石油产品的可降解性因其成分而异。石油烃是一种极其复杂的混合物, 可将其分为四个部分:饱和烃、芳烃、树脂(N、S、O)和沥青质^[10]。饱和烃部分包括直链烷烃(正构烷烃)、支链烷烃(异烷烃)和环烷烃(环烷烃)。芳烃馏分中含挥发性单芳香烃, 如苯、甲苯、二甲苯、多环芳烃和环烷芳烃。芳香硫化合物, 如噻吩和二苯并噻吩。树脂(N、S、O)和沥青质组分由含氮、硫和氧的极性分子组成。树脂是真正溶解在油中的无定形固体, 而沥青质是大分子胶体分散在油中。

各种烃类的降解程度不同, 降解速率主要取决于碳及其官能团的数量^[11]。这些组分中, 饱和烃最易降解, 其次是低分子量的芳香族化合物, 而分子量较大的芳香族化合物、树脂和沥青质极难降解。

作为分解者, 石油降解菌种数量和种类是影响石油生物降解率的重要因素。有机污染物的生物降解受微生物活性影响。不同微生物对石油烃的降解能力不同, 同一菌株对不同烃类的利用能力也不同。石油污染土壤中, 石油降解速率与石油降解菌的数量和种类有关, 数量种类多, 降解速率快。石油类中的有机质能显著提高土壤有机碳含量。有机石油很容易与无机氮磷结合, 限制土壤的硝化和脱磷, 减缓养分的循环。土壤物化性质的变化将改变细菌群落。石油污染可以诱导降解石油微生物种群的增长。非石油污染区石油降解微生物数量不到微生物总量的0.1%, 但污染区石油降解菌的比例和数量都有明显增加。Feng X等^[13]通过研究大港油田石油污染土壤细菌群落分布, 得出石油污染土壤比正常土壤有更多的甲烷和多环芳烃降解途径, 表明石油污染土壤内菌群更为丰富。Wu Manli等^[14]研究被石油污染土壤中菌群的变化, 采用保持土壤含水量和添加混合菌种等手段处理石油污染土壤, 结果表明, 实验前3周内被石油污染土壤菌群的种类和数量急剧增加, 之后维持不变或略降。

对于好氧微生物, 土壤中的氧含量对降解率有重要影响。微生物降解石油过程中, 主要的电子受体是O₂。石油污染土壤修复过程中, 土壤中含氧量(20~200) mg· L^-1时, 微生物可完全降解石油污染物^[15]。Thomé A等^[16]采用微生物-通风技术修复土壤中石油烃类污染物, 结果表明, 生物通气降解率最高为85%, 而自然衰减降解率为64%, 气流强度和气流间隔对降解结果无显著性差异。刘沙沙等^[17]利用生物通风法修复柴油污染土壤, 向土壤中通入空气时微生物的数量和活性比自然修复状态高。氧作为电子受体, 可提高微生物体内的加氧酶对分子氧和能量的利用, 加快细胞中营养物质的分解代谢。

微生物生长最根本的限制因素是土壤中的营养元素。土壤中的微生物至少有11种微量营养元素(N、P、K、Na、S、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu)。这些元素须保持一定数量、形态和比例, 才能维持好氧菌的生长。石油污染土壤中C、N、P质量比为100∶ 0.12∶ 0.02。对于生物修复工程来说, 美国环保署建议土壤中质量比为100∶ 10∶ 1, 以获得适当的养分, 刺激微生物生长。Wu Manli等^[14]研究表明, 生物刺激在陕北石油污染土壤的生物修复中, 增加氮、磷养分是可行的。李政等^[18]利用微生物修复克拉玛依石油污染土壤, m(N)∶ m(P)=10的实验组土壤含油率减少最明显, 含油率由初始的4.03%降至2.12%, 石油烃降解率47.39%。m(N)∶ m(P)过低或者过高均不利于土壤中石油烃的降解。

土壤的含水率对土壤中微生物影响显著, 是影响石油降解菌生长繁殖的限制因素^[19]。李政等^[18]研究表明, 当土壤含水率较低时(低于20%), 石油降解在生物修复的第30天才表现显著, 而当土壤含水率较高(高于20%)时, 油降解在生物修复的第20天就表现显著, 可见含水率影响降解菌对石油烃的利用速率。但随着含水率提高, 含油率的降低不明显, 实验得出结论, 土壤中水含量为25%时, 为最佳降解条件。

土壤pH值是影响微生物生长、活性、生物量、膜完整性和污染物生物有效性的关键参数。当pH为微碱性时, 有利于硝化作用及氮的进一步转化; 当pH=6~8时, 磷的可利用性较高^[20]。之前的研究表明, 可降解石油的菌种大多适应微碱性环境。

环境温度影响溢油的性质和微生物活性或数量。在低温下, 原油黏度增大, 有毒低分子量烃类的挥发性降低, 延缓了生物降解的发生。一些碳氢化合物在较低温度下溶解度增大(如短链烷烃), 而一些低分子量芳烃在较高温度下溶解度更大。碳氢化合物的生物降解可以在较宽温度范围内发生, 但生物降解速率通常随着温度的降低而降低。土壤环境中最高降解率温度(30~40) ℃, 淡水环境中(20~30) ℃, 海洋环境中(15~20) ℃^[21]。