1. 引言
石油烃（Petroleum Hydrocarbons）污染土壤的修复是当前环境领域的重大挑战。生物修复（Bioremediation）和植物修复（Phytoremediation）因其环境友好和成本效益而备受青睐，但其效率常受限于污染物生物有效性低、过程缓慢等因素。多年生黑麦草（Lolium perenne）因其发达的根系和对逆境的高耐受性，常被用于修复实践。近年来，纳米材料（Nanomaterials）因其独特的物理化学性质，如巨大的比表面积和高反应活性，在增强污染物生物有效性、催化其转化以及促进微生物和植物活动方面展现出巨大潜力。其中，氧化石墨烯纳米颗粒（Graphene Oxide Nanoparticles, GO-NPs）和氧化锌纳米颗粒（Zinc Oxide Nanoparticles, ZnO-NPs）是两类备受关注的材料。本研究旨在评估将GO-NPs或ZnO-NPs与细菌群落接种（Bioaugmentation）及L. perenne植物修复相结合，对提升石油烃污染土壤修复效率的协同作用。
2. 结果
2.1. 生物降解研究 – 实验室规模
2.1.1. 呼吸计量测试
利用OxiTop呼吸计量系统评估微生物活性。结果表明，接种细菌群落并添加纳米材料显著影响了生物降解进程。在仅接种细菌的对照样品中，90天耗氧量为1944.8 mg O2/dm3。添加GO-NPs和ZnO-NPs在适中剂量（20 mg/kg 干重，DM）下最能刺激微生物活性，GO-NPs处理耗氧量最高达5147.8 mg O2/dm3，ZnO-NPs处理为4836.6 mg O2/dm3。然而，当纳米材料剂量过高（如100 mg/kg DM）时，耗氧量下降，表明高浓度可能对微生物产生抑制或毒性效应。
2.1.2. 色谱分析
总石油烃（TPH）降解：初始土壤TPH浓度为6062.59 mg/kg DM。在仅接种细菌的对照中，降解率为44.23%。添加20 mg/kg DM的GO-NPs使TPH降解率提升至70.47%，ZnO-NPs使其提升至67.68%。但过高剂量（100 mg/kg DM）会降低效率。对不同碳链长度烷烃的分析显示，纳米材料的添加显著提升了轻质和中质烷烃（n-C6–n-C21）的降解率，甚至对较难降解的重质烷烃（n-C22–n-C36）也有明显促进作用。
多环芳烃（PAHs）降解：初始PAHs浓度为12.05 mg/kg DM。对照组的PAHs降解率为36.98%。添加20 mg/kg DM的GO-NPs和ZnO-NPs分别将降解率提高至56.19%和54.94%。对不同环数PAHs的分析表明，纳米材料对所有环数的PAHs降解均有促进，尤其是对2-3环的PAHs（如萘）效果更显著，而对4-6环的重PAHs的降解提升幅度相对较小。
2.2. 植物修复研究 – 半技术规模
2.2.1. 色谱分析
在L. perenne植物修复阶段，纳米材料的增效作用更为明显。在“植物+细菌”的系统中，TPH和PAHs的降解率分别为63.22%和61.86%。添加GO-NPs后，TPH降解率提升至81.85%，PAHs降解率提升至73.19%。添加ZnO-NPs后，TPH和PAHs降解率分别达到80.9%和70.66%。纳米材料同样大幅提升了重质烷烃和多环PAHs的降解效率。
2.2.2. 植物材料分析
L. perenne在含纳米材料的土壤中生长更佳。与仅接种细菌的对照相比，添加GO-NPs使植物根系和地上部的干生物量分别增加了约30.8%和27.6%，ZnO-NPs处理分别增加了约29.7%和18.7%。
污染物在植物组织中的累积分析显示，纳米材料处理增加了TPH和PAHs在植物根和地上的积累量，且根部积累量始终高于地上部。例如，GO-NPs处理使根和地上部的TPH浓度分别增加了74.6%和90.7%，PAHs浓度分别增加了59.8%和91.0%。这表明植物修复过程涉及显著的植物稳定（Phytostabilization）和根际降解（Rhizodegradation）。
2.3. 毒理学分析
采用Microtox（发光细菌）、Ostracodtoxkit（介形虫）和Phytotoxkit（植物）测试评估土壤毒性，结果以毒性单位（Toxicity Units, TUs）表示。初始污染土壤毒性很高（TUs: 8.70–13.05）。仅采用“植物+细菌”修复后，毒性显著降低（TUs: 5.14–6.81）。而额外添加GO-NPs或ZnO-NPs后，土壤毒性进一步大幅下降，TUs降至2.50–3.30范围，其中GO-NPs处理通常显示略低的毒性值，表明其解毒效果更优。
3. 讨论
本研究证实，将纳米材料（GO-NPs/ZnO-NPs）与生物强化（细菌接种）和植物修复（L. perenne）相结合的集成策略，能产生显著的协同效应。适中剂量（20 mg/kg DM）的纳米材料能最有效地刺激土壤微生物活性，提高疏水性石油烃（TPH/PAHs）的生物有效性，从而促进其微生物降解和植物提取。纳米材料还能促进植物生长，增加生物量，这可能源于其改善了土壤微环境或直接对植物的生理刺激。整个修复过程并未因纳米材料的加入引入二次毒性，反而使土壤的整体生态毒性大幅降低。这种“纳米材料-微生物-植物”三位一体的修复模式，为高效、可持续地治理顽固性有机污染土壤提供了强有力的技术方案和理论依据。
4. 材料与方法
研究使用重度石油烃污染土壤（G6），其TPH和PAHs初始浓度分别为6062.59 mg/kg DM和12.05 mg/kg DM。实验材料包括由6株石油降解菌组成的细菌群落、GO-NPs和ZnO-NPs纳米材料以及L. perenne种子。
实验室规模的生物降解研究在受控条件下进行90天，通过呼吸计量法和色谱法（GC-FID, HPLC）评估效果。半技术规模的植物修复研究在盆栽中进行90天，监测土壤污染物降解、植物生长、污染物累积及土壤毒性变化。毒理学评估采用三种标准化生物测试。数据分析使用Statistica软件，采用ANOVA和Tukey检验进行统计学分析。
