農(nóng)藥污染土壤生物刺激修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展①

祁慧鹓，朱國繁，王鑫偉，孫明明，王風(fēng)賀，張勝田，葉 茂，蔣 新

(1中國科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京土壤研究所)，南京 210008；2 南京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，南京 210023；3 合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230009；4南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095；5 生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，南京 210042)

農(nóng)藥是用于預(yù)防、控制和消滅害蟲、雜草、有害微生物的物質(zhì)或混合物[1]，在防治農(nóng)業(yè)病蟲害、保證作物產(chǎn)量等方面起到了關(guān)鍵作用。然而，由于人類在農(nóng)藥使用過程中存在不合理利用現(xiàn)象，如農(nóng)藥加工過程中所產(chǎn)生的有毒有害廢物未經(jīng)合理處置，或由于農(nóng)藥過量使用、濫用，而造成土壤農(nóng)藥殘留超標(biāo)[1-2]。目前，常見有三類農(nóng)藥污染土壤，即有機(jī)氯類、有機(jī)磷類和擬除蟲菊酯類[3]。吸附于土壤顆粒上的農(nóng)藥，不僅破壞土壤結(jié)構(gòu)和功能、影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，還可通過皮膚接觸、食物鏈傳遞等途徑進(jìn)入人體，造成生物體中毒[4]，甚至造成三致效應(yīng)。

生物刺激法修復(fù)農(nóng)藥污染土壤是通過添加營養(yǎng)物質(zhì)、表面活性劑等刺激土著微生物活性或提高農(nóng)藥生物可利用性[5]，從而提升微生物對農(nóng)藥污染土壤修復(fù)效果的生物修復(fù)技術(shù)，具有高效降解污染物的優(yōu)勢，已成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文綜述了近年來國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于生物刺激技術(shù)修復(fù)農(nóng)藥污染土壤的典型研究，對常見的生物刺激技術(shù)種類進(jìn)行了總結(jié)，探討了影響修復(fù)效果的主要因素，提出了該技術(shù)當(dāng)前面臨的問題，并對未來的研究方向和發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望，以為農(nóng)藥污染土壤生物刺激修復(fù)技術(shù)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)支撐。

1 生物刺激法修復(fù)農(nóng)藥污染土壤

1.1 生物刺激法的定義、范疇和特點(diǎn)

目前，農(nóng)藥污染土壤的治理可分為物理、化學(xué)和生物修復(fù)法等。生物修復(fù)包括土壤微生物、植物、動(dòng)物修復(fù)等[1,6]，具有經(jīng)濟(jì)低耗、適用范圍廣、無二次污染、對環(huán)境擾動(dòng)性小等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)藥污染土壤治理中具有較大應(yīng)用潛力[2,7]。其中，生物刺激是通過向土壤環(huán)境中添加一種或多種營養(yǎng)物質(zhì)、表面活性劑等刺激土著微生物活性或提高農(nóng)藥生物可利用性，以提高農(nóng)藥污染物生物降解速率為目標(biāo)的生物修復(fù)技術(shù)[5,8](圖1)，具有安全、高效、環(huán)境友好等特點(diǎn)[9]。

1.2 生物刺激法的種類

根據(jù)生物刺激劑的作用對象不同，可將其主要分為改善土著微生物生長環(huán)境的生物刺激劑，如營養(yǎng)底物，以及促進(jìn)農(nóng)藥被微生物吸收利用的生物刺激劑，如表面活性劑。此外，通氧、控制水分等措施也是較為常見的生物刺激法[8,10]。本文重點(diǎn)從營養(yǎng)底物、表面活性劑、有機(jī)改良劑等角度闡述生物刺激的方法，并分析不同種類生物刺激劑對農(nóng)藥污染土壤的修復(fù)效果，如表1所示。

1.2.1 營養(yǎng)底物 營養(yǎng)底物作為生物刺激劑，是指向農(nóng)藥污染土壤中添加含有微生物生長所必需的含有碳氮等營養(yǎng)元素的物質(zhì)，以作為刺激土著微生物生長的養(yǎng)分基質(zhì)。該方法可改善土壤中土著微生物的生活環(huán)境，增強(qiáng)降解功能菌群活性，從而提升農(nóng)藥降解效果。

王輝等[11]在有機(jī)氯農(nóng)藥滴滴涕(DDT) 含量為4.8×10–2mg/kg污染的土壤中，分別探究添加葡萄糖、血粉氨基酸物料、乳化油這3種營養(yǎng)物質(zhì)對土壤有機(jī)氯農(nóng)藥去除率的影響，發(fā)現(xiàn)150 d后，3種營養(yǎng)底物均使得土壤中DDT降解菌數(shù)量顯著增加，分別達(dá)到4.4、4.2和4.3 log10CFUs/g干土，DDT去除率約為24.2%、32.5% 和21.7%。此外，這3種營養(yǎng)物質(zhì)中，血粉氨基酸物料在1個(gè)月時(shí)修復(fù)效果并不理想，但5個(gè)月后土壤修復(fù)效率顯著高于另外兩種物料。這可能是由于血粉氨基酸物料是一種疏水性強(qiáng)的顆粒物質(zhì)，很難隨土壤物質(zhì)進(jìn)行遷移，能夠較穩(wěn)定地吸附到土壤顆粒中，故與水溶性較好的葡萄糖和乳化油相比，血粉氨基酸物料在修復(fù)周期較長的農(nóng)藥污染場地土壤中可能更有效。Betancur-Corredor 等[12]研究了磷酸二氫鉀(KH2PO4)和尿素(CO(NH2)2)作為營養(yǎng)底物對DDT含量為100.0 mg/kg土壤的生物刺激效果，發(fā)現(xiàn)56 d后，自然衰減條件下的對照組DDT去除率僅為4.3%，而添加營養(yǎng)底物后DDT去除率達(dá)到94.3%，并且觀察到當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到第二、第三周時(shí)土壤細(xì)菌數(shù)量出現(xiàn)迅速增長。這種現(xiàn)象可能是因?yàn)榧?xì)菌的生存強(qiáng)烈依賴于污染土壤中的碳源、氮源含量，人為添加含碳、含氮物質(zhì)后，促進(jìn)了細(xì)菌的生長繁殖，從而提升了其對DDT的降解效果。

Garg 等[13]在六氯環(huán)己烷濃度為4.9 mg/kg的污染土壤中，探究磷酸銨(0.5%，m/m)和糖蜜(1.0%，m/m)溶液作為營養(yǎng)物質(zhì)對土壤農(nóng)藥去除率的影響，64 d后，發(fā)現(xiàn)自然衰減下六氯環(huán)己烷含量未發(fā)生顯著變化，而生物刺激下土壤中六氯環(huán)己烷含量從4.9 mg/kg降為2.4 mg/kg，去除率達(dá)到51.0%。Gupta等[26]也做過類似研究，同樣以糖蜜溶液(1.0%，m/m)和磷酸銨溶液(0.5%，m/m)作為營養(yǎng)物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)糖蜜和磷酸銨溶液聯(lián)合處理對六氯環(huán)己烷污染土壤修復(fù)效果最佳，其次是糖蜜與磷酸銨單獨(dú)處理，而未添加任何營養(yǎng)物質(zhì)的對照組中六氯環(huán)己烷含量未發(fā)生顯著變化；并且還發(fā)現(xiàn)糖蜜和磷酸銨聯(lián)合處理使得土壤六氯環(huán)己烷降解菌的數(shù)量也顯著增長。這表明，營養(yǎng)底物的加入可以為土著微生物生長提供碳源、氮源、磷源，促進(jìn)了土著微生物數(shù)量增長，從而提高土壤六氯環(huán)己烷去除率。

Xu 等[14]將除草劑阿特拉津污染的土壤懸浮在培養(yǎng)基中，觀察利用葡萄糖作為營養(yǎng)底物對阿特拉津降解率的影響，結(jié)果顯示，與對照組相比，含葡萄糖的培養(yǎng)基由于營養(yǎng)豐富，使得土壤微生物總量可增加2倍 ~ 5倍，阿特拉津降解速度提高約2倍。此外，與質(zhì)量濃度為0.5%、1.0% 葡萄糖相比，阿特拉津在葡萄糖質(zhì)量濃度為1.5% 時(shí)降解速度更快，表明相對較高濃度的葡萄糖可能更有利于阿特拉津的去除。Guo等[15]在除草劑西馬津含量為200.0 mg/kg的土壤中添加蔗糖和節(jié)桿菌菌株ArthrobacterSD3-25，探究蔗糖對節(jié)桿菌菌株降解土壤中西瑪津的影響，7 d后，發(fā)現(xiàn)向土壤中加入200.0 mg/kg蔗糖作為營養(yǎng)底物，使得阿特拉津氯水解酶基因atzA、羥基阿特拉津脫乙胺基水解酶基因atzB和N-異丙基氰尿酰氨異丙氨基水解酶基因atzC豐度增加，從而增強(qiáng)SD3-25菌株對西瑪津的降解作用，土壤中西瑪津降解率達(dá)到94.0%；但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加2 000.0 mg/kg蔗糖時(shí)，土壤修復(fù)效果并沒有顯著增強(qiáng)，表明過量添加蔗糖不會(huì)進(jìn)一步提高土壤中西瑪津降解率。

1.2.2 表面活性劑 表面活性劑是指具有固定親水親油基團(tuán)，在溶液表面能定向排列，且能降低液體表面張力的一類物質(zhì)。它對疏水性有機(jī)化合物有增溶作用，能提高其生物可利用性[27]，而農(nóng)藥絕大多數(shù)為疏水性有機(jī)化合物，故表面活性劑也是常用的生物刺激劑。

Regar等[16]以14.7 mg/kg六氯環(huán)己烷、DDT等有機(jī)氯農(nóng)藥污染的土壤為研究對象，探究表面活性劑鼠李糖脂和聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)對土壤修復(fù)效果的影響，發(fā)現(xiàn)自然衰減45 d后，六氯環(huán)己烷降解率僅為23.0%，而施用表面活性劑鼠李糖脂和Triton X-100的土壤中六氯環(huán)己烷降解率分別達(dá)到53.0% 和57.0%。Singh 等[17]在土壤懸浮液中添加生物表面活性劑鼠李糖脂，探究其對50.0 mg/kg有機(jī)磷農(nóng)藥毒死蜱污染土壤修復(fù)效果的影響，結(jié)果顯示，在生物表面活性劑鼠李糖脂存在下，經(jīng)過2、4和6 d后，毒死蜱降解率分別為55.4%、70.5% 和82.3%，顯著高于未添加生物表面活性劑時(shí)的33.0%、45.2%和52.3%。Singh 和Cameotra[18]以250.0 mg/kg除草劑阿特拉津污染土壤為研究對象，研究表面活性劑鼠李糖脂和Triton X-100的使用對阿特拉津降解率的影響，發(fā)現(xiàn)6 d后，自然狀態(tài)下阿特拉津每日降解量為2.5 mg/kg，但單獨(dú)施加2.5倍臨界膠束濃度的鼠李糖脂和Triton X-100后，阿特拉津每日降解量分別提高到21.1 mg/kg和13.9 mg/kg，土壤阿特拉津降解率分別達(dá)到84.8% 和70.0%。

通過上述案例可以發(fā)現(xiàn)，疏水性農(nóng)藥的低溶解度限制其生物可利用性使其在土壤中降解緩慢，而表面活性劑分子兩端同時(shí)含有親水基和親油基，其特殊結(jié)構(gòu)有利于增強(qiáng)疏水性化合物的水溶性，降低水土界面張力，促進(jìn)土壤中吸附態(tài)疏水性農(nóng)藥向液相釋放[28]，從而增強(qiáng)疏水性農(nóng)藥生物可利用性，提高土壤中農(nóng)藥的降解率[29-30]。

1.2.3 有機(jī)改良劑 人類在進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生一部分副產(chǎn)物如污泥、糞肥、植物殘?bào)w等，其中有些有機(jī)副產(chǎn)物含有能夠被微生物利用的物質(zhì)，將其進(jìn)行回收利用，可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)土著微生物活性，促進(jìn)土壤中農(nóng)藥降解[31]。

Aceves-Diez等[19]以蘇云金芽孢桿菌(Bacillus thuringiensis)發(fā)酵的上清液作為生物刺激劑，研究其對土壤中毒死蜱(70.0 mg/kg)去除率的影響，80 d后，發(fā)現(xiàn)添加有機(jī)改良劑進(jìn)行處理的土壤比對照組中毒死蜱濃度降低39.4%。這是由于蘇云金芽孢桿菌上清液營養(yǎng)豐富，不僅可緩解毒死蜱對脫氫酶、脲酶、磷酸酶等活性的抑制作用，而且使得土壤中細(xì)菌、真菌，放線菌數(shù)量分別增加140.4%、102.8%、74.8%，有利于毒死蜱污染土壤的生物修復(fù)。Pimmata等[20]以含有20.0 mg/kg氨基甲酸酯類農(nóng)藥呋喃丹的土壤為研究對象，探究可再生能源氫、乙醇和甲烷生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污泥作為有機(jī)改良劑對土壤修復(fù)效果的影響，發(fā)現(xiàn)與自然衰減相比，添加3種有機(jī)改良劑能顯著提高土壤中呋喃丹的降解效率，其中添加氫發(fā)酵過程產(chǎn)生的污泥效果最佳，呋喃丹半衰期縮短為9.5 d，僅為自然衰減條件下1/2。

綜上所述，有機(jī)改良劑含有微生物所必需的碳、氮等營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)了土著微生物生長和繁殖，使得降解農(nóng)藥的菌群活性增強(qiáng)，從而加速土壤中農(nóng)藥降解。

1.2.4 混合生物刺激劑 為了提升生物刺激技術(shù)的修復(fù)效率，強(qiáng)化修復(fù)效果，一些研究將表面活性劑與微生物生長所需的營養(yǎng)底物或有機(jī)改良劑聯(lián)用，探究混合生物刺激劑對農(nóng)藥污染土壤修復(fù)效果的影響。

Rubio-Bellido等[21]以50.0 mg/kg敵草隆污染土壤為研究對象，使用兩種有機(jī)改良劑即城市固體廢棄物(有機(jī)物含量70.0%)，以及污泥與修建殘?jiān)旌象w(有機(jī)物含量22.0%)，探究有機(jī)改良劑與羥丙基-β-環(huán)糊精對敵草隆礦化作用的影響，發(fā)現(xiàn)150 d后，對照組中敵草隆礦化率為15.5%，而在土壤中添加羥丙基-β-環(huán)糊精，敵草隆礦化程度可達(dá)到29.7%，約為對照組2倍；單獨(dú)添加4.0%(m/m)城市固體廢棄物或污泥與修建殘?jiān)旌象w，礦化率分別為33.1%、32.9%；而將羥丙基-β-環(huán)糊精和污泥與修建殘?jiān)旌象w聯(lián)用，敵草隆礦化率可達(dá)到46.5%，且半衰期也僅為對照組1/36。這是由于環(huán)糊精具有疏水腔和強(qiáng)親水性外部，這種特殊結(jié)構(gòu)允許有機(jī)分子通過非共價(jià)鍵進(jìn)入腔內(nèi)形成包合物，從而促進(jìn)敵草隆溶解，提高其生物可利用性；而有機(jī)改良劑中含有的有機(jī)物還可作為土壤微生物碳源，有機(jī)物、羥丙基-β-環(huán)糊精和敵草隆形成的包合物共同作用促進(jìn)了土壤中敵草隆的礦化。

Ye 等[22]在16.0 mg/kg有機(jī)氯農(nóng)藥氯丹、六氯環(huán)己烷和硫丹污染土壤中，探究硝酸鹽(KNO3)和甲基-β-環(huán)糊精對有機(jī)氯農(nóng)藥厭氧生物降解的影響，試驗(yàn)180 d后，發(fā)現(xiàn)同時(shí)添加硝酸鹽和甲基β-環(huán)糊精條件下，土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥生物降解總量最高，去除率達(dá)到67.1%，而對照組僅為2.9%。這是由于甲基β-環(huán)糊精是具有親水外部和疏水空腔的環(huán)狀大分子，可通過與疏水性有機(jī)氯農(nóng)藥形成配合物來提高有機(jī)氯農(nóng)藥溶解度，使得土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥生物可利用性增強(qiáng)，有利于微生物降解。江利梅等[32]研究表明，某些微生物在厭氧條件下可將硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行呼吸代謝，并與有機(jī)污染物的降解相耦合。因此，硝酸鹽的添加可促進(jìn)反硝化過程、刺激土著微生物活性，進(jìn)而提高有機(jī)氯農(nóng)藥的降解率。

1.2.5 其他生物刺激法 潘聲旺等[23]采用模擬修復(fù)試驗(yàn)的方法，研究蘇丹草根系分泌物對土壤中DDT、六氯環(huán)己烷、硫丹等有機(jī)氯農(nóng)藥降解的影響，農(nóng)藥初始含量為66.7 ~ 343.6 mg/kg，試驗(yàn)20 d后，發(fā)現(xiàn)施加根系分泌物后，土壤有機(jī)氯農(nóng)藥去除率高達(dá)79.3%，而對照組去除率僅為42.5%。這是由于一方面根系分泌物含有某些胞外酶能夠直接參與有機(jī)氯農(nóng)藥降解；另一方面，根系分泌物處理組土壤微生物碳含量是對照組2倍，分泌物中的可溶性糖、低分子量有機(jī)酸、氨基酸等物質(zhì)可為土著微生物提供碳源，促進(jìn)微生物種群數(shù)量增長，從而提高有機(jī)氯農(nóng)藥去除率。

Chen等[24]探究了不同濃度腐殖質(zhì)類似物蒽醌-2,6-二磺酸對微生物群落的生物刺激作用及其對土壤中五氯酚厭氧轉(zhuǎn)化的影響，培養(yǎng)30 d后，發(fā)現(xiàn)加入20.0 mmol/L腐殖質(zhì)類似物蒽醌-2,6-二磺酸的土壤中五氯酚轉(zhuǎn)化率最高，可達(dá)65.9%。地桿菌(Geobactersp.)可能具有降解五氯酚的潛力[33]，而Chen等[24]試驗(yàn)中土壤地桿菌(Geobactersp.)受到腐殖質(zhì)類似物蒽醌-2,6-二磺酸的刺激而活性增強(qiáng)，相對豐度約提高2.7倍，進(jìn)而提高了土壤中五氯酚的轉(zhuǎn)化率。

Jiang等[25]在阿特拉津濃度為100.0 mg/L的培養(yǎng)基中，探究溶磷細(xì)菌腸桿菌Enterobactersp. P1對阿特拉津降解菌節(jié)桿菌DNS10功能活性的影響，培養(yǎng)48 h后，發(fā)現(xiàn)兩株菌株共培養(yǎng)時(shí)阿特拉津降解率高達(dá)99.2%，而單株菌株DNS10時(shí)的降解率僅為38.6%；同時(shí)阿特拉津降解相關(guān)基因trzN、atzB和atzC在共培養(yǎng)處理中表達(dá)量分別是DNS10單株培養(yǎng)處理的6.6倍、1.8倍和3.1倍。這表明溶磷細(xì)菌P1雖不具有降解阿特拉津的能力，但與阿特拉津降解菌DNS10共同培養(yǎng)可促進(jìn)阿特拉津生物降解。這可能是由于菌株P(guān)1的分泌物，特別是小分子量有機(jī)酸，可促進(jìn)阿特拉津降解相關(guān)基因表達(dá)；此外，阿特拉津代謝產(chǎn)物異丙胺對阿特拉津的降解有潛在抑制作用，而P1可利用異丙胺作為氮源，緩解其對DNS10菌株降解阿特拉津的制約效應(yīng)，從而提高阿特拉津降解率。可見，菌株互作或可成為一種有效的生物刺激策略。

2 影響生物刺激法修復(fù)農(nóng)藥污染土壤效果的因素

2.1 土壤理化性質(zhì)

土壤的理化性質(zhì)，如土壤質(zhì)地、溫度、有機(jī)質(zhì)含量、pH和氧化還原電位對生物刺激法修復(fù)農(nóng)藥污染土壤存在顯著影響[34]。有證據(jù)表明，土壤質(zhì)地影響土壤農(nóng)藥去除[35]。如黏土具有較高的持水能力，通氣性通常較差[36]，但黏土有較大比表面積，使得微生物潛在活性位點(diǎn)數(shù)量較多[37]，有利于污染物生物降解。然而，該性質(zhì)也使得農(nóng)藥易被吸附在黏土顆粒中，從而限制農(nóng)藥的生物可利用性和生物降解性[38]。土壤溫度影響土著微生物活動(dòng)以及農(nóng)藥降解速率，在一定范圍內(nèi)，通常土壤中有機(jī)化合物的降解速率會(huì)隨著溫度的升高而增加[39]。土壤有機(jī)質(zhì)不僅是土壤中許多有機(jī)污染物吸附、遷移和轉(zhuǎn)化的主要影響因素[40]，而且有機(jī)質(zhì)含量高的土壤中，土著微生物活性相對較高，有利于土壤中農(nóng)藥降解[41]。同時(shí)，土著微生物都需要水分來促進(jìn)細(xì)胞生長和維持生理功能[39]，且土壤含水量還可調(diào)節(jié)土壤pH[37]，也會(huì)影響農(nóng)藥污染土壤修復(fù)效果。大多數(shù)微生物只能在一定pH范圍內(nèi)生存[39]，如細(xì)菌在接近中性的pH時(shí)對農(nóng)藥降解效果較好，而真菌則在酸性條件下更有利于土壤農(nóng)藥降解[40]。此外，土壤中水分和有機(jī)質(zhì)還可影響土壤氧化還原電位，土壤重金屬的價(jià)態(tài)變化及生物毒性與土壤氧化還原電位狀況變化有著密切關(guān)系[42]，因此土壤氧化還原電位也是影響農(nóng)藥(如重金屬類農(nóng)藥)在土壤中持久性的一個(gè)重要因素[43]。

2.2 農(nóng)藥種類與性質(zhì)

不同種類的農(nóng)藥由于其自身性質(zhì)不同，也會(huì)影響生物刺激劑選擇及修復(fù)農(nóng)藥污染土壤效果。有機(jī)氯農(nóng)藥具有持久性、蓄積性和高脂溶性等特點(diǎn)[44]，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，半衰期長。農(nóng)藥半衰期是農(nóng)藥在自然界中穩(wěn)定性和持久性的標(biāo)志。農(nóng)藥自身化學(xué)穩(wěn)定性及環(huán)境條件從根本上決定了農(nóng)藥污染土壤修復(fù)周期的長短。有機(jī)氯農(nóng)藥抗降解能力強(qiáng)，在土壤中殘留時(shí)間長[45]。此類農(nóng)藥更適于選用表面活性劑作為生物刺激劑，通過增強(qiáng)有機(jī)氯農(nóng)藥的水溶性，提高其生物降解性；另外，可通過施加適量的營養(yǎng)物質(zhì)作為輔助，增強(qiáng)土壤微生物活性，促進(jìn)有機(jī)氯農(nóng)藥降解。有機(jī)磷農(nóng)藥溶解性較好，容易被水解[46]，營養(yǎng)物質(zhì)或有機(jī)改良劑是建議優(yōu)先選擇的生物刺激劑。但某些有機(jī)磷農(nóng)藥如毒死蜱，其降解代謝產(chǎn)物比母體化合物毒性更強(qiáng)，且對土著微生物活性有強(qiáng)抑制作用[47]，限制了微生物的降解效果。此類農(nóng)藥應(yīng)優(yōu)先考慮對代謝產(chǎn)物有解毒作用的生物刺激劑。吡啶類除草劑如百草枯，半衰期較長，約為3 ~ 6.6年[48]，且在土壤中易被強(qiáng)烈吸附[45]，使得農(nóng)藥生物可利用性降低；而擬除蟲菊酯類農(nóng)藥具有高度疏水性和親脂性，易與土壤顆粒及有機(jī)物緊密結(jié)合[35]，但大多數(shù)擬除蟲菊酯類農(nóng)藥半衰期較短，且一般情況下降解中間產(chǎn)物比農(nóng)藥本體毒性更小，甚至無毒[49]，因此，吡啶類除草劑與擬除蟲菊酯類農(nóng)藥也建議將表面活性劑作為發(fā)揮主導(dǎo)作用的生物刺激劑。

2.3 生物刺激劑的種類與性質(zhì)

不同類型生物刺激劑的作用機(jī)理不同。如添加微生物生長所必須的營養(yǎng)物質(zhì)，可促進(jìn)土著微生物生長，從而增加土壤中農(nóng)藥去除率；而表面活性劑則是通過提高疏水性有機(jī)污染物溶解度的方式來提高農(nóng)藥生物可利用性，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)藥降解[50]，通常生物表面活性劑比化學(xué)表面活性劑更加環(huán)境友好，且不同表面活性劑由于膠束體積差異也會(huì)影響其對農(nóng)藥的增溶效果[18]，從而影響微生物對農(nóng)藥的降解。此外，某些生物刺激劑的使用固然會(huì)促進(jìn)土壤中農(nóng)藥降解，但過量添加修復(fù)效率或許并不會(huì)上升，反而可能導(dǎo)致微生物代謝活性和多樣性受到抑制[51-52]。

3 研究不足與未來發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段，采用生物刺激技術(shù)修復(fù)農(nóng)藥污染土壤還存在一些不足：①生物刺激劑的作用效果受土壤性質(zhì)、微生物種類、污染物特性等多種因素影響[53]。如添加表面活性劑可以刺激土壤微生物活性，但使用不當(dāng)也可能起反作用[7,12]，甚至對生物體造成嚴(yán)重?fù)p害[54]，因此必須因地制宜選擇合適的生物刺激劑[18]。②一些化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物刺激劑難被生物降解，且自身及生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品可能對環(huán)境起毒害作用[55]。③部分生物刺激劑因生產(chǎn)工藝復(fù)雜、原材料成本高，導(dǎo)致價(jià)格高昂，使其推廣使用受到限制[53]。④目前，該技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室或者理想條件下進(jìn)行試驗(yàn)較多，原位環(huán)境下有較多局限因素，可能會(huì)影響生物刺激技術(shù)實(shí)際修復(fù)效果[50,56-57]。

基于上述研究現(xiàn)狀，未來需要進(jìn)行大量且細(xì)致的研究工作：

1)研發(fā)環(huán)境友好的生物刺激劑生產(chǎn)工藝。由于現(xiàn)有技術(shù)存在工藝復(fù)雜、原材料成本高等問題，故探究快捷高效的工藝，開發(fā)性價(jià)比高、環(huán)境友好的生物刺激劑十分必要；同時(shí)，還應(yīng)關(guān)注生物刺激劑在污染修復(fù)過程中及修復(fù)后是否存在潛在的二次生態(tài)毒理風(fēng)險(xiǎn)。

2)探明土壤體系中生物刺激劑與微生物的生態(tài)關(guān)系。采用分子生物學(xué)技術(shù)，并結(jié)合經(jīng)典土壤化學(xué)與土壤生物學(xué)知識(shí)，深入研究生物刺激劑與微生物二者之間的作用機(jī)理，以闡明農(nóng)藥污染土壤生物刺激修復(fù)過程的微生物生態(tài)學(xué)分子機(jī)制，為選擇合適的生物刺激劑提供科學(xué)指導(dǎo)。

3)擴(kuò)大場地示范研究。進(jìn)行試點(diǎn)試驗(yàn)，加快推進(jìn)典型農(nóng)藥污染場地生物刺激修復(fù)示范工程的建設(shè)，逐步建立農(nóng)藥污染土壤生物刺激修復(fù)技術(shù)導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn)，為生物刺激法修復(fù)農(nóng)藥污染土壤的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管控提供科學(xué)依據(jù)；此外，還應(yīng)該逐步規(guī)范工藝技術(shù)流程，最終實(shí)現(xiàn)修復(fù)技術(shù)的推廣應(yīng)用。