Present pahs pollution situation and the research progress of remediation technology

Frontier of Environmental Science December 2014, Volume 3, Issue 4, PP.119-129

Present PAHs Pollution Situation and the Research Progress of Remediation Technology Yongping Jing 1, Zhaohui Liu 2, Yan Li 1#, Yingpeng Zhang 1, Ping Liu 1, Xinhao Gao1, Ming Sun 1, Ziwen Zhong 1 1. Institute of agricultural resources and environment of Shandong Academy of Agricultural Sciences, Shandong 250100, China 2. Shandong Academy of Agricultural Sciences, Shandong 250100, China #

Email: nkyliyan@126.com

Abstract Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are introduced from several aspects, including its definition, characteristics and harmful effects. In this paper, the present pollution situation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in soil is reviewed.

This paper expounds the physical, chemical, and biological remediation technologies It emphasizes on principles of bioremediation and expounding their influencing factors. The future development direction of prevention and control of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in China are discussed also.

Keywords: Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs); The Present Pollution Situation; the Remediation Technologies

PAHs 污染土壤及生物修复技术研究进展* 井永苹 1，刘兆辉 2，李彦 1*，张英鹏 1，刘苹 1，高新昊 1，孙明 1，仲子文 1 1. 山东省农业科学院 农业资源与环境研究所，山东 济南 250100 2. 山东省农业科学院，山东 济南 250100 摘 要：介绍了多环芳烃（PAHs）的定义、来源及其危害，综述了土壤中多环芳烃的污染现状，多环芳烃污染土壤的物 理、化学、生物的修复技术，重点对生物修复的原理及影响因素进行阐述，并且对我国今后多环芳烃污染防控的发展方 向进行了展望。 关键词：多环芳烃（PAHs）；污染现状；修复技术

引言 随着工农业的迅速发展，大量的有机污染物进入土壤，严重影响了土壤环境质量及其生态功能。尤其 是持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants, POPs)，这类物质具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发 性和高毒性。能够通过各种介质（土壤、水体、大气、生物体等）进行长距离的迁移，并对人体健康和环 境具有严重的危害性[1]，成为世界各国关注的环境焦点。目前研究和开发的土壤修复技术主要有物理化学修 复、生物修复等途径，而生物修复作为一种环境友好型修复手段更得到广大环境科学家的重视，成为重要 研究领域。其应用前景也最为广阔。下面对多环芳烃的来源及环境行为和生物修复技术作一综述。尤其针 对多环芳烃生物修复的原理和影响因素等方面进行重点论述，为人们认识、研究、控制多环芳烃污染土壤 提供参考。

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多环芳烃的定义和来源

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基金资助：受“华北集约化农区农业面源污染防控技术集成与示范”(2012BAD15B02)及“农业面源污染防控”山东省泰山学者 岗位支持资助。 - 119 http://www.ivypub.org/fes

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)是一类常见的持久性有机污染物，它是指分子中包含 有两个或两个以上苯环的碳氢化合物，并且相邻的苯环至少共用一个碳原子，而这些苯环以线状、角状、 簇状排列在一起的稠环形化合物。多环芳烃水溶性差，化学稳定性强，而且其中很大一部分对生物体具有 强烈的致畸、致癌、致突变作用 [2] ，1979 年，美国环保局(EPA)首先公布 129 种优先监测污染物，其中 PAHs 有 16 种[3]。 多环芳烃主要是由有机物的不完全燃烧或高温、缺氧条件下热解产生的。环境中多环芳烃的来源分为 天然源和人为源：天然源主要是指微生物、藻类等的生物合成，细菌对植物、动物体的生化作用，火山活 动、森林草原火灾等自然现象。其总量较少且多数能够通过环境自净能力而消除，构成了自然界中多环芳 烃的本底值。人为途径产生的多环芳烃远远多于天然源，产生过程包括化石燃料的气化液化、精炼和分馏， 木材的保护性处理，垃圾填满、露天燃烧橡胶塑料制品等过程均有可能产生大量的多环芳烃 [4-5]。此外，由 汽油、柴油燃烧作为动力的汽车、火车以及飞机等交通工具排放的废气也是多环芳烃的重要来源之一[6]。因 此，通常意义上讲的多环芳烃污染都是来源于人为途径。随着人类工农业不断发展和生活水平的逐年提高， 近 100~150 年，环境中多环芳烃含量逐渐增加，人为的燃料燃烧成为土壤多环芳烃的主要来源[7]。许姗姗[8] 估算了美国环保局优先控制污染物清单中的 16 种 PAHs 全国年排放量，结果发现，1999 年 16 种多环芳烃 总排放量约为 9799 t，家庭取暖和炼焦工业的贡献约占总排放量的 98%，其中荧蒽、蒽、芘以及高分子量的 多环芳烃所占比例显著高于北美等地。

多环芳烃(PAHs)的毒性及其危害

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PAHs 具有持久性、高毒性、生物蓄积性等特征，对人类身体健康、生态环境造成的危害及潜在危害已 经引起人们的高度关注。 PAHs 的毒性主要表现在以下 3 方面。

2.1 多环芳烃具有“三致效应” 多环芳烃具有“三致效应”：强致癌性、致畸性和致突变性[9]。人类及动物癌症病变约有 70%～90%是 由环境中化学物质所引起的，而多环芳烃则是环境中致癌化学物质中最大的一类。资料显示，具有致癌活 性的多环芳烃主要是 3、4、5 和 6 环的。多环芳烃与细胞的作用主要是通过与蛋白质、脱氧核糖核酸的结合 来完成的。此外，大气颗粒物所吸附的多环芳烃通过呼吸进入人体后，导致肺癌发病占总肺癌病变的 85% 以上。长期暴露于含高浓度多环芳烃的烟气、沥青及煤产品等环境中，致使皮肤癌和肺癌的发病率大幅度 提高。1892 年，就有人发现从事煤焦油和沥青作业的工人多患皮肤癌。总结得出多环芳烃可通过呼吸、皮 肤接触、饮食摄入等方式进入人和动物体内，影响机体正常的新陈代谢功能，甚至引起癌变 [10]。多环芳烃 代谢的中间产物如二元醇、酚以及环氧化物等，大多也是具有致畸、致癌、致突变的作用，对生物仍存在 潜在的毒害。此外，由于多环芳烃具有脂溶性的特点，容易被植物、动物富集积累进入食物链，从而危害 生态环境和人体健康。

2.2 多环芳烃对微生物及植物生长有强烈的抑制作用 多环芳烃具有水溶性差、环状结构稳定等特点使得它们不容易被生物所利用。同时，多环芳烃对微生 物和植物细胞也有较强的破坏作用，因此，多环芳烃能够抑制普通微生物及植物的生长 [11]。有研究表明， 用多环芳烃及淘米水作为碳源对普通活性污泥进行驯化，发现活性污泥的微生物数量越来越少。此外，多 环芳烃污染还会导致土壤微生物群落结构的变化，打破土壤 生态平衡，破坏土壤生态环境。宋玉芳等 [12]

(2003)研究发现在草甸棕壤土中，菲和芘对小麦、白菜、西红柿 3 种植物根伸长抑制率与菲、芘浓度呈显

著线性或对数相关性。万寅婧等[13](2005)也通过生物培养和物理化学试验，研究了芘、菲、萘等多环芳烃对 小麦生长的生态毒理特性，研究结果表明芘对小麦根系毒害的敏感区间浓度为 0～300 mg kg-1。 - 120 http://www.ivypub.org/fes

2.3 多环芳烃的“光致毒效应” 多环芳烃经紫外光照射后毒性更大 [14]。多环芳烃在吸收紫外光能后，被激发成单线态及三线态分子， 被激发分子的能量会通过不同途径损失，其中部分被激发的多环芳烃分子将能量传递给氧，从而产生了反 应能力极强的单线态氧，这种单线态氧能严重损坏生物膜 [15]。因此无论大气中的还是水体、土壤中的多环 芳烃经紫外光照射后其毒性均会增强，对人体健康及土壤生态系统的稳定产生更直接的危害作用。

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土壤中多环芳烃的污染现状 土壤既是 PAHs 的“汇”又可以充当 PAHs 的“源”，大气中的 PAHs 通过干湿沉降等作用进入土壤，同时

水体中的 PAHs 通过灌溉等方式进入土壤，土壤便成为 PAHs 的“汇”。当土壤中的 PAHs 在一定条件下通 过挥发进入大气，或者随径流进入水体时土壤又成为 PAHs 的“源”。 在大气中 PAHs 或以气体状态存在或被吸附在悬浮颗粒物上，随着大气运动迁移扩散，从而导致全球性 污染。城市空气中 PAHs 污染状况比农村要严重，但由于天气的原因以及 PAHs 易迁移等特点，导致农村空 气中的 PAHs 浓度也不断增加。城市中，垃圾焚烧处理会产生大量二噁英，同时汽车尾气颗粒物中也存在较 多 PAHs。水体悬浮物和沉积物是 PAHs 聚集的重要场所。研究资料表明，世界绝大多数的城市污水、水库、 江河和湖海都不同程度地受到 PAHs 的污染。当用受 PAHs 污染的水进行灌溉时，水体中的 PAHs 便会进入 土壤。综上所述，干湿沉降及灌溉均可能促进土壤中 PAHs 的累积。 而环境中的 PAHs 大部分存在于土壤中。在世界各国土壤中均发现了 PAHs[7]的存在。土壤中 PAHs 浓 度的微小改变即可对“彼邻介质”（如空气和水）中 PAHs 的含量产生显著影响。土壤是植物、动物及微生 物等的基本生活资料和营养物质的来源，土壤中的许多有机质和矿物质均能够吸附 PAHs，土壤中的 PAHs 被土壤动物、植物吸收后能够在食物链中逐级传递，最终危害人体健康和生态环境安全。因此，研究多环 芳烃污染土壤的修复技术对保护环境、治理环境污染至关重要。

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土壤多环芳烃污染的修复技术 由于我国对 PAHs 污染的认识较晚，关于 PAHs 污染的理论研究和应用研究基础相对薄弱，研究的广度

和深度落后于发达国家。近些年来，随着 PAHs 污染土壤修复技术的重视程度不断提高，多环芳烃生物修复 技术方面已经取得了较好研究成果和较快的发展。目前 PAHs 污染土壤的修复技术主要包括：物理修复、化 学修复、生物修复以及联合修复技术[16]。

4.1 物理化学修复技术 按照处理原理来分，PAHs 的修复技术大致可分为物理法和化学法。 物理修复主要包括溶剂洗脱、蒸馏、 汽提、客土换土、填埋等措施[17]。物理法可对 PAHs 起到浓缩富集并部分处理的作用，常作为一种预处理手 段与其它处理方法联合使用。其中，利用表面活性剂洗脱 PAHs 污染土壤是当前环境研究的热点之一。表面 活性剂是常用的污染土壤清洗剂，它能改进憎水性有机污染物的溶解性和生物可利用性 [18]。表面活性剂对 土壤中 PAHs 的洗脱作用主要是：(1)表面活性剂通过减小液-固之间的表面张力，将阻塞在土壤孔隙中的 PAHs 分散到溶液中来；(2)表面活性剂通过形成胶束，促使 PAHs 从土壤中重新分配到疏水性的胶束核中。 洗脱效果与表面活性剂种类、性质、质量浓度及土壤成份有关，通常非离子型表面活性剂效果较好，对 PAHs 的洗脱量可达 86%。含 PAHs 的洗脱液可利用生物降解、紫外光照射及焚烧等方法进行后续处理。而 蒸馏法是指通过加热将土壤中的 PAHs 变成气体状态，从土壤表面或空隙中去除的方法。它们的优点是可以 进行较大规模的处理；缺点是要对排气进行处理，成本高，能耗大，而且在部分热处理技术的排放气体冷 却时，其中部分被分解的二噁英又会重新合成，形成二次污染。汽提法则是指将空气等载气通入土壤使气 体和土壤充分接触，使土壤中的挥发性气体转移到载气中随之一并带出土壤。客土换土法是指用从别的地 - 121 http://www.ivypub.org/fes

方取来的未污染土置换本地污染的土壤，这种方法虽然能够去除本地污染土壤，但是却不能从根本上达到 去除污染物的目的，只是将污染物暂时转移。而填埋法也是将污染土壤或其他污染物掩埋在地下，也无法 从根本上去除污染物，而且还会对地下水带来潜在的污染危险。 化学修复通常是指将土壤中 PAHs 分解或转化为无毒或低毒性的物质。化学法在 PAHs 污染治理中的应 用较多，主要有光催化氧化法、超临界水氧化法、湿式氧化法以及声化学氧化法等。此外，人们还尝试了 电化学氧化法 [19]、微波、放射性射线等高新技术，发现它们对多氯联苯、六氯苯、五氯苯酚以及二噁英都 有很好的去除效果。虽然各种氧化方法的原理不尽相同，但却都能使 PAHs 发生分解，并转化成为可生化降 解的物质。化学处理技术可以作为后续处理与其他处理技术相结合，综合多种处理技术，取长补短，提高 环境中 PAHs 的修复效果。

4.2 多环芳烃生物修复技术 生物修复技术是目前中国乃至全球研究的热点，是治理污染较为理想的方法。它主要是利用植物、微 生物、动物等的吸收、转化、清除或降解等去除环境中的 PAHs。与物理化学修复相比，生物修复成本低， 处理效果好，操作简单又无二次污染等优势。因此生物修复在将来的污染修复技术中的发展空间非常广阔， 是一种很有潜力的绿色修复技术 [20-21]。生物修复方法主要分为植物修复、微生物修复、动物修复以及三者 间的联合修复等。 4.2.1

多环芳烃污染土壤的微生物修复

微生物修复是通过筛选、驯化的专性微生物或基因工程菌来降解土壤中的有机污染物，从而实现修复 的目的。多环芳烃的微生物降解难易程度取决于多环芳烃的化学结构的复杂性以及降解微生物在土壤中的 活性和数量[22]。不同的微生物对各种多环芳烃的降解能力不同，所以降解多环芳烃的途径就有很大差别。 研究表明，微生物降解多环芳烃一般通过以下两种方式进行 [23]：(1)以多环芳烃作为唯一的碳源和能源；(2) 将多环芳烃和其他的有机物质进行共代谢。对于土壤中低分子量的三环和三环以下的多环芳烃，微生物一 般会采用第一种代谢方式。微生物把多环芳烃作为唯一的碳源和能源，并将其最终分解成水、二氧化碳等 无机物，有利于土壤净化。 以多环芳烃为唯一碳源和能源的代谢过程是好氧过程，其机理是在多环芳烃的诱导下，微生物分泌出 单加氧酶或双加氧酶（其中细菌产生双加氧酶，真菌产生单加氧酶），在酶的催化作用下把氧加到苯环上， 形成环氧化合物，然后，加入 H2O 产生反式二醇或顺式二醇和酚。进而使 C-C 键逐步断裂，苯环数减少。 环的加氧过程是微生物降解多环芳烃的限制步骤 [24]。之后的降解速度较快，因此很少累积中间代谢物。微 生物在降解高分子量 PAHs 时所采用的共代谢方式，是指只有在初级能源物质存在时才能进行的有机化合物 的生物降解过程，提供碳源和能源的物质则称为共代谢底物。微生物共代谢多环芳烃的原因可能有以下三 点[22]：(1)缺少进一步降解的酶系；(2)中间产物的抑制作用；(3)需要其他的基质诱导代谢酶来提供反应中不 能充分供应的物质。许多研究表明在特定基质存在的前提下微生物能够降解高分子量的多环芳烃，如 Mahaffey 等[25]研究发现以水杨酸作为共代谢底物，能提高 Psrudomonasputida.N.C.I.B 9816 对荧蒽和苯并芘 的降解能力。而 1989 年 Mueller 等首次证实了由 7 种微生物组成的群落能够直接利用荧蒽[26]。这个微生物 群落中的 7 种微生物分别起到了不同的作用，有的提供加氧酶和其它降解酶类，有的提供生长因子等，因此 它们对荧蒽的降解是以共代谢方式进行。 微生物修复具有操作简便、易于就地处理等优点，但选择性较高，且耗时较长，并且许多微生物体内 缺乏有效的生物降解酶 [27]。目前，中国研究大多集中于高效降解菌的筛选和降解机理等方面，微生物修复 技术在中国实际应用尚不多见。大量的田间试验结果表明，外源功能菌由于不适应场地条件和复杂的自然 环境，难以同土著菌竞争，其数量或活性通常迅速衰减乃至消失，菌体易流失，有效菌浓度低，生化反应 - 122 http://www.ivypub.org/fes

启动速度慢，环境耐性差。在大规模原位实施时，不能确保持续较高的修复效率。因此，选择最佳生态环 境条件是决定污染土壤微生物修复技术效果的关键所在。当前，正在发展微生物修复与其他现场修复工程 的嫁接和移植技术，以及针对性强、高效快捷、成本低廉的微生物修复设备，以实现微生物修复技术的工 程化应用。 4.2.2

多环芳烃污染土壤的植物修复

植物修复是以植物对 PAHs 的直接或间接的吸收、代谢、转化为基础，利用植物本身及其共同生存的环 境体系对 PAHs 进行去除、转移、降解或固定，从而达到净化土壤的目的。植物修复技术具有绿色、环境友 好、耗费低等特点，被广泛的应用于修复有机、无机污染土壤的研究中去[28-29]。PAHs 污染土壤植物修复技 术原理主要有以下三种：1)植物对 PAHs 的直接吸收与代谢作用；植物通过根部吸收并随植物蒸腾流沿木质 部向地上部迁移转运，或者 PAHs 以气态扩散、大气沉降颗粒物等方式被植物叶片吸收并在组织中积累。高 彦征等[30]的研究表明，12 种植物均能够从土壤中吸收和积累一定浓度的菲和芘。2)植物分泌的生化反应酶 类物质对 PAHs 的降解作用；植物通过根系向土壤中释放促进生化反应的酶类，促进土壤中 PAHs 的降解， 研究表明，PAHs 的降解与植物自身分泌的各种氧化还原酶、水解酶等胞外酶有关，在胞外酶的作用下， PAHs 被转化为植物细胞直接吸收的小分子物质；此外 PAHs 被吸收到植物体后，还可以将其分解，并通过 木质化作用使 PAHs 成为植物体的组成部分，也可以通过代谢或矿化等作用使其彻底降解，或转化成为无毒 性作用的中间产物，储存在植物细胞中[31]。3)植物与根际微生物群落对土壤中 PAHs 的联合降解作用[32]，植 物与根际微生物组成一个互惠互利的共生体系。植物根系释放到土壤中的根系分泌物和酶类物质，一方面 有利于直接降解 PAHs，另一方面，也可刺激根区微生物的活性，提高微生物数量，而且还为高分子量的 PAHs 共代谢提供共代谢底物[33]，间接的促进 PAHs 的降解。Cunningham et.al 研究结果表明，植物每年释放 的根系分泌物质可达总光合产物的 10％~20%[28]。这些物质包括酶、有机酸以及根系脱落的细胞等。因此， 植物根区范围内的微生物明显比其他土体中多[34]，这对环境中 PAHs 的降解起了重要的作用。Chen 等[35]用 同位素示踪的方法研究了植物根际对芘的矿化作用后发现，在 190 d 后，高羊茅和柳枝稷根际对芘的矿化率 分别达到 37.7%和 30.4%，分别比对照组高出 33.3%、26%。丁克强等[36]也指出植物不但可以直接吸收和代 谢土壤中的多环芳烃，其根际效应也显著强化了微生物的降解效果。植物可通过增加土壤微生物的数量、 改变其群落结构或提高其活性从而加快有机污染物的降解。Jennifer 等[37]研究发现，黑麦草、紫花苜蓿的根 系活动能显著提高其根际微生物种群的数量和活性，促进石油烃的降解。Corgie[38]在研究黑麦草根系活动对 根际微生物数量、菲的降解影响时发现，三者间存在着很密切的关系：距离根系越近，微生物种群数越多， 菲的生物降解率也越高。根际土壤生态系统是植物根系的吸收和分泌两个动态过程共同作用下形成的物理、 化学和生物学性质不同于其他土体的复杂的动态的微型生态系统，它的范围只有数毫米，却是一个重要的 高活性环境界面，显著影响有机污染物的行为。 4.2.3

多环芳烃污染土壤的动物修复

土壤动物修复是指通过土壤动物（线虫、原生动物、蚯蚓等）对污染物的直接吸收、转化、分解作用， 以及其对土壤理化性质、土壤肥力、植物和微生物生长的间接促进作用，从而实现污染土壤修复的过程。 在此，笔者以线虫、原生动物和蚯蚓为例阐述土壤动物对多环芳烃污染土壤的修复机理。 线虫是土壤中数量最多、种类最丰富的多细胞动物，与原生动物一样都是土壤动物的主要功能类群之 一。它们均具有分布广，数量大等特点。每平方米土壤中线虫数量可达 7.6×105~2.9×107 条。线虫和原生动 物在土壤生态功能中发挥重要作用[39-40]。它们通过取食作用促进土壤养分的矿化和循环。Woods 等[41]发现 原生动物和线虫都能够促进氮素矿化；并且只有在原生动物存在的条件下微生物固定的氮才能够被植物吸 收；Griffiths[42]通过比较不同生态系统的研究，结果大约有 30%的土壤净矿化氮来源于微型土壤动物的贡献。 - 123 http://www.ivypub.org/fes

食真菌线虫和真菌相互作用同样可以促进氮素矿化[43]。 线虫及原生动物还能够促进微生物的生长繁殖，具体表现为微生物数量的增加或活性的增强。Sundin 等

[44]

发现接种线虫处理的细菌数量是不接种线虫处理的 2.6 倍；同时，胡锋等[43]研究也发现，接种食细菌线

虫促进细菌数量的增幅高达 185 %。Djigal 等[45]利用碱性磷酸酶来表征微生物的活性，发现食细菌线虫虽然 减少了微生物生物量及细菌数量，但却促进了微生物活性。线虫和原生动物对微生物群落结构变化也具有 非常显著的影响。Griffiths 等[46]通过微缩培养体系就线虫和原生动物对微生物群落结构的影响进行研究，发 现食细菌动物的取食明显地改变了微生物群落结构。线虫和原生动物与微生物之间的密切关系，使得线虫 和原生动物在土壤污染修复过程中的作用不容忽视。某些研究发现，原生动物的取食对有机污染物的降解 有很明显的促进作用[47-48]。例如，在 BTEX（苯、甲苯、乙苯、二甲苯统称）烃类饱和的池水底泥中，原生 动物不仅可以大量存在，而且与细菌数量存在固定的比例关系，表明细菌和原生动物的交互作用可能与烃 类的生物降解有关 [49]。Mattison 等[50]进一步构建模式食物链研究原生动物鞭毛虫取食细菌对苯和甲苯生物 降解的影响，发现在鞭毛虫种群对数生长期时，细菌对苯和甲苯的降解速率分别提高到原来的 7.5 倍。此外， 研究者还发现原生动物纤毛虫对多环芳烃的降解有很明显的促进效应，如 Tso 等[48]等报道纤毛虫存在时， 萘的降解率可以提高 4 倍。 蚯蚓属于分布非常广泛的大型土壤动物。它们在活动过程中通过吞食大量的土壤、有机质和植物残落 物而参与到土壤有机质的分解、养分的矿化和释放的物质循环过程中，同时也为土壤微生物和其它土壤动 物构建生存环境，因此被称为“土壤生态系统工程师”。许多研究表明，蚯蚓在土壤中的运动、取食和排泄等 生命活动显著影响了土壤的物理、化学和生物学等性质，主要表现为：改变土壤孔隙，增强土壤透水、通 气性[51]；分解吞入体内的有机物料，转化成植物可以吸收利用的养分[52]；通过取食、排泄等生理活动改变 土壤微生物生物量、微生物活性及其群落结构 [53-54] 。蚯蚓在污染土壤的修复方面具有很大潜力，在维持土 壤生态系统的功能中起着不可替代的作用。具体表现为以下几个方面：(1)蚯蚓对土壤理化性质的影响。① 由于蚯蚓在土壤中的翻动、吞食和挖穴等活动，改善了土壤结构，使土壤表层形成一个结构疏松、通气保 水的优良土层。有研究表明，蚯蚓可以在 10～20 年内将表层 0～15cm 的土壤吞食一遍[55]。同时，蚯蚓爬行 过后留下的爬痕和裂缝以及形成的永久穴道对土壤的通气性、疏水性和孔隙度都非常重要 [56]。② 蚯蚓的排 泄产物—蚓粪，具有很好的孔性、通气性和高持水性，并具有较高的水稳性和良好的团聚体结构 [57]，有利 于水分和空气的自由流通，保护和保持土壤有机物。因此，蚯蚓对土壤团聚体的形成也有不可忽视的作用。 (2)对土壤有机质分解的影响。蚯蚓能够分解、破碎粗有机物料，扩大有机物料与土壤微生物的接触面积， 从而促进有机物的分解，提高土壤养分循环速率。蚯蚓对有机物料的巨大吞噬只有极少数被自身利用，其 余多数有机物料以土壤颗粒有机物、蚓粪等形式又回到土壤中。这些被蚯蚓破碎了的有机物质由于颗粒小、 C/N 比低，很容易被微生物矿化，从而促进了土壤有机质形成。(3)对养分循环的影响。大量的研究结果表 明，蚯蚓能够显著促进土壤 N 的矿化，并且提高了土壤有效态氮的含量[58]。还有研究发现，蚓穴壁 NH4+-N 和 NO3--N 浓度显著高于其他土体，因此也进一步证明了蚯蚓活动对 N 矿化的促进作用[59]。(4)与微生物的相 互关系。虽然有报道表明，某些蚯蚓主要以富含细菌和真菌的土粒为食，而且在蚯蚓肠道内也发现了可以 分泌消化细菌、真菌以及微型土壤动物（包括线虫、原生动物等）的多种酶类 [60]。但是，微生物是否是蚯 蚓的食源，以及微生物在蚯蚓取食和消化过程中的变化目前还不清楚。相反，大量研究表明，通过蚯蚓肠 道后，只有部分细菌可能被蚯蚓消化，而某些微生物类群却能存活下来，并且存活下来的微生物活性和数 量极大提高。例如，Winding 等[61]发现蚯蚓活动使土壤可培养细菌数量增多，原生动物活性加强。 蚯蚓，作为土壤中生物量最大的动物类群之一，在维持土壤生态功能中起着不可替代的作用，它们具 有改善土壤物理结构、改善土壤通气性和透水性、增强土壤肥力等作用。高岩等 [62]报道如果将蚯蚓引入土 壤中，将有利于退化污染土壤生态系统的恢复；另外，蚯蚓体内能携带各种微生物 [63]，在将污染土壤中接 种蚯蚓，等同于同时向土壤中接种了各种微生物，从而提高了土壤中活性微生物量[64]。Luepromchai 等[65]研 - 124 http://www.ivypub.org/fes

究发现，蚯蚓能够提高多氯联苯(PCBs)降解菌的传播，促进土壤中联苯降解菌种群数量的增加。田蕾等 [66] 研究发现，蚯蚓和蚓粪均能促进土壤中菲的降解，而且蚓粪的促进作用要大于蚯蚓本身的作用。胡淼等 [67] 的研究则表明，蚯蚓能够通过生物富集作用降低土壤中菲的浓度。由于蚯蚓的外表皮没有角质层，因此蚯 蚓不仅能够通过取食作用吸收土壤中的有机污染物，也能通过表皮直接吸取土壤中的污染物 [68]。蚯蚓吸收 土壤中的多环芳烃正是通过以下两种途径：1)蚯蚓通过脂质外表皮吸收溶解在土壤孔隙水中的有机污染物， 有机污染物在土壤颗粒、孔隙水和蚯蚓脂质外表皮之间进行分配[69]；2)污染土壤在经过消化道时被研磨、破 碎，致使吸附在土壤颗粒上的有机污染物被释放，从而被蚯蚓吸收利用 [70]。由此可以看出，蚯蚓对污染土 壤的修复主要是通过蚯蚓对土壤生态功能的调节以及自身的生理代谢活动来实现的。理论上，利用蚯蚓的 生物资源促进土壤-植物系统中多环芳烃的去除是可行的。 综上所述，线虫和蚯蚓的活动在改善土壤的理化性质，提高微生物活性，促进 PAHs 污染土壤的修复等 方面具有重要作用。土壤动物在土壤中的活动、生长、繁殖等都会直接或间接地影响到土壤的物质组成和 分布。土壤动物促进 PAHs 污染土壤修复的途径大致有以下几点：1)土壤动物能够直接吸收积累 PAHs，由 于土壤动物能够吸收环境中亲脂类有机污染物，因此当土壤动物在土壤中迁移活动以及取食时，能通过肠 道或体表对土壤中 PAHs 进行富集积累[71]；2)土壤动物有直接降解 PAHs 的潜力，因土壤动物会分泌许多降 解 PAHs 的酶类，例如赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)体内的 P450 细胞色素酶，就能够直接降解多环芳烃[72-73]； 3)土壤动物还可以通过刺激微生物活性促进 PAHs 的降解 [74] 。其中，土壤动物通过刺激微生物活性促进 PAHs 的降解被认为是最主要的途径[75-76]。 从目前来看，生物修复是 PAHs 污染土壤最具发展和应用前景的修复技术。近几年来我们国家的相关 科研单位在生物材料、降解途径以及修复技术研发等方面做了大量工作并取得了一定的研究成果，另外还 展示了一些成功的修复案例。但是随着生物修复范畴及内涵的不断拓展，特别针对复杂的污染土壤及场地 生态系统，每种生物修复技术不仅要克服自身原有的不足，而且还需进一步认识和解决在修复过程中出现 的新现象和新问题，如新型污染物类型的发现、新微生物资源的评价、污染物的土壤修复过程与生态健康 风险、修复技术的复合机制及高效应用等方面。因此，PAHs 污染土壤的生物修复仍面临着极大的挑战， 任务十分艰巨。今后急需在生物资源及其生物降解途径；污染土壤修复过程与生态风险评估；高效稳定持 续的生物联合修复技术研发；生物修复技术的污染场地应用等几个方面展开深入研究。必须融合环境工程 学、地质水文学、环境化学及土壤学等多学科知识，创造更合理的修复条件，构建出高效、环保的修复技 术体系。

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【作者简介】 井永苹（1982--），女，汉，博士，助研，主要从事农业面

通讯作者：李 彦，Email: nkyliyan@126.com

源污染防控、土壤养分循环及生态环境修复等研究； Email: jyp82916@163.com

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