【摘 要】
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黄河三角洲是典型的滨海盐碱区,石油污染严重。生物刺激、生物强化-刺激联合修复被广泛应用于国内外石油污染场地修复的研究中,目前主要集中于生物修复的影响因素及碳氢化合物的降解效率相关研究,对于实际场地修复过程中土壤微生物群落结构及功能随修复进程的变化研究较少。本文利用生物刺激(BS)、生物强化-刺激联合(BA)修复方式进行了黄河三角洲盐碱石油污染土壤的野外场地修复试验,试验周期为3个月。本研究的目的主
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黄河三角洲是典型的滨海盐碱区,石油污染严重。生物刺激、生物强化-刺激联合修复被广泛应用于国内外石油污染场地修复的研究中,目前主要集中于生物修复的影响因素及碳氢化合物的降解效率相关研究,对于实际场地修复过程中土壤微生物群落结构及功能随修复进程的变化研究较少。本文利用生物刺激(BS)、生物强化-刺激联合(BA)修复方式进行了黄河三角洲盐碱石油污染土壤的野外场地修复试验,试验周期为3个月。本研究的目的主要是为了探讨生物修复过程中微生物菌群结构的变化机制,以及土壤中微生物功能基因随时间推移的变化趋势,结合土壤理化指标深入研究生物修复过程中环境因子与石油污染土壤微生物结构功能的对应关系。同时,本文研究了修复过程中不同土壤深度(30 cm、60 cm、90 cm)下的微生物结构与功能的变化规律,阐明不同生物修复技术应用过程中微生物菌群结构及功能随时间的变化规律,分析不同土壤深度下微生物结构及功能的差异,为解析土壤微生物对石油烃降解的生物代谢过程机制提供理论基础。主要研究结果如下:(1)在修复降解水平探讨了不同修复下石油污染土壤的修复效果,研究表明生物强化-刺激联合修复去除率为57.32%、生物刺激修复去除率为46.49%。生物刺激及生物强化修复显著提高了土壤石油烃去除率、增加了土壤微生物及降解菌数量。不同修复方式30 cm处微生物数量及石油烃降解菌数最高,石油烃去除率顺序为30 cm>60 cm>90 cm。(2)在微生物多样性水平分析了不同修复方式中微生物群落多样性变化规律,修复初期微生物多样性迅速上升,3周后明显下降,修复后期回升。整个修复过程中,BS组多样性最高,BA组多样性最低。不同深度的土层中微生物多样性结果表明,30 cm土壤中微生物物种多样性更丰富,其次为60 cm,90 cm处微生物多样性最低。(3)在微生物群落结构水平分析不同修复方式微生物群落结构差异性,结果表明:不同修复下群落结构存在显著差异,生物刺激与自然堆置(CK)菌群结构更为相似。生物强化-刺激联合修复微生物群落结构改变明显,不动杆菌属(Acinetobacter)、α-变形菌属(Defluviicoccus)、迪茨氏菌属(Dietzia)、KCM-B-112、海杆菌属(Marinobacter)为三组中共有微生物菌属。生物刺激修复优势菌属为α-变形菌属(Defluviicoccus)、沃林氏菌属(Sulfurovum);生物强化-刺激联合修复优势菌属为马杜拉放线菌属(Actinomadura)、链霉菌属(Streptomyces),其中Streptomyces为引入的外源优势菌属,前期成为石油污染土壤中的优势菌属。海杆菌属(Marinobacter)为30 cm优势菌属,沃林氏菌属(Sulfurovum)为60cm优势菌属,KCM-B-112为90 cm优势菌属。其中不动杆菌属、海杆菌属、迪茨氏菌属为特定盐碱环境下形成的耐盐优势菌属。(4)在环境因子水平分析了微生物群落结构与环境因子之间相关性,结果表明:土壤微生物群落结构与环境因子影响密切,土壤微生物群落结构同时受到石油烃、盐碱、环境因子互相作用的影响,其中石油烃是最主要的因素,环境因子对微生物群落结构具有交互影响。(5)在功能预测水平分析不同修复过程中微生物功能响应,结果表明:生物刺激、生物强化-刺激联合修复提高了碳氢化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢等主要的功能基因丰度,增强了有机污染物降解功能基因丰度,修复方式的差异对功能微生物的聚集也产生了一定影响。不同深度中微生物群落结构功能基因丰度差异性较大,表层(30 cm)土壤中主要以好氧代谢作为主要的降解途径,中层(60cm)及深层(90 cm)土壤中氮呼吸和硝酸盐呼吸等厌氧代谢活动更为活跃。
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