禾本科植物修复多环芳烃污染土壤研究进展.pdf

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 7 期禾本科植物修复多环芳烃污染土壤研究进展刘柏成1，2，李法云1，3，赵琦慧1，2，吝美霞1，4（1 上海应用技术大学生态技术与工程学院，上海 201418；2 上海城市路域生态工程技术研究中心，上海 201418；3 美丽中国与生态文明研究院（上海高校智库），上海 201418；4 湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128）摘要：多环芳烃（PAHs）是一种难生物降解的有机污染物，其污染土壤的高效植物修复技术研发一直是环境修复技术领域极富挑战性的研究课题。植物修复技术具有绿色低碳、经济高效、效果稳定及修复过程安全等优点，在土壤修复行业应用潜力大。禾本科植物在PAHs污染土壤修复方面具有生长周期短、生物量大、覆盖面广、根系发达、抗逆性强等优点，其对土壤中PAHs污染物的降解研究一直方兴未艾。本文探讨了禾本科植物对PAHs污染土壤的修复机理、效果及强化修复方法，阐述了禾本科植物修复PAHs污染土壤的研究现状及发展趋势。关键词：植物修复；禾本科植物；多环芳烃；土壤修复；根际分泌物中图分类号：X53 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）07-3736-13Research progress on remediation of polycyclic aromatic hydrocarbons contaminated soil by Gramineae plantsLIU Baicheng1，2，LI Fayun1，3，ZHAO Qihui1，2，LIN Meixia1，4(1 School of Ecological Technology and Engineering,Shanghai Institute of Technology,Shanghai 201418,China;2 Center for Urban Road Ecological Engineering and Technology of Shanghai Municipality,Shanghai 201418,China;3 Institute of Beautiful China and Ecological Civilization,University Think Tank of Shanghai Municipality,Shanghai 201418,China;4 School of Resources and Environmental Science,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,Hunan,China)Abstract:Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)is a kind of organic pollutant which is difficult to biodegrade.Research and development of efficient phytoremediation of contaminated soil has always been a challenging task.Phytoremediation technology has the advantages of green and low carbon,low cost,stable effect and safe remediation process,so it has great potential in soil remediation.Gramineae has the advantages of short growth cycle,large biomass,wide coverage,developed root system and strong stress resistance in the remediation of PAHs contaminated soil,and its research on the degradation of PAHs pollutants in soil has been in the ascendant.In this paper,the remediation mechanism,effects and enhanced remediation methods of PAHs contaminated soil by Gramineae plants were discussed,and the research status and development trend of Gramineae remediation of PAHs contaminated soil were expounded.Keywords:phytoremediation;Gramineae;polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs);soil remediation;rhizosphere exudates综述与专论DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1571收稿日期：2022-08-24；修改稿日期：2022-10-04。基金项目：国家重点研发计划（2020YFC1808802）；上海市地方能力建设计划（20090503200）。第一作者：刘柏成（1999），男，硕士研究生，研究方向为有机污染土壤修复技术。E-mail：。通信作者：李法云，教授，研究方向为环境生态修复技术。E-mail：。引用本文：刘柏成,李法云,赵琦慧,等.禾本科植物修复多环芳烃污染土壤研究进展J.化工进展,2023,42(7):3736-3748.Citation：LIU Baicheng,LI Fayun,ZHAO Qihui,et al.Research progress on remediation of polycyclic aromatic hydrocarbons contaminated soil by Gramineae plantsJ.Chemical Industry and Engineering Progress,2023,42(7):3736-3748.37362023年7月刘柏成等：禾本科植物修复多环芳烃污染土壤研究进展在土壤环境内诸多的污染物中，由于多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）的致癌、致畸和致突变的“三致”作用及其难以去除的特性，美国环境保护署（U.S.Environmental Protection Agency，US EPA）于1979年将其列为优先控制污染物。化石燃料燃烧或工业生产的副产品均可导致大量的PAHs排放。资料表明，2014年全球因工业生产导致约4.7105t的PAHs排入环境中1，其中大部分的PAHs进入土壤环境中。目前，有关PAHs污染环境工程修复方法大多成本昂贵，且可能存在带来二次污染的风险，研发有关环境友好且低成本的修复方法日益受到了国家、组织或团体的重视2。目前，针对PAHs污染土壤的修复方法一般可以分为物理修复方法、化学修复方法与生物修复方法3，如图1所示。物理修复方法包括加热法、萃取法、客土法等。物理修复方法耗时短、操作简便，但其普遍存在成本较高的问题，且不能实现污染物的彻底去除4。化学修复法可基于氧化剂的性质，将其分为芬顿氧化法、高锰酸钾氧化法、过硫酸盐氧化法和臭氧氧化法等。化学修复法适用范围广，但其可能会为土壤带来二次污染的风险。基于当前国内外相关领域的研究进展，环境友好、成本低廉、效果稳定和不易产生二次污染的生物修复法正成为研究重点5。在生物修复方法中，可以按照发挥作用的主体将其分为动物修复、微生物修复与植物修复。动物修复通过土壤动物与降解菌的交互作用来影响土壤中PAHs的去除。土壤动物一般通过3个方面来影响相关降解菌的活性：土壤动物通过物理活动，可以提高土壤通气性，改善生存环境；土壤动物直接取食降解菌，可以缓解菌的生存压力；土壤动物的分泌物可以刺激相关菌的生长发育6。已有研究证明线虫、蚯蚓等土壤动物在PAHs污染土壤修复中的作用不容忽视6-7。微生物修复是通过利用土壤原生微生物、外源高效降解菌，在人工设置的条件下对PAHs实现加速降解效果的修复方法8。微生物的强化修复一直是微生物修复相关领域研究热点。微生物固定化载体技术作为一种新型生物强化手段，其研究进展一直备受重视。植物修复可以通过不同的机制促进PAHs的去除，如直接吸收和积累、刺激微生物活性以及植物根际与酶的共同作用等。其广泛具有低成本、低能耗、环境友好等诸多优势。禾本科植物普遍具有发达的纤维状根系，能够最大限度吸收污染物，环境抗逆性强，在 PAHs 污染土壤修复领域具有较大潜能。本文总结了禾本科植物修复PAHs污染土壤的机理、效应和强化修复方法，并对未来禾本科植物-微生物联合修复PAHs污染土壤的研究进行了展望，以期为PAHs污染土壤修复相关领域提供新的思路。1 PAHs污染土壤修复研究发展趋势分析为系统了解国内外多环芳烃污染土壤修复方法和技术的发展趋势，对近10年（20122022）国内外的相关研究文献进行总结分析。国外文献来源于Web of Science，国内的文献研究来源于中国知网CNKI，分别以“Remediation of polycyclic aromatic hydrocarbon contaminated soil”“多环芳烃污染土壤修 复”“Phytoremediation of polycyclic aromatic hydrocarbons contaminated soil”和“多环芳烃污染土壤植物修复”作为关键词进行检索，并按照全记录和引用的参考文献的格式进行导出。使用VOSviewer软件，阈值设定为10，即关键词的出现次数不少于10次，生成可视化共线时间图（图2、图3）。图2、图3表明，近10年国外有关PAHs污染土壤修复和植物修复的研究中，以评价性综述类文章发表量居多，内容以土壤修复的局限性和对人类图1多环芳烃污染土壤修复方法比较 化工进展，2023，42（7）健康的危害为分析重点。从污染物形态来分析，研究的对象为荧蒽（fluoranthene）、萘（naphthalene）和苯并芘（benzopyrene）。从修复方法进行分析，化学修复、植物修复、微生物修复（修复菌群主要以假单胞菌属、杆菌属、放线菌属等为代表）为研究热点，且植物修复与微生物修复呈现高度相关性。从化学修复手段进行分析，2015年后的研究主要集中于对芬顿氧化剂的探索。从植物修复手段进行分析；2017年以后，植物修复成为研究重点，主要以苜蓿盆栽实验进行，研究更加集中于植物根系对PAHs的吸附作用、污染胁迫下的植物生理效应和营养状况9。20172018年，主要研究对象从图2国外PAHs修复关键词可视化共线时间图图3国外PAHs植物修复关键词可视化共线时间图 37382023年7月刘柏成等：禾本科植物修复多环芳烃污染土壤研究进展苜蓿类植物逐渐过渡为禾本科植物（其中以黑麦草为主），研究开始逐步聚焦于植物根际土壤微生物群落的丰富度、基因型、多样性、土壤酶活性（多酚氧化酶）等，污染物形态由单一的PAHs转变为多种污染物（PAHs与镉的复合污染等），并开始尝试将植物修复运用到场地之中。2019年至今，植物联合根际土壤微生物共同降解PAHs的降解途径和降解产物正在上升为研究热点10。由上述资料可见，国外的PAHs污染土壤植物修复研究中，经历了由单一污染物形态转向复合型，修复手段从化学修复转向生物修复，修复植物种类从单种转向多种植物联合，宏观植物生理特性的研究转向微观根际微环境的研究，单植物修复作用转向植物与微生物、表面活性剂、土壤改良剂联合作用等几个阶段的发展。图4、图5表明，国内对PAHs污染土壤修复的图4国内多环芳烃污染土壤修复关键词可视化共线时间图图5国内植物修复PAHs污染土壤关键词可视化共线时间图 化工进展，2023，42（7）研究中，其污染物研究对象以菲和芘（pyrene）为主，少数是苯并a芘（Benzoapyrene），复合污染物多以PAHs和重金属镉（cadmium）的复合状况居多。修复方法以植物修复和生物修复为主。在生物修复方法中，添加生物表面活性剂（如鼠李糖脂、Tween 80等）的强化修复是研究热点。修复场所以焦化场地和农田土壤为主。以时间线来分析，20122015年间，植物修复是PAHs污染土壤修复的研究热点，主要受试植物是禾本科植物黑麦草。20152016年，PAHs污染土壤修复以微生物修复为研究重点，研究关注于PAHs降解菌的群落丰富度、固定化微生物手段等方面11。20162017年，表面活性剂被应用于PAHs污染土壤的修复之中，且植物与微生物联合作用成为研究热点。2017年至今，生物炭在PAHs污染土壤修复中的作用受到生态学者的广泛关注12-13。研究重点开始从实验室转移到污染场地实际修复14，例如PAHs与重金属复合污染修复。在植物修复方面，植物与微生物共生的根际微环境成为研究热点。在国内PAHs污染土壤修复的研究中，经历从盆栽到污染场地、从单一修复方法到复合修复方法、从宏观层次到微观层次等几个阶段的发展。综上所述，国内与国外研究现状相比，整体的发展进程是相似的，均是从单一的方法到多种手段结合、从宏观环境到微环境的研究。然而，在强化植物修复PAHs污染土壤及场地应用方面，国内研究相对落后于国外，这方面的研究仍亟待加强。2 禾本科植物对PAHs污染土壤的修复机理2.1 禾本科植物的生态学特性禾本科植物（Poaceae，也称Gramineae）主要包括稻亚科、竹亚科、早熟禾亚科等12个亚科和少数不确定类群，最新的研究表明其共有668属的约10000余种，其中中国有禾本科植物200余属的约1200多种。禾本科植物的生境覆盖地表约40%的面积，包括温带的草原、热带的稀树草原、亚热带的农田等。禾本科植物在不同的生态学领域中发挥着不同的作用。禾本科植物通过对地球的碳循环产生影响，提高地球的总光合生产力。单子叶禾本科植物对重金属污染可产生去除作用。已有研究证明，高羊茅、多花黑麦草、剪股颖等禾本科植物对重金属铬（Cr）、铜（Cu）、铅（Pb）的蓄积作用15-16。禾本科植物不仅可去除重金属污染物，对有机污染物也有良好的去除作用。在二氯苯（PDCB）污染土壤种植黑麦草，发现黑麦草对二氯苯（PDCB）的蓄积量显著提高17。禾本科植物在降解PAHs污染方面具有其独有的生态学优势，具有生长周期短、生物量大、覆盖面广、根系发达、抗逆性强等优点。表1以优势PAHs修复禾本科植物多年生黑麦草和豆科植物白三叶为例。禾本科植物相较于其他科的植物，具有较短的降解周期，一般在6080d即可达到要求，如禾本科植物高羊茅70d时菲、芘去除率可达到 52.82%83.28%、47.27%75.39%18。禾本科植物可以覆盖污染土壤，减少PAHs向大气中的耗散，以减少二次污染。得益于禾本科植物普遍具有抗逆性，在PAHs污染土壤中，禾本科植物能够正常进行生长发育过程。根系方面，禾本科植物的根系呈现网状结构，能够较好吸附土壤中的PAHs。而且禾本科植物的次生根代谢物更可以促进原生土壤中降解菌的活性，强化生物修复过程。禾本科植物体内富含糖类、淀粉类和纤维类物质，可以把体内的糖类、淀粉类和纤维通过工业方法转化变成乙醇19，进行二次利用，降低成本，例如禾本科能源植物柳枝稷、象草、狼尾草、南荻等20，见表2。2.2 禾本科植物对PAHs污染土壤修复机理2.2.1 禾本科植物直接吸收作用植物对土壤有机污染物有着直接的吸收作用22。植物通过植物根系的吸收作用来达到去除污染物的目的。根部的吸收作用，按照吸收的方式可以分为主动运输与被动运输。禾本科植物的地下部分对PAHs有着更强的富集能力。通过分别计算黑麦草根与茎叶的植物富集系数（PCF），发现黑麦草根对PAHs的富集能力高于茎叶23。Ni等24发现水稻种植150d后其根部PAHs含量显著高于地上部。PAHs进入禾本科植物体内后，在根系中以游离态的形式存在。在向上转移的过程中，游离态和表1禾本科植物多年生黑麦草与豆科植物白三叶对比指标生物量/g21地下部PAHs含量/gkg121生物富集系数BCF21总PAHs降解率21多年生黑麦草13.091.78/盆（10株）733.00.08546.8%白三叶3.050.13/盆（10株）576.70.06140.6%37402023年7月刘柏成等：禾本科植物修复多环芳烃污染土壤研究进展束缚态的比例会发生变化25。如黑麦草和三叶草体内菲的形态，在茎中游离态菲与束缚态菲的比例则为64。由于PAHs是疏水性有机污染物，禾本科植物根系成分也会影响PAHs的降解率。张明26研究发现根系中的脂肪和碳水化合物对黑麦草吸附PAHs均有较高的贡献。张晓斌27在小麦根系上的研究也得到相似的结论。2.2.2 禾本科植物根际分泌物对PAHs胁迫的响应植物根系分泌物作为对抗逆境的一种手段，植物可以通过分泌不同的化合物来达到不同的效果。禾本科植物根系分泌物降解PAHs主要通过3种途径：根系直接分泌相关酶降解PAHs，例如过氧化物酶与酚氧化酶；根系分泌物通过提高PAHs的生物有效性来使其降解，例如氨基酸和有机酸；根系分泌物通过影响根际微生物的活性来促进PAHs的降解，例如维生素、核苷酸、多糖类等物质28。（1）根际相关酶的作用。禾本科植物根际降解机制是根际相关酶（过氧化物酶、蛋白酶、漆酶、水解酶、脂肪酶等）的分泌。Kon等29研究发现玉米的锰过氧化物酶、木质素分解酶的活性与PAHs的降解密切相关。不同种植物根系分泌物对PAHs的降解有差异。Dubrovskaya等30研究发现高粱和紫花苜蓿根际过氧化物酶对PAHs及其衍生物的活性不同。阴离子紫花苜蓿过氧化物酶能够氧化PAHs的衍生物，阳离子高粱过氧化物酶能够氧化母体PAHs。这对多种植物混播修复PAHs污染土壤的方法具有指导意义。在禾本科植物根际分泌物降解PAHs产物的研究中，根际酶可以将PAHs转化为无毒的物质。玉米根际酶可以将萘、芘、荧烯和菲等转化为4-羟基苯甲酸甲酯和2,3-二羟基萘，这两种物质可以用于食品防腐剂添加剂和化妆品中31。关于PAHs降解副产物的二次利用，会成为今后研究的热点，这对降低修复成本、降解副产物的回收具有重要意义。禾本科植物降解PAHs，有着独特的降解途径。以往的研究表明芘降解途径主要是通过双氧化途径。Zheng等32发现在火凤凰根际酶刺激下，首次提出芘通过单双氧合途径进行降解，如图6所示，并首次发现芘的环氧化产物1-羟基芘。（2）低分子量有机酸的作用。其中值得关注的是，低分子量有机酸（LMWOA，MW500）作为禾本科植物根系分泌物中活跃部分，正成为国内外学者研究的一个新领域。研究发现LMWOA既可以通过增强根际存在的营养物质和矿物质的溶解，为微生物生长提供碳源和能量，促进根际微生物种群的增长，还可以与PAHs等难溶性有机污染物结合。Sivaram等33通过向玉米和苏丹草根际分离菌添加LMWOA混合物，结果显示LMWOA促进根际微生物降解高环PAHs。Sun等34选取丝氨酸、苹果酸、果糖和丙氨酸这4种常见的禾本科植物根系分泌物，探究其对菲溶解有效性的影响，研究结果表明4种分泌物均可提高土壤中菲的提取率，其中果糖对土壤吸附菲的抑制程度最低，氨基酸（丙氨酸、丝氨酸）的作用效果中等，有机酸（苹果酸）的效果最佳。在PAHs胁迫下，植物根际分泌LMWOAs具有物种特异性。木榄根际中，乳酸是唯一与PAHs污染水平呈正相关的LMWOAs，柠檬酸是唯一与PAHs水平呈显著负相关的LMWOAs35。（3）根系分泌物对根际微生物的作用。禾本科植物根系分泌物可以增强对根际微生物的非特异性刺激，PAHs在禾本科植物根际分泌物存在时生物降解速度加快。Xie等36通过模拟根际黑麦草的根系分泌物，发现根际分泌物可以被土壤中的相关微生物作为 C 源、N 源来参与芘降解的生化过程。Techer等37对PAHs污染土壤原生菌的生物量和分解代谢活性进行评价，发现芒草根分泌物对细菌的生长和PAHs的分解代谢活性有促进作用，并进一步发现主要起作用的是槲皮素。2.2.3 禾本科植物与根际微生物的联合作用根际微生物以PAHs为唯一碳源和能量来源，表2禾本科能源植物中文名纳皮草（象草）多年生芦苇金丝雀草（RCG）芒草柳枝稷五节芒学名Pennisetum purpureum Schum.Phalaris arundinacea L.MiscanthusPanicum virgatum L.Miscanthus floridulus(Lab.)Warb.ex Schum.et Laut.科名禾本科禾本科禾本科禾本科禾本科属名狼尾草属虉草属芒属稷属芒属分布区域原产非洲。引种中国、印度、缅甸、大洋洲及美洲温带地区，但亚热带地区可栽培国内外均有所分布温带、热带、亚热带地区均有所分布主要分布在热带和亚热带地区 化工进展，2023，42（7）在相关酶的作用下，通过好氧、厌氧等途径使苯环断裂，如图7示意了好氧菌降解菲的一般途径。研究表明，植物进行光合作用固定太阳能，其中有20%的能源通过根际的沉积作用达到根系，以供根系周边的游离放线菌、固氮菌、根瘤菌、AM真菌等微生物利用使其正常进行代谢和繁殖过程。在根际土壤之中，微生物的活性远高于正常土壤。例如在细长燕麦根际土壤中，异养菌的种群数量是正常土壤的4.4倍，菲降解菌的数量是正常土壤的9.3倍38。不同种植物与根际微生物，其联合作用机理也不同。杨柳科植物的碳释放量远高于其他植物的平均水平，高碳释放量有利于促进根际微生物的活性，对PAHs降解菌有着更高的富集能力，代表植物为杨柳39。豆科植物能够与根际降解菌共生形成菌根，可以有效固定土壤中游离N，还可以与AM真菌形成共生模式，为根际降解菌提供营养和生存图6火凤凰单双氧合途径降解芘 37422023年7月刘柏成等：禾本科植物修复多环芳烃污染土壤研究进展条件，代表植物有紫花苜蓿、三叶草等40。禾本科植物发达的根系可以为根际微生物的生存提供适宜的环境条件，根系分泌物可以增加土壤有机质，刺激微生物生长发育，达成一种互惠体系。2.3 禾本科植物对PAHs污染土壤修复效果根据当前研究进展，已有前人研究证实禾本科植物、菊科植物、豆科植物、草本科植物在修复PAHs污染土壤时均有不错的效果。由于禾本科植物发达的纤维状根系结构，使其能极大限度地吸收污染物，同时其具有较强的抗逆性，所以在同等污染程度的土壤之中，禾本科植物的修复效果更好。现阶段，通常于实验室内采用盆栽实验进行禾本科植物修复实验。如表3所示，黑麦草、苏丹草、高羊茅、柳枝稷等禾本科植物均表现出对PAHs污染土壤良好的修复效果。通过研究苏丹草、白三叶和羊茅3种禾本科作物对PYR的生物降解，相同种植密度下，苏丹草、白三叶和羊茅对根际PYR的降解率分别为34.0%、28.4%和 9.9%41。Guarino 等42通过对意大利南部Bagnoli棕地PAHs污染土壤进行植物修复，发现单子叶禾本科植物节节麦（Pip）、蓝羊茅（Fes）根系 PAHs 积累量最大。而通过苏丹草进行相似实验，也得到了相似结果，苏丹草对PAHs的总去除率在20d后达到最大值98%57%43。更加值得注意的是一种特殊的修复植物火凤凰Fire Phoenix（为禾本科组合植物，包括高羊茅和大羊茅等），研究其对PAHs污染土壤的修复效果，经150d培养，火凤凰对8PAHs的降解率高达99.40%44。图7好氧菌降解多环芳烃菲的一般途径表3盆栽实验下中的多环芳烃类污染土壤的禾本科植物修复禾本科植物多花黑麦草 Lolium perenne L.苏丹草 Sorghum vulgare玉米 Zea mays火凤凰，为禾本科组合植物，包括高羊茅和大羊茅等（Fire Phoenix）高羊茅与柳枝稷污染物初始浓度将5g土壤浸泡在含有菲的丙酮中，处理后的土壤与未受污染的土壤混合稀释，最终浓度分别为 5mg/kg、50mg/kg 和200mg/kg将400g的土壤称重，喷洒多环芳烃溶液（荧烯、菲、荧蒽和芘各1mg/mL），最终浓度为400mg/kg将1mg、5mg和10mg的苯并a芘分别溶于25mL丙酮中，向土壤中添加苯并a芘。丙酮和苯并a芘的溶液与250g土壤混合，待丙酮在通风柜内完全挥发后再与750g土壤混合按试验设计将污染土壤稀释至70.8079.81mg/kg。8PAHs组 成 为：1.191.47mg/kg 氟 蒽，2.393.42mg/kg 芘，2.712.88mg/kg 苯并a蒽，1.273.68mg/kg，7.579.90mg/kg 苯并b荧蒽，1.904.88mg/kg苯并k荧蒽，12.3518.17mg/kg苯并a芘，38.1840.06mg/kg二苯并a,h蒽干净土壤受到14C-芘（Sigma Science）和未标记芘的污染，使芘的总浓度为50mg/kg污染修复的效果在5mg/kg、50mg/kg和200mg/kg菲处理中，菲降解率分别为81.1%、90.4%和85.0%，而不加黑麦 草 的 盆 栽 中 菲 降 解 率 为 73.5%、86.2%和67.6%45苏丹草对多环芳烃的去除率在20d后达到最大值，去除率为98%57%43在60d的温室种植中，观察到的苯并a芘单一污染土壤中的耗散率达到42%63%46经150d培养，火凤凰对8PAHs的降解率可达99.40%44培养 190d 后，种植高羊茅和柳枝稷的土壤中14C-芘的矿化率为37.7%和30.4%，对照土壤中14C-芘的矿化率为4.3%47 化工进展，2023，42（7）3 PAHs污染土壤禾本科植物强化修复方法3.1 禾本科植物与其他植物间作在一些污染物较复杂的污染土壤中，单作禾本科植物的修复作用难以满足要求。通过禾本科植物与其他科植物间作，既提高植物生物量，又促进土壤酶活，进而强化修复作用（图8）。Cheema等48选择禾本科植物高羊茅分别与豆科植物紫花苜蓿、十字花科植物油菜间作，结果显示间作模式下组合植物的水溶性酚类化合物（WSP）渗出率和脱氢酶活性大大提升，对土壤中菲和芘有更高的降解率。王娇娇等49也做过类似实验。他们通过将黑麦草、苏丹草、香根草和甜菜单作与间作，发现在间作模式下，禾本科植物黑麦草、苏丹草、香根草的生物量均有所提高，且PAHs的降解率间作模式显著高于 单 作 模 式。禾 本 科 植 物 地 毯 草（Axonopus compressus）、菊 科 植 物 飞 机 草（Chromolaena odorata）和 豆 科 植 物 翅 豆（Psophocarpus tetragonolobus）间种于镉和菲共污染土壤，得到了相似结论50。但间作植物种类的选择也会影响修复效率。有些植物会与禾本科植物产生种间竞争效应，影响禾本科植物的生长发育，例如玉米和黄瓜51。因此，合理地选择间作植物将成为未来研究的热点。3.2 添加表面活性剂强化PAHs污染土壤修复PAHs生物可利用性低，很难被植物从土壤中吸附，添加表面活性剂可以强化禾本科植物的修复。表面活性剂强化植物修复技术（surfactant-enhanced phytoremediation，SEPR），是以表面活性剂溶解难溶有机物的特性为基础，增强PAHs的生物可利用性，提高修复效率的一种手段52。不同种类与比例的SEPR组合对PAHs的降解具有不同的影响53。现今研究的SEPR可以分为合成表面活性剂、生物表面活性剂和双子表面活性剂（gemini）3种。由于合成表面活性剂易于获得，价格低廉，有着更大的应用范围，如表4是一些常见的合成表面活性剂的种类和理化性质。在强化禾本科植物修复的使用中，合成表面活性剂Tween 80与生物表面活性剂由于其易生物降解、毒性小的特性，受到了研究人员的关注。添加合成表面活性剂和生物表面活性剂均能提高禾本科植物的修复效率。Keshavarz等54通过向香根草喷洒Tween 80，香根草的生物量和PAHs降解率显著提高。氮三乙酸（NTA）和茶皂素（TS）的添加提高了土壤溶解有机质和土壤微生物活性，促进苏丹草对土壤中镍和芘共修复效率55。值得注意的是，以胶体气体泡沐形式（CGA）组成的表面活性剂，在去除PAHs方面也有着不错的效果。CGA悬浊液和生物表面活性剂的组合溶液可能为高浓度PAHs 去除提供新的思路，未来仍需加强相关的研究。3.3 修复过程中的环境因子优化调控作用在PAHs污染土壤修复的过程中，环境因子占据着主要的地位。众多的环境因子例如营养元素、温度、光照、盐碱值等的缺失或者失衡，都会对禾本科植物降解PAHs的效果有着显著的影响。（1）营养元素 由于PAHs污染土壤中P、N、图8可与禾本科植物间作修复的优势植物表4常见合成表面活性剂的种类和理化性质表面活性剂Tween2056Tween8057Brij3557CTAB58DDEAB59SDS57组分聚氧乙烯脱水山梨糖醇单月桂酸酯聚氧乙烯脱水山梨糖醇单油酸酯聚（氧乙烯）23十二烷基醚十六烷基三烷基溴化铵十二烷基乙基二甲基溴化铵十二烷基硫酸钠化学式C58H114O26C17H35COOS6(OCH2CH2)20OHC12H25(OC2CH2)23OHCH3(CH2)15NBr(CH3)3(CH3(CH2)11N+(CH3)2C2H5)BrC12H25OSO3Na分子量1227.5413091200364.45322.37288.38临界胶束浓度/mm0.120.0270.0550.784145.5种类非离子型合成表面活性剂非离子型合成表面活性剂非离子型合成表面活性剂阳离子型合成表面活性剂阳离子型合成表面活性剂阴离子型合成表面活性剂 37442023年7月刘柏成等：禾本科植物修复多环芳烃污染土壤研究进展K等营养元素的缺失，禾本科植物会受到毒害，其修复作用会受到影响。通过人为调控，可以在一定程度上减轻禾本科植物受到的毒害作用。Steliga和Kluk60通过施加无机肥“Azofoska”到PAHs复合污染土壤中，有效地增强了高羊茅对 PAHs 的抗性。施肥还可以帮助植物克服污染土壤中PAHs引起的生长障碍。在中高浓度的PAHs污染土壤中，植物的生长是受限的，施肥可以改善这一现象。Cartmill 等61通过向中高浓度 PAHs 沙土中控释肥料，结果显示黑麦草的适应性、生长、光合作用和叶绿素含量均有所提高，并对根际细菌数量有良好的促进作用。（2）温度 高温与低温都会对禾本科植物生长产生危害，其中低温的胁迫更加严重。长期处在低温胁迫条件下的禾本科植物，其生长发育缓慢，生物量降低，根系分泌物减少，进而影响修复效果。低温还会导致禾本科植物根际微生物的活性减弱。PAHs的生物利用度也随着温度的升高而上升。因此，最佳降解温度的调控将提高禾本科植物的修复效率。（3）光照 不同的光照强度限制着禾本科植物的生长。在缺少光照的条件下，禾本科植物将会把更多的资源和能量分配给地上部分，来帮助其最大程度地获取光能。地下部分资源的短缺会造成根系发育迟缓，根系分泌物的分泌受到遏制，根系的直接吸收作用也会减弱。长期得不到完整光照的禾本科植物，生长缓慢，修复周期变长。通过人为调控光照的强度，以保证植物获取足够的光能，可以有效促进PAHs的降解。（4）盐碱度 盐胁迫会造成禾本科植物离子毒害、发芽率低、抑制生长等危害。随着盐碱度的增加，高羊茅和中华羊茅等羊茅属植物的发芽率大幅降低，地下部根的数量和长度减少，地上部萎缩，叶绿素含量呈现下降趋势。过高的盐浓度还会导致根际非嗜盐微生物的矿化度降低。通过人为施加改良剂可以减轻高盐碱的毒害，进而优化修复效果。外施硅、氯化钙、水杨酸和水热炭源改良剂等均可有效提高其耐盐性，具有很好的研究前景62-65。4 展望我国政府对土壤污染防治十分重视，国务院于2016年发布土壤污染防治行动计划后，又于2021年发布了关于深入打好污染防治攻坚战的意见。由于植物修复具有稳定性好、低成本、绿色友好等优点，在PAHs污染土壤修复领域有着广泛的应用空间。在禾本科植物修复PAHs污染土壤的过程中，禾本科植物根际酶的活性、微生物的活性、环境因子的调控均能影响PAHs污染土壤的修复作用。针对植物修复降解周期长、降解效率相对不足等缺点，稳定、绿色、高效、低耗的禾本科植物修复技术将是未来研究的重点方向。（1）重视禾本科植物在PAHs污染场地修复应用研究。当前研究进展仍局限于实验室规模，未来需要向实际的应用场地进行转化，应用生物反应器原理，将禾本科植物运用到污染场地和农田规模研究之中。（2）加强禾本科植物修复PAHs污染土壤根际微域机理与调控研究。关于禾本科植物根际分泌物与微生物联合促进PAHs的降解作用已经得到相关研究证实，有关根际分泌物与微生物联合降解PAHs的途径、对微生物多样性影响及根际修复调控措施等可予以重点关注。（3）PAHs污染土壤禾本科植物强化修复技术研究。迄今为止，虽然在PAHs污染土壤植物修复强化方法方面，国内外研究已开展了环境因子调控、添加表面活性剂、微生物联合修复和间种等手段，但鉴于未来土壤修复技术的低碳、稳定、高效和低成本发展方向，有关禾本科植物与低成本生物载体固定化微生物联合修复仍将是未来技术研发重点。参考文献1 LI Ruifei,HUA Pei,KREBS P.Global trends and drivers in consumption-and income-based emissions of polycyclic aromatic hydrocarbonsJ.Environmental Science&Technology,2022,56(1):131-144.2 程国玲,李培军,王凤友,等.多环芳烃污染土壤的植物与微生物修复研究进展J.环境污染治理技术与设备,2003(6):30-36.CHENG Guoling,LI Peijun,WANG Fengyou,et al.The progress of phytoremediation and microbial remediation on PAHs contaminated soilJ.Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control,2003(6):30-36.3 张泽霆,陈英,陈东,等.生物修复石油污染土壤研究现状J.土壤通报,2019,50(1):246-252.ZHANG Zeting,CHEN Ying,CHEN Dong,et al.Review on bioremediation for the petroleum contaminated soilJ.Chinese Journal of Soil Science,2019,50(1):246-252.4 吕莹,胡学武,陈素素,等.多环芳烃污染土壤的微生物修复技术研究进展J.化工进展,2022,41(6):3249-3262.LYU Ying,HU Xuewu,CHEN Susu,et al.Advances in microbial remediation of soils polluted by polycyclic aromatic hydrocarbonsJ.Chemical Industry and Engineering Progress,2022,41(6):3249-3262.5 刘维涛,李剑涛,郑泽其,等.微生物固定化技术修复石油烃污染土 化工进展，2023，42（7）壤J.应用技术学报,2021,21(4):339-347.LIU Weitao,LI Jiantao,ZHENG Zeqi,et al.Microbial immobilization technology for bioremediatio