石油污染土壤的植物与微生物修复技术

第１卷第６期

环境工程学报

垦垦！璺望竺！！竺翌兰！竺！堡垒！ｉ翌璺坐！翌！垒！垦璺曼！竺呈！！ｉ望曼

Ｖ０１．１，Ｎ。．６

１１旦三笙垒星！坚！：兰！旦！

石油污染土壤的植物与微生物修复技术

程国玲

（东北林业大学林学院，哈尔滨１５００４０）

李培军

（中国科学院沈阳应用生态研究所，沈阳１１００１６）

摘要石油污染土壤的生物修复技术具有成本低、简便高效、对环境影响小等优点，正逐步成为石油污染治理研究

的热点领域，具有广阔的发展前景。介绍了我国的石油污染概况及生物修复技术在石油污染治理中的应用，重点对石油污染土壤的微生物修复、植物修复、植物．微生物联合修复技术的研究进展及各自的优点、局限性进行了综述，并提出了石油污染土壤生物修复技术研究的重点领域。

关键词

石油

污染土壤微生物修复植物修复

ｘ５３

中图分类号

文献标识码

Ａ

文章编号

１６７３＿９１０８（２００７）０６一００９１＿０６

Ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆｐｅｔｒｏｌｅｕｍｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ

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石油污染已成为当今世界性公害之一。据统计，仅石油污染一项每年全世界就有８００万ｔ进入环境。石油污染泛指原油和石油初加工产品（包括汽油、煤油、柴油、重油和润滑油等）及各类油的分解产物所引起的污染。石油中的许多成分如苯、甲苯、乙苯、菲、苯并［ａ］芘等都被列为美国环保局（ＥＰＡ）优先污染物范围，这些污染物具有潜在的致突变性和致癌性，可通过直接或间接方式对环境和人体健康带来严重损害。

来，目前勘探开发的油气田和油气藏已有４００多个，年产石油污染土壤近１０万ｔ，累计堆放量近５０万ｔ…。以油田为例，每口油井污染的土地面积为２００

～５００

ｍ２，全国共有油井２０万口，由此造成的土壤

污染可达８０００万ｍ２，这一数值每年还在增长中。据统计，我国每年有６０万ｔ石油经跑、冒、滴、漏途径进入环境，对土壤、地下水、地表水造成污染。此外：污灌也是造成土壤石油污染的原因之一，如沈抚灌区污灌面积达０．８７万ｈｍ２，全国类似农田有１０万ｈｍ２，致使农作物中污染物严重超标，农产品

１我国的石油污染概况

我国作为石油生产、消费大国，由于生产条件、环保技术等方面相对落后，石油污染问题相当突出。据统计，我国有机污染土壤面积约为ｏ．２亿ｈｍ２，其中石油污染占相当比例。我国自１９７８年原油年产量突破１亿ｔ大关而成为世界十大产油国之一以

基金项目：哈尔滨市青年科学研究基金资助项目（２００４ＡＦＱｘＪ０２１）；

东北林业大学科研基金资助项目

收稿日期：２００６一０４一０１；修订日期：２００７一０３一１５

作者简介：程国玲（１９６９一），女，副教授，博士，主要从事污染生态和

土壤生物修复研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｇｇｕｏｌｉｎｇ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃ“

９２

环境工程学报第１卷

质量低下，同时也造成了严重的地下水污染。随着及微生物．植物联合修复。石油开采和使用量的增加，大量的石油及其产品进３．１微生物修复

入环境，不可避免地对环境造成了污染，给生物和人微生物修复是研究最多、应用也最为广泛的一类带来了严重危害。

种生物修复方法。由此产生一系列生物修复技术如２生物修复技术在石油污染治理中的应用

土耕法、生物通气法、预制床法、堆肥法、生物反应器等。微生物修复技术是利用土壤中的土著菌或向污与化学、物理方法相比，生物修复对人和环境造染土壤中接种选育的高效降解菌，在优化的环境条成的影响小，且修复费用仅为传统物理、化学修复的件下，加速石油污染物的降解。国内外许多研究者３０％～５０％悼。，是一种高效、经济和环境友好的清洁对石油污染土壤的微生物降解原理、影响因素、降解技术。目前生物修复技术主要用于土壤、地下水和菌筛选等方面进行了大量研究。例如林力等”１分海洋的污染治理，并主要以原位修复为主。

离出１５９株烃降解细菌和真菌，其中１７株可以不同１９７２年美国清除宾夕法尼亚州的Ａｍｂｌｅｒ管线程度地分别利用烷烃和芳烃（酚、萘、甲苯和二甲泄漏的汽油是史料所记载的生物修复技术的首次应苯）作为唯一碳源生长。美国ＤＧＩ公司的一项专利用，初期规模很小，直到１９８９年，美国阿拉斯加海域技术就是利用混合菌群来促进石油烃类的生物降受到大面积石油污染以后，才首次大规模应用生物解ｐ。。到目前为止，已知能降解石油中各种烃类的修复技术一１，可以说阿拉斯加海滩溢油的生物修复微生物共约１００余属、２００多种，它们分属于细菌、是生物修复发展的里程碑Ｈ一。目前，石油污染的海放线菌、霉菌、酵母以至藻类。降解烃类的微生物在面和海滩通常采用以下３种方式进行生物修复：①土壤和水环境中普遍存在，但在一般情况下，降解烃投加表面活性剂，增加石油与海水中微生物的接触

类的微生物只占微生物群落总数的不到１％，而当面积；②投加高效降解石油的微生物，增加微生物的

有石油污染存在时，降解菌的比例可增加到种群数量；③投加Ｎ、Ｐ等营养源，促进土著微生物１０％¨…。一般认为，细菌分解原油比真菌、放线菌对石油的降解。其中投加营养盐进行生物修复的应容易得多。但有研究表明…。，真菌的降解效果好于用相对较多”・。

细菌。细菌和真菌是土壤石油生物降解的最基本的在石油污染土壤的生物修复方面也有比较成功作用者，许多放线菌也表现出烃降解能力，但是它很的例子。１９９２年１０月，在阿根廷ＰｕｅｒｔｏＲｏｓａｌｅｓ集难在污染土壤中取得竞争优势¨“。此外，藻类和原散地，通过施用肥料，靠土著微生物清除了７００ｔ油生动物的降解能力不太显著，很少有文献报道。在

罐的泄漏；科威特曾因石油泄漏污染了大片土地，科应用高效降解菌修复污染土壤时，修复的效果主要

学家采用微生物技术成功地进行了降解。其中起主

取决于微生物在不同污染生态系统中的存活与性要作用的是ｃｅＺｚ“ｚＤｍＤｎ伽．加秽园ｅｎｎ，尺矗ｏｄｏｃｏｃ

ｃ配ｓｅｒ－

能，其生长限制因子包括与其他微生物的竞争、土壤），琥ｒｏｐｏ凰和Ａｎ＾ｒ０６口ｃ￡ｅｒｓｐ．，特别是蚕豆（ｗｃｉｑ向６ｎ）环境条件等。

根际周围的Ｃ．∥ｎ秽增ｅｎ口可吸收大量的脂肪族和芳在石油组分中饱和烃最易降解，其次是低分子香族碳氢化合物¨１。海湾战争期间，科威特被破坏量芳香烃，高分子量芳香烃、胶质和沥青质则极难降的油田流出的原油造成５００ｈｍ２土壤污染，１９９４年解。不少研究表明，利用特定细菌对石油类物质的日本大林组公司与该国科研人员一起进行生物修复共代谢作用可以有效去除某些难降解有机物。Ｂｅｒ—实验，通过向含油（ＴＰＨ）２％～４０％的土壤中添加ｔｒａｎｄ等¨纠发现，难降解的沥青和树脂可以通过共氮、磷营养素及木屑等，并通过土地耕耘、强制通风氧化作用进行降解。Ｒｏｎｔａｎｉ等¨４１也发现了沥青质等措施处理，１５个月后ＴＰＨ分解７５％～８５％ｏ

７｜。

的共氧化作用，同时报道了沥青质的生物降解依赖生物修复技术的发展为石油污染的治理提供了一个于烷烃（ｃ，：～ｃ，。）的存在。

经济有效的方法，被认为具有广阔的发展前景。

通过改善土壤环境条件可以提高微生物活性、３石油污染土壤的生物修复研究进展

加速石油的生物降解。钟毅等¨纠选用原油污染土壤进行了投加除油菌、调节氮磷营养含量和水分含随着研究的不断深入，石油污染土壤的治理方量的强化修复试验，１８０ｄ后油去除率达７０．６％，石法已由最初的细菌修复拓展到真菌修复、植物修复

油半衰期由自然条件下的９２９ｄ减少为１０３ｄ。张

第６期程国玲等：石油污染土壤的植物与微生物修复技术

９３

旭等¨纠发现在翻耕和调节土壤含水率的条件下，微生物的降解速率大大加快，石油半衰期由对照的

１７３

的是杨树、柳树和紫花苜蓿等心５。引。杨柳科的植物，尤其是杨树属，可大量去除土壤有机污染物旧…。经基因改良的紫花苜蓿可耐受高浓度的原油污染旧“。Ｌｉｎ等悼引研究了沼泽植物跏口ｎｉｎｏｏ眈ｍ够Ｄ—ｍ和勋８以ｉｎｏｐ口￡ｅｎｓ对不同浓度石油污染的降解情况，表明在一定浓度范围内，植物不仅可以生存良好，而且可以５８．５％的速度降解污染物。ｓｃｈｗａｂ等口叫发现黑麦草（如２ｉｕｍｐｅｒｅ肌ｅ）与大豆（Ｇ矽ｃｉｎｅｄ减少到９０ｄ，在综合生物治理的条件下，石油

半衰期可缩短至４２ｄ。此外，添加表面活性剂Ⅲ１、木屑和蛭石等调理剂¨…、提供电子受体¨纠等措施也有很好的强化效果。影响微生物降解速率的因素主要有土壤ｐＨ值、温度、湿度、氧气含量、各种营养物质及微量元素含量等。石油类物质微生物降解的适宜条件为ｐＨ６～８，温度１５—３０℃，湿度７０％～借助现代生物学手段获得的适应极端条件的优良菌株为特殊地区的石油污染生物修复创造了条件。例如Ｍｏｈｎ等旧刈首次解决了在高寒极地地区进行微生物修复的可能，用经过筛选和驯化的耐寒微年后土壤中油浓度降到初始浓度的１／２０。ＡＩ－Ｍａｇｈ－热杆菌，其中一株在８０℃时仍能在原油中生长。

为了进一步提高生物修复效果，人们希望通过

质粒转移到土著微生物的ＤＮＡ中，构建适应性强的超级工程菌，但目前基因工程菌的环境安全问题仍（１）营养物质的添加及量的配比；（２）选择适当的电子受体；（３）同生菌群的强化作用；（４）基因工程活性剂对生物降解的强化作用；（７）吸附与扩散机植物对有机污染土壤的生物修复作用主要表现Ｚ。并¨ｓ处理石油污降。Ｒｅｉｌｌｅｙ等∞川研究了酥油草、苜蓿、苏丹草和三叶草对石油污染土壤中ＰＡＨｓ的降解，发现在种植面是由于根际效应增加了根际微生物的数量，另一在受污染土壤上种植对石油类物质有耐受性的植物修复的效果首先取决于植物对污染物的同３｜。此外，修复植物应具备生长快、抗性强等植物修复技术被称为廉价的绿色修复技术，具ｍ口ｚ）轮作之后，污染土壤中总石油烃含量明显下植物时蒽和芘的降解率有显著提高，他们认为一方方面是因为根系分泌的有机物为微生物提供了共代谢底物。

植被，并施用肥料，可大大加速土壤中石油类物质的降解，这是一种简便经济的治理方法，其关键是要针对不同的污染土壤选择适当的植物和肥料。有研究表明，有机肥比无机肥能更有效地改良石油污染土壤的物理、化学和生物性能。该方法主要适用于表层土壤受到污染时的治理，如采油井场的治理等。常见的适宜治理采油井场的植物有：虎尾草、轮藻、绵蓬、骆驼篙、猪毛菜、羊矛、蒺藜、旋花、苍耳、芦苇、蒙古冰草、防风和赖草等。对于污染的农田土壤，可选择种植一些对石油烃耐受性强又具有一定经济价值的绿化苗木、花卉及经济作物如蓖麻等，以提高治理过程的经济效益。

化或积累能力，而影响植物同化（积累）能力的因素除了取决于植物的遗传特性外，植物年龄、生物量、根系发育状况（如根毛多少、根瘤的有无）也对同化能力产生重要影响。已有研究表明，具有发达根系（根须）的植物能够促进根际菌群对除草剂、杀虫剂、表面活性剂和石油产品等有机污染物的吸附、降解口２Ｊ特点。

有安全、生态效益显著等独特优点，如使用得当，还可带来一定的经济效益。植物覆盖在土壤表面，既阻止了污染物向大气的释放，也减少了污染物的表面径流和地下渗漏；某些植物还具有同时修复多种污染的功能，如柳树不仅能吸收土壤中的有机物，

８０％，养分比例（ｍ）Ｃ：Ｎ：Ｐ＝２５：１：０．５嵋…。

生物混合菌种现场处理受油滴污染的冻原土壤，１ｒａｂｉ等旧引分离出了２株在４０～４５℃降解原油的嗜运用基因工程技术，把编码降解污染物酶的基因或

存在很大争议，实际应用仍受严格限制。目前石油污染土壤微生物修复研究主要集中于以下领域：菌的开发；（５）石油烃生物可降解性研究；（６）表面制对生物降解过程的影响。３．２植物修复

在植物对有机污染物的直接吸收、植物释放的各种分泌物或酶类促进有机污染物生物降解及强化根际微生物的矿化作用等方面。此外，植被也可以有效改善土壤条件、增强土壤透气性，从而提高降解效率。如Ｍａｎｉｎｅｚｚ等Ｂ列用ｃｙｐｅｒｗ染土壤已进人中试阶段，他们认为在一定浓度范围内植物修复能取得很好效果，但如果浓度过高，就必须进行预处理。Ｄｏｗｔｙ等旧４１筛选出２种植物（Ｐ．＾ｅ—ｍｉ胁ｍＤ忍和Ｓ．纭乃ｃ扣Ｚ施）用来处理湿地石油泄漏污染，发现前者短期处理效果好，而后者长期效果更好。利用植物修复土壤中的烷烃和单环芳香化合物ＢＴＥｘ（苯、甲苯、乙苯及二甲苯的异构体）比较成功

９４

环境工程学报

第１卷

而且能吸收土壤中的镉。植物修复受到污染物浓度的限制，因此特别适合于修复大面积、低浓度的石油污染土壤。当然，如能通过转基因技术提高植物的适应性和降解能力，并与其他方法联合使用，就会在土壤修复中发挥更重要的作用，其发展和应用前景已被世人瞩目。

３．３植物．微生物联合修复

植物与特殊的菌根真菌或根际菌群协同作用，增加对污染物的吸收和降解是一个很有价值的研究方向。目前这方面研究较少。植物一微生物联合修复系统见图１。

染地的效果及潜在效应，发现菌根真菌在云杉根部形成一个石油富集区，从而加速了石油的降解。Ｌｅｙｖａｌ等Ｈ副研究了韭葱、玉米、黑麦草和三叶草接种菌根菌后对ＰＡＨｓ的降解，认为菌根真菌不仅能增加寄主植物对营养和水分的吸收，提高其抗逆性，而且能增加有机污染物的生物有效性，提高植物对污染物的吸收效率及矿化率。

我们曾对筛选出的４种外生菌根真菌进行了纯培养条件下的柴油降解实验，结果表明，这４种外生菌根真菌都具有很强的降解柴油的能力，同时，以有机氮作为氮源及提供少量葡萄糖作为启动碳源可大大提高其生物量及矿物油降解率，结果为应用菌根技术修复矿物油污染土壤及优化降解条件提供了依据Ⅲ１。研究表明¨“，在高浓度（１０

０００

ｍｇ／ｋｇ）柴油

降解污染物

污染土壤上，外生菌根真菌仍然可侵染植物形成菌根，菌根化植物的抗干旱、抗低温能力明显增强，第二个生长季后某些组合可使土壤油浓度降至正常水平。在非共生条件下，如大豆、万寿菊、蓖麻、苜蓿接

图１

Ｆｉｇ．１

植物一微生物联合修复系统示意图

ｍａｐｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌ－ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ

种外生菌根真菌也可使植物降解率明显提高。田间实验表明Ｈ“，玉米、大豆与内生或外生菌根真菌的联合修复效果好于它们与专性降解菌的联合修复效

Ｓｋｅｔｃｈ

利用苜蓿草与微生物修复ＰＡＨｓ和矿物油污染土壤的研究表明¨４’３“，在植物生长条件下，土壤微生物降解功能明显增强。而一项以水稻为供试植物修复湿地土壤中矿物油和ＰＡＨｓ的研究表明，真菌和细菌接种量在不同污染水平上与矿物油和多环芳烃降解率存在最佳配比关系旧…。Ｃａｒｍａｎ等∞刊利用柳树修复威斯康星州一块被２４柴油污染的土壤，主要是利用树木根部的根际微生物促进石油烃的生物降解，２４周后，４０％～９０％的柴油被降解。刘鹏等旧副利用高效石油降解菌结合种植大豆、碱草等植物对石油污染土壤进行联合修复，１３５ｄ后石油烃的降解率达６３．６５％一８３．２６％，同时发现根际土壤的石油烃含量明显低于非根际土壤，研究表明，植物可以促进根际微生物的繁殖及对污染物的分解转化，进而提高修复效率。

菌根生物修复技术的发展为石油组分中难降解有机物的生物修复带来了希望。很多经过筛选的外生菌根真菌能够转化降解持久性有机污染物（ＰＯＰｓ）如多氯联苯、杀虫剂、甲苯、ＰＡＨｓ等¨…，植

果，而外生菌根真菌与专性降解细菌的联合修复效果则因植物而异。

以上研究表明，通过选择适当的植物与微生物协同作用，可实现污染土壤的快速修复。但要达到预期效果，需要对污染物．植物．微生物相互之间的作用关系有深入的了解，以便进行有效调控。植物一微生物联合修复同样受土壤温度、湿度、养分状况等环境条件的影响（见表１），成本相对较高，目前许多研究仍处在实验阶段。可以相信，微生物与植物修复技术的综合运用，将是今后污染土壤治理的一个颇有潜力的发展方向。

４

展望

生物修复技术一般适于治理中、低浓度土壤石油污染，对于高浓度石油污染则需要与物理、化学处理方法联合使用，作为土壤修复的最后一个步骤，以减少成本和其他修复技术对环境的影响。目前，我国在该领域的研究主要集中于微生物修复，而植物修复和植物一微生物联合修复方面的研究还很少，特别对植物．微生物联合修复体系的协同修复机理及控制因素等还需进一步深入研究。在基础研究方面，除了筛选优良的修复植物或微生物品种外，如何

物与菌根真菌可以形成互利的共生体——菌根，而

菌根的存在可以显著提高植物的修复效率Ｈ０’４“，Ｇｉｏｖａｎｎｉ等Ｈ副研究了菌根对挪威云杉修复石油污

第６期

表１

程国玲等：石油污染土壤的植物与微生物修复技术微生物修复、植物修复及植物一微生物联合修复技术的比较

ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｍｉｃｒｏｂｉａＩｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ，

９５

Ｔａｂｌｅ１

ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌ－ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ

通过遗传学、分子生物学手段进一步提高生物的降解性能和环境适应性，是目前面临的重要课题之一。

生物修复技术虽取得了一定成功，但目前仍存在很多问题，制约着生物修复的效果，要使生物修复技术发展成为一项成熟的实用修复技术，至少还应在以下方面进行深入研究：（１）环境因子的选择和调控，这是获得高效处理效果的保证；（２）污染物降解过程监测及生物修复运行周期的确定；（３）优良生物品种的选育及其活性的保持；（４）污染物及其代谢产物的生物毒性监测与评价；（５）应用转基因技术的安全性；（６）建立生物修复技术的统一评价程序和标准；（７）根据污染土壤的具体状况制定有针对性的治理方案，将生物修复技术与物理、化学处理方法有机组合，构建高效的修复技术体系，以达到科学性、合理性和可行性的统一。

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ｗ．Ｌ．，ｃｈｅｎｚ．，ｅｔａ１．Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ

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ａｎｄｔｈｅｈｏｓｔｐｌａｎｔＰｉｎｕｓｐｏｎｄｅｒｏｓａ．Ｐｈｙ・

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Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａ－

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Ｈ．ｘ．，ＭｏｒｅｎｏＦ．Ｎ．Ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ

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ｃｏｒｒｈｉｚａｌｐｌａｎｔｓ．

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ｄｅｄ

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Ｓｅｃｏｎｄ

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Ｃｏｎｆｂｒｅｎｃｅ

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ｏｎ

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ｔｏｒａｔｉｏｎ

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石油污染土壤的植物与微生物修复技术

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

程国玲， 李培军， Cheng Guoling， Li Peijun

程国玲,Cheng Guoling(东北林业大学林学院,哈尔滨,150040)， 李培军,Li Peijun(中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳,110016)

环境工程学报

CHINESE JOURNAL OF ENVIRONMENTAL ENGINEERING2007,1(6)10次

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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hjwrzljsysb200706021.aspx

第１卷第６期

环境工程学报

垦垦！璺望竺！！竺翌兰！竺！堡垒！ｉ翌璺坐！翌！垒！垦璺曼！竺呈！！ｉ望曼

Ｖ０１．１，Ｎ。．６

１１旦三笙垒星！坚！：兰！旦！

石油污染土壤的植物与微生物修复技术

程国玲

（东北林业大学林学院，哈尔滨１５００４０）

李培军

（中国科学院沈阳应用生态研究所，沈阳１１００１６）

摘要石油污染土壤的生物修复技术具有成本低、简便高效、对环境影响小等优点，正逐步成为石油污染治理研究

的热点领域，具有广阔的发展前景。介绍了我国的石油污染概况及生物修复技术在石油污染治理中的应用，重点对石油污染土壤的微生物修复、植物修复、植物．微生物联合修复技术的研究进展及各自的优点、局限性进行了综述，并提出了石油污染土壤生物修复技术研究的重点领域。

关键词

石油

污染土壤微生物修复植物修复

ｘ５３

中图分类号

文献标识码

Ａ

文章编号

１６７３＿９１０８（２００７）０６一００９１＿０６

Ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆｐｅｔｒｏｌｅｕｍｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ

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Ｃｈｉｎａａｎｄｔｈｅ

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ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ，

ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎａｎｄ

ｍｉｃｒｏｂｉａｌ—ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｆｏｒ

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ｐｅｒ．

Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｓｏｆｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆｐｅｔｒｏｌｅｕｍｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ；ｅｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ；ｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｍｅｄｉａｌｉｏｎ；ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ

石油污染已成为当今世界性公害之一。据统计，仅石油污染一项每年全世界就有８００万ｔ进入环境。石油污染泛指原油和石油初加工产品（包括汽油、煤油、柴油、重油和润滑油等）及各类油的分解产物所引起的污染。石油中的许多成分如苯、甲苯、乙苯、菲、苯并［ａ］芘等都被列为美国环保局（ＥＰＡ）优先污染物范围，这些污染物具有潜在的致突变性和致癌性，可通过直接或间接方式对环境和人体健康带来严重损害。

来，目前勘探开发的油气田和油气藏已有４００多个，年产石油污染土壤近１０万ｔ，累计堆放量近５０万ｔ…。以油田为例，每口油井污染的土地面积为２００

～５００

ｍ２，全国共有油井２０万口，由此造成的土壤

污染可达８０００万ｍ２，这一数值每年还在增长中。据统计，我国每年有６０万ｔ石油经跑、冒、滴、漏途径进入环境，对土壤、地下水、地表水造成污染。此外：污灌也是造成土壤石油污染的原因之一，如沈抚灌区污灌面积达０．８７万ｈｍ２，全国类似农田有１０万ｈｍ２，致使农作物中污染物严重超标，农产品

１我国的石油污染概况

我国作为石油生产、消费大国，由于生产条件、环保技术等方面相对落后，石油污染问题相当突出。据统计，我国有机污染土壤面积约为ｏ．２亿ｈｍ２，其中石油污染占相当比例。我国自１９７８年原油年产量突破１亿ｔ大关而成为世界十大产油国之一以

基金项目：哈尔滨市青年科学研究基金资助项目（２００４ＡＦＱｘＪ０２１）；

东北林业大学科研基金资助项目

收稿日期：２００６一０４一０１；修订日期：２００７一０３一１５

作者简介：程国玲（１９６９一），女，副教授，博士，主要从事污染生态和

土壤生物修复研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｇｇｕｏｌｉｎｇ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃ“

９２

环境工程学报第１卷

质量低下，同时也造成了严重的地下水污染。随着及微生物．植物联合修复。石油开采和使用量的增加，大量的石油及其产品进３．１微生物修复

入环境，不可避免地对环境造成了污染，给生物和人微生物修复是研究最多、应用也最为广泛的一类带来了严重危害。

种生物修复方法。由此产生一系列生物修复技术如２生物修复技术在石油污染治理中的应用

土耕法、生物通气法、预制床法、堆肥法、生物反应器等。微生物修复技术是利用土壤中的土著菌或向污与化学、物理方法相比，生物修复对人和环境造染土壤中接种选育的高效降解菌，在优化的环境条成的影响小，且修复费用仅为传统物理、化学修复的件下，加速石油污染物的降解。国内外许多研究者３０％～５０％悼。，是一种高效、经济和环境友好的清洁对石油污染土壤的微生物降解原理、影响因素、降解技术。目前生物修复技术主要用于土壤、地下水和菌筛选等方面进行了大量研究。例如林力等”１分海洋的污染治理，并主要以原位修复为主。

离出１５９株烃降解细菌和真菌，其中１７株可以不同１９７２年美国清除宾夕法尼亚州的Ａｍｂｌｅｒ管线程度地分别利用烷烃和芳烃（酚、萘、甲苯和二甲泄漏的汽油是史料所记载的生物修复技术的首次应苯）作为唯一碳源生长。美国ＤＧＩ公司的一项专利用，初期规模很小，直到１９８９年，美国阿拉斯加海域技术就是利用混合菌群来促进石油烃类的生物降受到大面积石油污染以后，才首次大规模应用生物解ｐ。。到目前为止，已知能降解石油中各种烃类的修复技术一１，可以说阿拉斯加海滩溢油的生物修复微生物共约１００余属、２００多种，它们分属于细菌、是生物修复发展的里程碑Ｈ一。目前，石油污染的海放线菌、霉菌、酵母以至藻类。降解烃类的微生物在面和海滩通常采用以下３种方式进行生物修复：①土壤和水环境中普遍存在，但在一般情况下，降解烃投加表面活性剂，增加石油与海水中微生物的接触

类的微生物只占微生物群落总数的不到１％，而当面积；②投加高效降解石油的微生物，增加微生物的

有石油污染存在时，降解菌的比例可增加到种群数量；③投加Ｎ、Ｐ等营养源，促进土著微生物１０％¨…。一般认为，细菌分解原油比真菌、放线菌对石油的降解。其中投加营养盐进行生物修复的应容易得多。但有研究表明…。，真菌的降解效果好于用相对较多”・。

细菌。细菌和真菌是土壤石油生物降解的最基本的在石油污染土壤的生物修复方面也有比较成功作用者，许多放线菌也表现出烃降解能力，但是它很的例子。１９９２年１０月，在阿根廷ＰｕｅｒｔｏＲｏｓａｌｅｓ集难在污染土壤中取得竞争优势¨“。此外，藻类和原散地，通过施用肥料，靠土著微生物清除了７００ｔ油生动物的降解能力不太显著，很少有文献报道。在

罐的泄漏；科威特曾因石油泄漏污染了大片土地，科应用高效降解菌修复污染土壤时，修复的效果主要

学家采用微生物技术成功地进行了降解。其中起主

取决于微生物在不同污染生态系统中的存活与性要作用的是ｃｅＺｚ“ｚＤｍＤｎ伽．加秽园ｅｎｎ，尺矗ｏｄｏｃｏｃ

ｃ配ｓｅｒ－

能，其生长限制因子包括与其他微生物的竞争、土壤），琥ｒｏｐｏ凰和Ａｎ＾ｒ０６口ｃ￡ｅｒｓｐ．，特别是蚕豆（ｗｃｉｑ向６ｎ）环境条件等。

根际周围的Ｃ．∥ｎ秽增ｅｎ口可吸收大量的脂肪族和芳在石油组分中饱和烃最易降解，其次是低分子香族碳氢化合物¨１。海湾战争期间，科威特被破坏量芳香烃，高分子量芳香烃、胶质和沥青质则极难降的油田流出的原油造成５００ｈｍ２土壤污染，１９９４年解。不少研究表明，利用特定细菌对石油类物质的日本大林组公司与该国科研人员一起进行生物修复共代谢作用可以有效去除某些难降解有机物。Ｂｅｒ—实验，通过向含油（ＴＰＨ）２％～４０％的土壤中添加ｔｒａｎｄ等¨纠发现，难降解的沥青和树脂可以通过共氮、磷营养素及木屑等，并通过土地耕耘、强制通风氧化作用进行降解。Ｒｏｎｔａｎｉ等¨４１也发现了沥青质等措施处理，１５个月后ＴＰＨ分解７５％～８５％ｏ

７｜。

的共氧化作用，同时报道了沥青质的生物降解依赖生物修复技术的发展为石油污染的治理提供了一个于烷烃（ｃ，：～ｃ，。）的存在。

经济有效的方法，被认为具有广阔的发展前景。

通过改善土壤环境条件可以提高微生物活性、３石油污染土壤的生物修复研究进展

加速石油的生物降解。钟毅等¨纠选用原油污染土壤进行了投加除油菌、调节氮磷营养含量和水分含随着研究的不断深入，石油污染土壤的治理方量的强化修复试验，１８０ｄ后油去除率达７０．６％，石法已由最初的细菌修复拓展到真菌修复、植物修复

油半衰期由自然条件下的９２９ｄ减少为１０３ｄ。张

第６期程国玲等：石油污染土壤的植物与微生物修复技术

９３

旭等¨纠发现在翻耕和调节土壤含水率的条件下，微生物的降解速率大大加快，石油半衰期由对照的

１７３

的是杨树、柳树和紫花苜蓿等心５。引。杨柳科的植物，尤其是杨树属，可大量去除土壤有机污染物旧…。经基因改良的紫花苜蓿可耐受高浓度的原油污染旧“。Ｌｉｎ等悼引研究了沼泽植物跏口ｎｉｎｏｏ眈ｍ够Ｄ—ｍ和勋８以ｉｎｏｐ口￡ｅｎｓ对不同浓度石油污染的降解情况，表明在一定浓度范围内，植物不仅可以生存良好，而且可以５８．５％的速度降解污染物。ｓｃｈｗａｂ等口叫发现黑麦草（如２ｉｕｍｐｅｒｅ肌ｅ）与大豆（Ｇ矽ｃｉｎｅｄ减少到９０ｄ，在综合生物治理的条件下，石油

半衰期可缩短至４２ｄ。此外，添加表面活性剂Ⅲ１、木屑和蛭石等调理剂¨…、提供电子受体¨纠等措施也有很好的强化效果。影响微生物降解速率的因素主要有土壤ｐＨ值、温度、湿度、氧气含量、各种营养物质及微量元素含量等。石油类物质微生物降解的适宜条件为ｐＨ６～８，温度１５—３０℃，湿度７０％～借助现代生物学手段获得的适应极端条件的优良菌株为特殊地区的石油污染生物修复创造了条件。例如Ｍｏｈｎ等旧刈首次解决了在高寒极地地区进行微生物修复的可能，用经过筛选和驯化的耐寒微年后土壤中油浓度降到初始浓度的１／２０。ＡＩ－Ｍａｇｈ－热杆菌，其中一株在８０℃时仍能在原油中生长。

为了进一步提高生物修复效果，人们希望通过

质粒转移到土著微生物的ＤＮＡ中，构建适应性强的超级工程菌，但目前基因工程菌的环境安全问题仍（１）营养物质的添加及量的配比；（２）选择适当的电子受体；（３）同生菌群的强化作用；（４）基因工程活性剂对生物降解的强化作用；（７）吸附与扩散机植物对有机污染土壤的生物修复作用主要表现Ｚ。并¨ｓ处理石油污降。Ｒｅｉｌｌｅｙ等∞川研究了酥油草、苜蓿、苏丹草和三叶草对石油污染土壤中ＰＡＨｓ的降解，发现在种植面是由于根际效应增加了根际微生物的数量，另一在受污染土壤上种植对石油类物质有耐受性的植物修复的效果首先取决于植物对污染物的同３｜。此外，修复植物应具备生长快、抗性强等植物修复技术被称为廉价的绿色修复技术，具ｍ口ｚ）轮作之后，污染土壤中总石油烃含量明显下植物时蒽和芘的降解率有显著提高，他们认为一方方面是因为根系分泌的有机物为微生物提供了共代谢底物。

植被，并施用肥料，可大大加速土壤中石油类物质的降解，这是一种简便经济的治理方法，其关键是要针对不同的污染土壤选择适当的植物和肥料。有研究表明，有机肥比无机肥能更有效地改良石油污染土壤的物理、化学和生物性能。该方法主要适用于表层土壤受到污染时的治理，如采油井场的治理等。常见的适宜治理采油井场的植物有：虎尾草、轮藻、绵蓬、骆驼篙、猪毛菜、羊矛、蒺藜、旋花、苍耳、芦苇、蒙古冰草、防风和赖草等。对于污染的农田土壤，可选择种植一些对石油烃耐受性强又具有一定经济价值的绿化苗木、花卉及经济作物如蓖麻等，以提高治理过程的经济效益。

化或积累能力，而影响植物同化（积累）能力的因素除了取决于植物的遗传特性外，植物年龄、生物量、根系发育状况（如根毛多少、根瘤的有无）也对同化能力产生重要影响。已有研究表明，具有发达根系（根须）的植物能够促进根际菌群对除草剂、杀虫剂、表面活性剂和石油产品等有机污染物的吸附、降解口２Ｊ特点。

有安全、生态效益显著等独特优点，如使用得当，还可带来一定的经济效益。植物覆盖在土壤表面，既阻止了污染物向大气的释放，也减少了污染物的表面径流和地下渗漏；某些植物还具有同时修复多种污染的功能，如柳树不仅能吸收土壤中的有机物，

８０％，养分比例（ｍ）Ｃ：Ｎ：Ｐ＝２５：１：０．５嵋…。

生物混合菌种现场处理受油滴污染的冻原土壤，１ｒａｂｉ等旧引分离出了２株在４０～４５℃降解原油的嗜运用基因工程技术，把编码降解污染物酶的基因或

存在很大争议，实际应用仍受严格限制。目前石油污染土壤微生物修复研究主要集中于以下领域：菌的开发；（５）石油烃生物可降解性研究；（６）表面制对生物降解过程的影响。３．２植物修复

在植物对有机污染物的直接吸收、植物释放的各种分泌物或酶类促进有机污染物生物降解及强化根际微生物的矿化作用等方面。此外，植被也可以有效改善土壤条件、增强土壤透气性，从而提高降解效率。如Ｍａｎｉｎｅｚｚ等Ｂ列用ｃｙｐｅｒｗ染土壤已进人中试阶段，他们认为在一定浓度范围内植物修复能取得很好效果，但如果浓度过高，就必须进行预处理。Ｄｏｗｔｙ等旧４１筛选出２种植物（Ｐ．＾ｅ—ｍｉ胁ｍＤ忍和Ｓ．纭乃ｃ扣Ｚ施）用来处理湿地石油泄漏污染，发现前者短期处理效果好，而后者长期效果更好。利用植物修复土壤中的烷烃和单环芳香化合物ＢＴＥｘ（苯、甲苯、乙苯及二甲苯的异构体）比较成功

９４

环境工程学报

第１卷

而且能吸收土壤中的镉。植物修复受到污染物浓度的限制，因此特别适合于修复大面积、低浓度的石油污染土壤。当然，如能通过转基因技术提高植物的适应性和降解能力，并与其他方法联合使用，就会在土壤修复中发挥更重要的作用，其发展和应用前景已被世人瞩目。

３．３植物．微生物联合修复

植物与特殊的菌根真菌或根际菌群协同作用，增加对污染物的吸收和降解是一个很有价值的研究方向。目前这方面研究较少。植物一微生物联合修复系统见图１。

染地的效果及潜在效应，发现菌根真菌在云杉根部形成一个石油富集区，从而加速了石油的降解。Ｌｅｙｖａｌ等Ｈ副研究了韭葱、玉米、黑麦草和三叶草接种菌根菌后对ＰＡＨｓ的降解，认为菌根真菌不仅能增加寄主植物对营养和水分的吸收，提高其抗逆性，而且能增加有机污染物的生物有效性，提高植物对污染物的吸收效率及矿化率。

我们曾对筛选出的４种外生菌根真菌进行了纯培养条件下的柴油降解实验，结果表明，这４种外生菌根真菌都具有很强的降解柴油的能力，同时，以有机氮作为氮源及提供少量葡萄糖作为启动碳源可大大提高其生物量及矿物油降解率，结果为应用菌根技术修复矿物油污染土壤及优化降解条件提供了依据Ⅲ１。研究表明¨“，在高浓度（１０

０００

ｍｇ／ｋｇ）柴油

降解污染物

污染土壤上，外生菌根真菌仍然可侵染植物形成菌根，菌根化植物的抗干旱、抗低温能力明显增强，第二个生长季后某些组合可使土壤油浓度降至正常水平。在非共生条件下，如大豆、万寿菊、蓖麻、苜蓿接

图１

Ｆｉｇ．１

植物一微生物联合修复系统示意图

ｍａｐｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌ－ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ

种外生菌根真菌也可使植物降解率明显提高。田间实验表明Ｈ“，玉米、大豆与内生或外生菌根真菌的联合修复效果好于它们与专性降解菌的联合修复效

Ｓｋｅｔｃｈ

利用苜蓿草与微生物修复ＰＡＨｓ和矿物油污染土壤的研究表明¨４’３“，在植物生长条件下，土壤微生物降解功能明显增强。而一项以水稻为供试植物修复湿地土壤中矿物油和ＰＡＨｓ的研究表明，真菌和细菌接种量在不同污染水平上与矿物油和多环芳烃降解率存在最佳配比关系旧…。Ｃａｒｍａｎ等∞刊利用柳树修复威斯康星州一块被２４柴油污染的土壤，主要是利用树木根部的根际微生物促进石油烃的生物降解，２４周后，４０％～９０％的柴油被降解。刘鹏等旧副利用高效石油降解菌结合种植大豆、碱草等植物对石油污染土壤进行联合修复，１３５ｄ后石油烃的降解率达６３．６５％一８３．２６％，同时发现根际土壤的石油烃含量明显低于非根际土壤，研究表明，植物可以促进根际微生物的繁殖及对污染物的分解转化，进而提高修复效率。

菌根生物修复技术的发展为石油组分中难降解有机物的生物修复带来了希望。很多经过筛选的外生菌根真菌能够转化降解持久性有机污染物（ＰＯＰｓ）如多氯联苯、杀虫剂、甲苯、ＰＡＨｓ等¨…，植

果，而外生菌根真菌与专性降解细菌的联合修复效果则因植物而异。

以上研究表明，通过选择适当的植物与微生物协同作用，可实现污染土壤的快速修复。但要达到预期效果，需要对污染物．植物．微生物相互之间的作用关系有深入的了解，以便进行有效调控。植物一微生物联合修复同样受土壤温度、湿度、养分状况等环境条件的影响（见表１），成本相对较高，目前许多研究仍处在实验阶段。可以相信，微生物与植物修复技术的综合运用，将是今后污染土壤治理的一个颇有潜力的发展方向。

４

展望

生物修复技术一般适于治理中、低浓度土壤石油污染，对于高浓度石油污染则需要与物理、化学处理方法联合使用，作为土壤修复的最后一个步骤，以减少成本和其他修复技术对环境的影响。目前，我国在该领域的研究主要集中于微生物修复，而植物修复和植物一微生物联合修复方面的研究还很少，特别对植物．微生物联合修复体系的协同修复机理及控制因素等还需进一步深入研究。在基础研究方面，除了筛选优良的修复植物或微生物品种外，如何

物与菌根真菌可以形成互利的共生体——菌根，而

菌根的存在可以显著提高植物的修复效率Ｈ０’４“，Ｇｉｏｖａｎｎｉ等Ｈ副研究了菌根对挪威云杉修复石油污

第６期

表１

程国玲等：石油污染土壤的植物与微生物修复技术微生物修复、植物修复及植物一微生物联合修复技术的比较

ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｍｉｃｒｏｂｉａＩｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ，

９５

Ｔａｂｌｅ１

ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌ－ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ

通过遗传学、分子生物学手段进一步提高生物的降解性能和环境适应性，是目前面临的重要课题之一。

生物修复技术虽取得了一定成功，但目前仍存在很多问题，制约着生物修复的效果，要使生物修复技术发展成为一项成熟的实用修复技术，至少还应在以下方面进行深入研究：（１）环境因子的选择和调控，这是获得高效处理效果的保证；（２）污染物降解过程监测及生物修复运行周期的确定；（３）优良生物品种的选育及其活性的保持；（４）污染物及其代谢产物的生物毒性监测与评价；（５）应用转基因技术的安全性；（６）建立生物修复技术的统一评价程序和标准；（７）根据污染土壤的具体状况制定有针对性的治理方案，将生物修复技术与物理、化学处理方法有机组合，构建高效的修复技术体系，以达到科学性、合理性和可行性的统一。

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Ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｗａｔｅｒ

ａｎｄｓｏｉｌ．

Ｐｈｙｔｏｒｅ—

１４８４

ｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌａｎｄｗａｔｅｒ

ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ．Ａｍｅ而ｃａｎＣｈｅｍ．

［４０］Ｇａｓｋｉｎ

Ｊ。

Ｌ．，Ｆｌｅｔｃｈｅｒ

Ｊ。Ｔｈｅｍｅｔａｂｏｌｉｓｍｏｆｅｘｏｇｅｎｏｕｓｌｙ

ｉｃａｌ

Ｓｏｃｉｅｔｙ，ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＤＣ，１９９７．２～１７

ｐｒｏｖｉｄｅｄａｔｒａｚｉｎｅｂｙｔｈｅ

ｅｃｔｏｍｙｃｏｍｌｉｚａｌｆｕｎｇｕｓＨｅｂｅｌｏｍａ

［２６］ｗｉｌｔｓｅＣ．ｃ．，Ｒｏｏｎｅｙ

ｗ．Ｌ．，ｃｈｅｎｚ．，ｅｔａ１．Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ

ｃｍｓｔｕｌｉｎｉｆｏ珊ｅ

ａｎｄｔｈｅｈｏｓｔｐｌａｎｔＰｉｎｕｓｐｏｎｄｅｒｏｓａ．Ｐｈｙ・

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ｇｅｎｏｔｙｐｅｓ．Ｊ．

Ｅｎｖｉｒｏｎ．

Ｑｕａｌ．，Ｃｈｅｍｉｃａｌ

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Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａ－

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Ｈ．ｘ．，ＭｏｒｅｎｏＦ．Ｎ．Ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ

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ｃｏｒｒｈｉｚａｌｐｌａｎｔｓ．

Ａｈｏｎｅｎ—ＪｏｎｎａｒｔｈＵ．，ＤａｎｅｌｌＥ．，Ｆｒａｎｓ—

ｄｅｄ

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ｓｏｎ

Ｐ．．ｅｔａ１．Ｔｈｅ

Ｓｅｃｏｎｄ

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

Ｃｏｎｆｂｒｅｎｃｅ

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［２８］Ｔｈｏｍｐｓｏｎ

Ｐ．Ｌ．，ＲａｍｅｒＬ．Ａ．，ｓｃｈｎｏｏｒ

Ｊ．Ｌ．ｕｐｔａｋｅ

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ａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＴＮＴｂｙ

ｈｙｂｒｉｄｐｏｐｌａｒｓ”ｅｅｓ．

Ｅｎｖｉ—

［４２］Ｇｉｏｖａｎｎｉ

Ｎ．，ｓｉｍｏｎＥ，ｓｏｉｌｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎｂｙ

ｃｎｌｄｅｏｉｌ：

ｒｏｎ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎ０１．，１９９８，３２：９７５～９８０

Ｉｍｐａｃｔ

ｏｎ

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ｏｎ

ｒｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｏｔｅｎ—

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３７～４３

ｔｏｒａｔｉｏｎ

ａｎｄ

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ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ

［４３］Ｌｅｙｖａｌ

ｃ．，ＢｉｎｅｔＰ．

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ｉｎ

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ｏｎ

ａｒｂｕｓｃｕｌａｒ

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Ｊ．

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石油污染土壤的植物与微生物修复技术

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

程国玲， 李培军， Cheng Guoling， Li Peijun

程国玲,Cheng Guoling(东北林业大学林学院,哈尔滨,150040)， 李培军,Li Peijun(中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳,110016)

环境工程学报

CHINESE JOURNAL OF ENVIRONMENTAL ENGINEERING2007,1(6)10次

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