菌糠强化微生物降解石油污染土壤修复研究

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

北极星环境修复网讯:摘要：采用菌糠协同高效石油烃降解菌 Microbacterium.sp.Q2 进行石油污染土壤修复试验研究，分别设置菌糠固定化微生物组(SIM)、菌糠-游离菌组 (SMSB)、菌糠单独组(SMS)和对照组(CK)4 组修复实验。考察不同处理方式下对石油污染土壤微生物数量、酶活性和石油烃降解效果的差异性并确定石油污染土壤的最佳修复方案。结果表明:不同修复方式下,SIM 组的土壤呼吸强度、微生物数量及酶活性较其他组有明显提高,其对石油烃去除率分别比其他 3 组提高 11.84%、22.15%、54.09%。土壤中脱氢酶活性以及微生物活性与石油烃降解率的相关性显著，此外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的作用机制。

关键词：菌糠；固定化微生物；土壤修复；石油烃降解

近年来,石油行业得到了蓬勃的发展,在对石油的勘探、开发、储运与加工及使用过程中,原油和原油制品跑、冒、滴、漏等造成采油区和炼厂附近大面积土壤污染[1]。固定化微生物技术克服了传统方法修复过程中的缺点[2],不仅可以提高菌密度，还有利于屏蔽环境的毒害作用,增强外源菌竞争优势,提高降解效率,在石油污染土壤治理领域中应用越来越广泛[3 4]。

菌糠是收获食用菌后废弃的培养基质,据统计每出产 1kg 食用菌约产生 5kg 菌糠,每年约有 8000 多万 t 废弃菌糠通过焚烧、填埋等方式处理,不仅占用了大量土地,燃烧过程中还会产生甲烷等温室气体或有毒化合物(如二噁英)等。研究发现菌糠中富含有机质、钾、钙、镁、氮、磷以及铜、锌、铁等多种营养元素，加工处理后可用于作物肥料和土壤调理剂[5]，同时其结构疏松多孔，表面较粗糙，含有较多官能团和真菌菌丝体，能够分泌漆酶、锰过氧化物酶等,可以吸附染料、重金属、石油烃等多种污染物质[6],改善土壤肥力。

目前，对于农业废弃物的资源化利用，将其作为载体材料固定化微生物，在修复有机污染物方面取得了一定成效[7 8]，但由于其只具备单一的吸附性能，降解有机物能力相对较弱。而菌糠不仅可以作为微生物载体，又可以通过细菌-真菌-酶体系强化降解有机污染物[9 10]，发挥双向优势，提高污染物去除效率，因此探究菌糠的综合资源化利用方式处理环境污染问题值得探讨。

将菌糠与高效石油烃降解菌结合，通过花盆实验模拟菌糠固定化微生物、菌糠-游离菌以及菌糠单独添加对石油污染土壤原位修复，探究修复过程中对土壤呼吸强度、微生物数量、微生物区系以及土壤生态毒性的影响差异，确定最优修复方式，为菌糠修复石油污染土壤的应用提供一定的技术支撑和理论依据。

1.实验部分

1.1 实验材料

实验土样取自胜利油田 0~20cm 附近石油污染土壤,将土样压碎翻动至松散，风干后过筛，取 40~80 目之间的土壤，即去除较大杂质和直径过小的细土，筛分后的土壤于-20℃低温冷冻保存。

新鲜菌糠选自山东青岛天农食用菌有限公司，初始湿重 15%，过 40 目筛于-20℃低温冷冻保存。

1.2 实验菌株

实验菌株 Q2 是以胜利油田污染土壤为菌源，胜利原油为唯一碳源筛选驯化所得土著菌，经 16S rDNA 生物分子学鉴定为 Microbacterium sp.Q2，在原油质量浓度为 1000mg/L 的无机盐培养基中，微杆菌 Q2 在 7d 内对石油烃降解率为 45.52%。

1.3 修复实验设计

采用盆栽(pot experiment)模拟实验进行石油污染土壤修复研究。用磷酸二氢钾和硝酸钠调节土壤 C、N、P 的质量比为ω(C):ω(N):ω(P)=100:10:1，修复过程中可直接采用减重法调节各个花盆中的含水率,使之保持在 18%左右[11]。

试验分 4 组，每组 3 个平行，共 12 盆，每盆分别加入 500g 质量分数为 4.57%石油污染土壤，分别加入菌糠(SMSB)、菌糠-游离菌(SMS)、菌糠固定化微生物(SIM)，其中一组为空白对照组(CK)，将 3 个处理组样品放于 30℃、60% RH(Relative huity,空气相对湿度)的恒温恒湿培养箱中，每天光照 10h，修复过程中每隔 7d 采样测定各花盆中石油烃含量，土壤呼吸强度、微生物数量及土壤酶活性等指标,试验周期为 45d。

1.4 土壤呼吸强度及微生物数量的测定

土壤呼吸强度采用碱液吸收法测定，称取10g新鲜土壤于 200mL 烧杯中，其中插入含有 5mLNaOH(2mol/L)溶液的小烧杯,置于 30℃下密封培养 24h，将溶液转移至容量瓶中定容，分别以酚酞和甲基橙为指示剂，用 0.1mol/L HCl 溶液滴定，根据消耗量计算出土壤呼吸产生 CO2 [mg/(kg⋅h)]的量。