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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2016, 32(3):68-72
石油是重要的工业原料，同时又是能源与燃料。
随着世界石油工业迅速发展，石油需求量大幅度增
加，使得开采面积不断扩大。在开采、运输、贮藏
及加工过程中，由于管道、储油罐等意外溢洒或泄
漏事故，导致石油排放到农田、海洋及地下水中使
环境遭受到污染，直接危害到人类生产与生活［1-3］。
石油污染已成为目前世界公害之一，每年全世界约
有 800 万 t 的石油进入环境，污染土壤、地下水、
河流和海洋［4］。石油对土壤的污染主要是破坏土壤
结构，影响土壤的通透性，损害植物根部，阻碍根
的呼吸与吸收，最终导致植物死亡。石油中的许多
成分，如苯、甲苯、乙苯、菲、苯并［a］芘等物质
毒性大，且有致癌、致突变等作用，而且能通过食
物链在动植物体内逐渐富集，进入食物链造成人体
损伤［5，6］，因此被美国环保局（EPA）列为优先控
制污染物范围。
20 世纪 80 年代以前，处理石油污染土壤的主
要方法是物理或化学方法，这些方法不仅成本高，
且后续处理比较困难［7-9］。20 世纪 80 年代以来，人
们将注意力转向生物法治理石油污染土壤，通过改
变生物外部生活环境和依照生物自身的遗传变异规
律提高石油降解速度和程度［10，11］。生物治理手段主
要包括生物刺激、生物强化、固定化微生物技术和
植物——微生物联用技术，因其具有成本低、效率高、
收稿日期 ：2015-06-16
基金项目 ：陕西省科技厅科技统筹创新工程项目（2011KTZB03-03-03-04），西安工程大学创新基金项目（chx131136）
作者简介 ：孙先锋，男，博士，副教授，硕士生导师，研究方向 ：城市污泥资源化利用及有机肥 ；E-mail ：351648915@qq.com
不同生物修复技术处理油污土壤的效果研究
孙先锋  杨波波  朱欣洁
（西安工程大学环境与化学工程学院，西安 710048）
摘 要 ： 为了探究生物修复技术对油污土壤的处理效果，研究采用生物刺激和生物强化修复技术研究在修复过程中石油烃
组分含量、表面张力、微生物数量、酶活性指标的变化。结果表明 ：生物刺激在降解饱和烃、降低土壤中溶液表面张力、增加微
生物数量、提高土壤酶活性方面优于生物强化，而生物强化则对于石油烃中难降解的芳香烃有很好的降解效果，两者各有优势。
关键词 ： 油污土壤 ；生物刺激 ；生物强化
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.03.011
On the Effect of Treating Petroleum-contaminated Soil by Different
Bioremediation Technologies
SUN Xian-feng YANG Bo-bo ZHU Xin-jie
（College of Environmental and Chemical Engineering，Xi’an Polytechnic University，Xi’an 710048）
Abstract: In order to explore the effect of bio-remedying petroleum-contaminated soil，the biological stimulation and biological
enhancement technologies were employed to study the changes of petroleum hydrocarbon component，surface tension，the quantity of
microorganism，and enzyme activity index in the remediation process. The results showed that biological stimulation was better than biological
enhancement in the degradation of saturated hydrocarbon，the reduction of the surface tension，increasing the quantity of microorganism，and
the improving enzyme activity ；while biological enhancement degraded refractory aromatic hydrocarbon better than biological stimulation，each
of them had its own advantages.
Key words: petroleum-contaminated soil ；biological stimulation ；biological enhancement
2016,32(3) 69孙先锋等：不同生物修复技术处理油污土壤的效果研究
消耗少、对环境影响小和无二次污染的优点，正逐
步成为石油污染土壤治理的热点领域［12］。本研究主
要从生物刺激和生活强化两方面对油污土壤的处理
效果进行比较与研究，以确定最佳的处理方案。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 供试含油土样 采自长庆油田安塞县招安镇
招 3-6 井场内部及周围土壤，土样取自表层以下
10-20 cm 处，属粉砂质黄土，土中含有少量 3-12
mm 的小砾石。土壤样品经风干后，剔除石块、杂草，
研碎过 40 目筛子备用。
1.1.2 氮磷钾复合肥 氮磷钾复合肥由陕西迪隆生
态科技有限公司提供，其中 N∶PK 比例为 8∶6∶5。
1.1.3 褐煤粉 褐煤粉由陕西迪隆生态科技有限公
司提供，其中腐殖酸含量在 50% 左右。
1.1.4 诺沃肥 诺沃肥购买于天津市经济技术开发
区诺维信（中国）生物技术有限公司。诺沃肥是诺
维信酶制剂公司在生产酶产品后，土豆面粉、玉米
淀粉等原材料的发酵残余液，经添加石灰沉淀、高
温灭菌和脱水处理而得，富含 N、P 等营养元素。
1.1.5 复合菌剂 复合菌剂由枯草芽孢杆菌（Bacillus
subtilis）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）
按照（V∶V=1∶1）混合后接入发酵罐中，发酵 48
h 后，将发酵液倒入已用 75% 的酒精消毒过的 25
L 的塑料桶中，再按比例添加 0.8 g NH4NO3 和 0.1 g
KH2PO4 复合而成，由西安工程大学实验室制备。
实验含油土样、褐煤粉、诺沃肥基本理化性质，
表 1 试验含油土样、褐煤粉、诺沃肥基本理化性质
名称 有机质 /（mg·kg-1） 有效氮 /（mg·kg-1） 有效磷 /（mg·kg-1） 有效钾 /（mg·kg-1） pH 值
含油土样 213.45 104.82 4.892 98.67 7.2
褐煤粉 556.76 391.34 11.85 136.97 4.7
诺沃肥 177.68 658.41 498.47 521.69 11.8
见表 1。
1.2 方法
1.2.1 实验设计 该试验装置由 0.3 m×0.25 m×1.2
m 的塑料垃圾桶改装所得，在塑料桶前后两侧按一
定间距各钻 5 个直径为 6 cm 的小孔（方便取样与测
量相关指标），在底部连接有鼓风机，适时进行鼓风。
实验共设为 3 个处理组 ：处理组 A（添加浓度为
2.5%，质量比为 1∶1 的褐煤粉—诺沃肥混合物，并
施加氮磷钾复合肥调节 C∶N 为 10∶1）；处理组 B
（添加浓度为 2.5% 的复合菌剂，并施加氮磷钾复合
肥调节 C∶N 为 10∶1）；对照组 CK（不做任何处
理）。实验周期为 60 d，每周翻堆一次，使土壤含水
率保持在 45% 左右，定期采用四分法取样测定各项
指标。
1.2.2 实验指标及测定方法
实验指标 ：石油烃组分含量、表面张力、微生
物数量、酶活性。
石油烃组分含量采用层析法分离，再使用重量
法测定各组分含量［13，14］；表面张力采用自动界面张
力仪（JYW-200A）测定土壤溶液表面张力［15］；土
壤中总异养菌数采用涂布平板分离培养，并用血球
计数法进行测定 ；土壤中石油烃降解菌数的测定采
用最大或然数法（MPN）进行［16，17］；土壤脱氢酶活
性采用 TTC 法测定，其大小用每克土样中生成三苯
基甲臜（TPF）量来表征 ；酯酶活性采用 4-硝基苯
丁酸酯的异丙醇溶液进行提取，后采用紫外分光光
度计测定，其大小用每克土样中生成的 4-硝基苯酚
（pNP）量表征［18］。
1.2.3 数据统计分析 所有数据采用 Excel 整理，
DPS 统计软件进行分析。
2 结果
2.1 修复过程中土壤TPH含量的变化
图 1 显示，3 组处理经过 60 d 的修复实验，土
壤中 TPH 含量均有不同程度的降低。对照 CK 开始
时 TPH 含量为 84.16 g/kg，实验结束时土壤中 TPH
含量下降至 74.60 g/kg，降解率仅为 11.36% ；处理
A 在修复过程中 TPH 含量由 82.59 g/kg 降至 47.65
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.370
g/kg，降解率高达 42.30% ；处理 B 土壤中 TPH 含
量由开始的 81.14 g/kg 下降到 51.28 g/kg，降解率为
36.80%。
2.2 修复后土壤中石油烃各组分累积降解率
表 2 显示，各处理对石油烃各组分的降解程度
排序为 ：饱和烃 > 芳香烃 > 极性物质和沥青质，说
明相比较芳香烃和极性物质，饱和烃更容易被生物
利用和降解。饱和烃的累积降解率最低的是对照 CK
处理，仅为 13.28%，采用生物刺激的处理 A 对饱和
烃的降解率显著高于 CK，高达 62.98%，而采用生
物强化的处理 B 对饱和烃的降解率为 61.22%，低于
处理 A。
表 2 修复后土壤中石油烃各组分累积降解率（%）
处理 饱和烃 芳香烃 极性物质和沥青质
A 62.98±0.42a 25.01±1.03b —
B 61.22±1.71ab 31.75±2.33a —
CK 13.28±1.08c 8.26±0.97c 1.03±0.18b
注 ：同行数据后标不同小写字母表示 5％差异性显著
2.3 修复过程中土壤溶液表面张力的变化
图 2 显示，各处理的土壤溶液的表面张力值趋
势基本一致，均表现为上下波动现象，无显著性差异。
处理 A、处理 B 和对照 CK 起始时表面张力值分别
为 68.33 mN/m、69.13 mN/m 和 66.78 mN/m，在修复
进行至第 30 天时，其表面张力值均有所下降，分别
为 63.97 mN/m、66.23 mN/m 和 64.69 mN/m。随着实
验的进行，至第 40 天时，3 组处理土壤溶液的表面
张力值表现出跳跃现象，随后逐渐降低至稳定。
2.4 修复过程中土壤微生物数量的变化
图 3 显示，在修复过程中，对照 CK 土壤中总
异养菌数和石油烃降解菌数变化不大，其数量级维
持在 4.5-6.0 之间。在修复前 40 d，处理组 A 和处
理组 B 中总异养菌数和石油烃降解菌数均呈现上升
趋势，处理组 A 总异养菌数数量级上升至 7.0 左右，
石油烃降解数量级达到 6.0 左右 ；处理组 B 总异养
菌数和石油烃降解菌数量级在 6.0 附近波动。在修
复 40 d 后，处理组 A 土壤中总异养菌数和石油烃降
解菌数下降趋势显著，下降高达两个数量级 ；处理
组 B 和对照 CK 则降低程度缓慢。
2.5 修复过程中土壤酶活性的变化
土壤酶活性作为衡量微生物活性的重要指标常
用在生物修复中，它可用来实时监测微生物对污染
物的代谢能力，进而对修复效果做出评价。图 4 显
示，在第 10 天时，处理 A 和处理 B 土壤中脱氢酶
的活性分别为 3.28 mg/g 和 3.14 mg/g，显著高于对照
CK 组的 0.51 mg/g ；在修复进行至第 50 天时，处理
组 A 和处理组 B 脱氢酶活性快速下降至 0.4 mg/g 和
0.36 mg/g，而对照 CK 则稳定在 0.7 mg/g 左右。处理
组 A 和处理组 B 酯酶活性在整个修复过程中上下波
动，且酯酶活性均高于对照 CK。
3 讨论
结合修复过程中 TPH 含量的测定以及石油烃各
组分的累积降解率可知，各处理对石油烃各组分的
100
90
80
70
60
50
40
0
TP
H
ਜ਼䟿g·kg-1 
15 30ᰦ䰤d 45 60
A
B
CK
图 1 修复过程中土壤 TPH 含量的变化
ᰦ䰤d0 10 20 30 40 50 60
80
75
70
65
60
55
A
B
CK൏༔ⓦ⏢㺘䶒ᕐ࣋/mN·m-1 
图 2 修复过程中土壤溶液表面张力的变化
2016,32(3) 71孙先锋等：不同生物修复技术处理油污土壤的效果研究
降解程度排序为 ：饱和烃 > 芳香烃 > 极性物质和沥
青质，说明相比较芳香烃和极性物质，饱和烃更容
易被生物利用和降解，对于芳香烃的降解程度，处
理 B 则高于处理 A，表明加入外来菌可能对更难
降解的石油烃组分有良好的去除效果。极性物质和
沥青质因其在处理过程中含量略有增加，所以不能
够计算出累积降解率，此现象在其他研究中也有
报道［19］。
从实验结果分析可知，处理 A 和处理 B 对石油
烃的去除效果高于对照 CK 组的原因并不是腐殖酸
和外来菌剂的表面活性剂作用，而是由其他作用主
导，如：营养条件、pH 等，因为褐煤粉富含腐殖酸，
可以产生表面活性剂，但其对土壤溶液的表面张力
影响不够显著且处理 B 中添加的外来菌群可能与土
壤中的土著菌存在竞争作用从而影响到表面活性剂
的产生。
在修复前 40 d，处理 A 土壤中总异养菌数和石
油烃降解菌数在所有处理组中最大，说明诺沃肥的
添加对土壤中微生物的数量起到了非常显著的积极
作用，这与在修复过程中处理 A 对石油烃的去除率
最高相吻合，表明诺沃肥的添加在促进土壤中微生
物快速增长的同时，加强了土壤中石油烃的降解。
在修复 40 d 之后，3 个处理组中微生物数量均有不
同程度的降低，但处理 B 降低幅度最小，其总异养
菌数和石油烃降解菌数在 3 个处理组中达到最高，
主要原因是处理 B 中添加有外源菌，它可以在修复
前 40 d 利用易降解的石油烃组分，在修复后期可利
用难降解的芳香烃组分，故后期微生物数量可维持
较高水平。
实验开始时，处理 A 和处理 B 土壤中脱氢酶的
活性显著高于对照 CK，说明生物刺激和生物强化能
有效的提高土壤中微生物的活性。在修复进行至 40
d 时，处理 A 和处理 B 土壤中脱氢酶活性明显降低，
而对照 CK 趋于稳定，其原因是在修复后期伴随着
营养助剂的消耗、易利用污染物的降解以及有毒代
谢物的积累，造成微生物大量死亡，活性降低。整
个修复过程中处理 A 和处理 B 中酯酶活性均显著高
ᰦ䰤d
8
7
6
5
4
3
0 10 20 30 40 50 60
ᰦ䰤d
8
7
6
5
4
3
0 10 20 30 40 50 60
A
B
CK
A
B
CK
A
B
ᔲޫ㧼ᮠ×106 
䱽䀓㧼ᮠ×106 
图 3 修复过程中总异养菌数（A）和石油烃降解菌数（B）
的变化
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
0 10 20 30 40 50 60
10
8
6
4
2
0
0 10 20 30 40 50 60
A
B
CK
A
B
CK
A
B
൏༔㝡≒䞦⍫ᙗmg·g-1 
൏༔䞟䞦⍫ᙗmg·g-1 
图 4 修复过程中土壤脱氢酶活性（A）和酯酶活性（B）
的变化
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.372
于对照 CK 组，其变化趋势为先迅速增高后突然降低，
而后又大幅度增高且处理 B 酯酶活性始终低于处理
A，一方面是因为处理 A 中添加的脂类化合物——
诺沃肥被微生物利用 ；另一方面是处理 B 中添加的
外来菌与土著菌产生竞争，对酯酶活性有消极影响。
4 结论
生物刺激、生物强化修复技术对油污土壤的修
复效果显著优于对照组 CK，说明土壤中添加营养助
剂或外来菌都能改善土壤中的营养条件，提高土壤
中微生物数量和酶活性，从而促进石油烃的降解［20］。
通过比较生物刺激和生物强化两种修复方式的
差异，可以设想将生物强化应用在生物刺激修复之
后，使投加的外来菌尽量避免与土著菌发生竞争作
用，可以最大程度提高石油烃降解效果。
修复过程中土壤含水率维持在 45% 左右，一方
面含水率过高会影响土壤孔隙度、导致土壤通风不
良、氧气浓度降低、从而影响石油降解菌的活性，
导致菌群对石油烃降解效果下降 ；另一方面，水分
是菌剂生命活动的必要物质，含水率为 45% 的土壤
既能保证菌群生命代谢活动用水，又不影响土壤孔
隙度。
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（责任编辑 狄艳红）