌群. 常见青霉退居次要位置. 当
TW280浓度增加到10000mg·kg - 1时 ,顶孢头孢霉成
为主要真菌菌群. 微生物群落随 TW280 浓度的变化关
表 4 　不同浓度 TW280 土壤中真菌优势分布趋势
Table 4 Distribution of dominant fungi in soil at different concentration of
t ween280
TW280
(300mg·
kg - 1)
TW280
(500mg·
kg - 1)
TW280
(1000mg·
kg - 1)
TW280
(5000mg·
kg - 1)
TW280
(10000mg·
kg - 1)
1 3 1 2 4
2 1 2 1 1
3 2
4 4
1.常见青霉 Penicilli um f reguentant , 2 . 淡紫青霉 Penicilli um lilac2
i num ,3 . 蠕形青霉 Penicilli um vermiculat um ,4 . 顶孢头孢霉 Cehalospo2
rium acremonium .
系 ,表现了不同种微生物菌群对逆境土壤环境的竞争2
适应关系. TW280 本身的增溶作用 ,以及对优势菌生
长的这种促进关系 ,能加快土壤污染物的去除.
参考文献
1 　中国科学院微生物研究所. 1978. 常见与常用真菌. 北京 :科学出版
社. 190～215.
2 　宋玉芳、区自清、孙铁珩等. 1995. 土壤、植物样品中多环芳烃
( PAHs)分析方法的研究. 应用生态学报 , 6 (1) :92～96.
3 　孙铁珩、宋玉芳、许华夏等. 1998. 污染土壤中多环芳烃生物降解
的调控研究. 应用生态学报 ,9 (6) :640～644.
4 　Domsch , K. H. et al . 1993. An ecological concept for the assessment
of side - effects of agrochemicals on soil microorganisms. Residue Re2
views , 86 :65～105.
5 　Domsch , K. H. et al . 1994. Simulation and experimental analysis of
the influence of herbicides on soil nitrification. A rch. Microbiol . ,
97 : 283～301.
6 　Edwards , D. A. , Luthy , R. G. et al . 1991. Solubilization of poly2
cyclic aromatic hydrocarbons in micellar nonionic surfactants solutions.
Envi ron. Sci . Technol . , 25 :127～133.
7 　Tiehm , A. 1994. Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in
the presence of synthetic surfactants. A ppl . Envi ron. Microbio. ,
60 (1) :258～263.
8 　Volkering , F. , Breure , A. M. et al . 1995. Influence of nonionic
surfactants on bioavailability and biodegradation of polycyclic aromatic
hydrocarbons. A ppl . Envi ron. Microbiol . , 61 (5) :1699～1705.
作者简介 　宋玉芳 ,女 ,44 岁 ,副研究员 ,在职博士. 主要从事陆
地生态系统污染生态学研究 , 发表论文 10 余篇. E2mail :
HTPP :/ / WWW. HO T. MAIL . COM/ songyufang
232 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷