硝酸钾和有机肥添加对土壤中十六烷的降解效果及微生物类群活性变化研究

向污染土壤中加入外源氮进行生物刺激修复是目前广为采用的土壤有机污染修复技术.然而,目前对于修复过程中土壤微生物类群对组分烃的代谢特征尚不清楚.本文以^(13)C标记的十六烷污染土壤为研究对象,利用稳定同位素标记-磷脂脂肪酸技术(stable isotope labeling-phospholipid fatty acid technology,^(13)C-SIP-PLFA)研究了加入硝酸钾和有机肥对石油污染土壤进行修复时,不同微生物类群对十六烷的利用特征.结果表明,与自然降解(CC)相比,加入KNO_(3)(CN)和施入有机肥(CY)的处理均可提高土壤中十六烷的去除效率.修复30 d时,土壤中十六烷的去除率由6.14%(CC)提高至13.6%(CN)和15.0%(CY).加入硝酸钾修复使得土壤微生物总量略有降低(总PLFAs由82.8 nmol·g^(−1)(CC)降低至79.7 nmol·g^(−1)(CN)),但被微生物同化为细胞组分的十六烷含量(^(13)C-PLFA)由81.12 ng·g^(−1)(CC)增加至92.84 ng·g^(−1)(CN),硝酸钾生物刺激修复提高了革兰氏阳性菌和真菌对十六烷的同化代谢作用.加入有机肥修复的土壤中,微生物总量(总PLFAs为99.3 nmol·g^(−1))和微生物同化代谢十六烷的含量均明显增加(^(13)C-PLFA为142.67 ng·g^(−1)),土壤中革兰氏阳性菌和放线菌对十六烷的同化代谢作用明显增强.在不同修复处理的土壤中,可利用十六烷的主要微生物有G^(+)菌i15:0和a15:0、G^(-)菌16:1ω5c和16:1ω7c、真菌18:1ω9c、放线菌16:0(10Me)和Unspecific菌16:00.结果表明,革兰氏阳性菌是不同修复处理中最主要的十六烷降解菌,两种修复剂对土壤不同微生物类群的代谢激活作用存在差异.

烷烃胁迫下土壤微生物类群的应激响应及其降解特性

污染物胁迫条件下土壤微生物会发生应激响应,然而目前对于烷烃污染土壤中微生物类群应激响应的时效性尚不清楚.论文以人工配制的十六烷污染黄绵土为对象,利用磷脂脂肪酸-稳定同位素技术(phospholipid fatty acid technology-stable isotope probing,PLFA-SIP)探究了烷烃污染对黄绵土中生物群落组成和结构影响的时效性及烷烃降解情况.结果表明,土壤土著微生物对十六烷有一定的降解作用,培养30 d时,十六烷含量由5000 mg·kg^(-1)降低至4693 mg·kg^(-1),降解率为6.14%.土壤中各微生物类群活性在受到十六烷污染3 d时无明显变化,随污染时长的增加,各微生物类群表现出“毒性响应(污染7 d)—毒性适应(污染15 d)—生长代谢(污染30 d)”的应激过程.在污染前期(污染7 d时),G^(-)细菌的^(13)C-PLFA含量为14.52 ng·kg^(-1),占总细菌^(13)C-PLFA总量的43.40%,说明在污染前期G^(-)细菌是土壤中存在的可利用十六烷的主要优势类群;污染中后期(污染15—30 d),G^(+)细菌和真菌的^(13)C-PLFA含量分别占^(13)C总量的33.81%和22.95%,说明污染后期G^(+)细菌和真菌对十六烷的降解代谢起到主要作用.研究表明土壤中十六烷的降解需要各微生物类群的协同代谢作用,污染前期主要由r—策略微生物(G^(-)细菌)降解十六烷,污染后期则主要由k—策略微生物(G^(+)细菌和真菌)执行降解功能.研究可为探明土壤微生物类群对烷烃污染响应的时效性及不同微生物类群对污染物的利用特征提供科学依据.

陕北石油污染土壤微生物种群变化及影响因素

采集陕北地区10个产油区县的石油污染土壤和洁净土壤,利用化学分析法和分子生物学技术对土壤理化性质和细菌群落结构进行测定,采用Pearson相关性分析和冗余分析研究石油污染对土壤理化性质、微生物种群分布和多样性的影响.结果表明,与未受污染土壤相比,石油污染土壤的NO_(3)^(-)-N、总有机碳、全碳、全硫含量和碳氮比增加,pH值减小;土壤细菌群落均匀度明显降低,丰富度无明显变化.不同地区土壤受到石油污染后,一些优势细菌的相对丰度变化明显.变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)的相对丰度变化与石油烃含量呈显著正相关,Candidatus Saccharibacteria的相对丰度变化与石油烃含量呈极显著负相关.定边、靖边、子长、绥德、吴起、安塞和富县石油污染土壤中假单胞菌属(Pseudomonas)、诺卡氏菌属(Nocardioides)、节杆菌属(Arthrobacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)、Alkanindiges、Gaiella和Gp4相对丰度显著增加;定边、靖边、子长和绥德石油污染土壤中Ohtaekwangia、假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)、Ramlibacter、Sacchariacteria_genera_incertae_sedis相对丰度显著降低.假单胞菌属(Pseudomonas)、诺卡氏菌属(Nocardioides)、节杆菌属(Arthrobacter)和Alkanindiges为陕北地区石油污染土壤中的主要“嗜油菌”.土壤pH值、含水率、总石油烃和总有机碳等理化性质是影响陕北油田区石油污染土壤微生物种群结构的关键因素.

贫养分低有机质黄绵土中石油烃的生物去除特性及菌群结构变化

为探究陕北油田开采区贫养分低有机质土壤中石油烃的有效去除方法及修复特性,利用生物强化和生物刺激对陕北地区石油污染土壤进行修复研究,比较了两种修复方式对土壤中石油烃的去除效果和对土壤菌群结构多样性的影响.结果表明:相比生物强化修复方式,向土壤中施入氮素进行生物刺激修复更有利于土壤中石油烃的去除:向土壤中加入KNO_(3)调节土壤C/N为100∶20,在含水量为15.1%的条件下修复60 d时,土壤中石油烃去除率达到44.77%;接种降解菌强化修复对石油烃的去除率仅为17.87%.在5.1%和15.1%两种不同含水量条件下,接种的降解菌群可在土壤中生长并存活.外源菌的生长存活和石油烃降解无明显相关关系,影响石油烃降解的非生物因子为土壤养分和含水量,生物因子为土壤菌群的丰富度和均匀度.研究显示,在对污染土壤进行修复时,应“因地制宜”选择适合当地水热条件的修复方式以增加土壤菌群的稳定性,进而提高土壤微生物的代谢活性.