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我国大庆油田、胜利油田和大港油田等石油生产基地的土壤均有不同程度的盐碱化,石油生产过程中容易造成盐碱土壤的石油污染,形成石油污染盐碱土壤。该类土壤面积大,并具有潜在的生态风险。目前,关于石油污染土壤的修复和盐碱土壤的改良均有较多研究报道,但是关于石油污染盐碱土壤修复的研究罕见报道,如何有效地修复该类土壤成为亟待解决的重要任务。本文首先分析了石油污染盐碱土壤中的细菌和古菌多样性,评价石油污染对微生物群落结构的影响,以期为进一步的人工强化修复提供微生物生态学的理论基础和知识背景。分别通过施肥、淋洗脱盐、玉米植物修复和添加秸秆修复措施对该类土壤进行人工强化修复,监测石油烃和土壤理化性质动态变化,分析微生物种群结构,以期更好地了解人工强化修复过程中的微生物生态功能。在实验室修复实验的基础上,进一步进行了田间原位修复实验,开展了修复工程示范。研究获得以下成果:
1.采集受不同程度石油烃污染的盐碱土壤。Biolog分析结果表明,高度污染土壤微生物的AWCD值显著高于对照土壤,说明石油污染提高了微生物的代谢活性。主成分分析结果表明,不同程度石油污染土壤微生物的碳源利用图谱存在明显差异,说明石油污染导致了微生物群落功能特征的改变。细菌16S rRNA基因克隆文库分析结果表明,克隆文库之间存在显著差异,说明石油污染明显改变了盐碱土壤的细菌种群结构。总石油烃含量和丰度评估指数Chaol和ACE呈负相关,暗示石油污染降低了细菌丰度。Marinobacter和Alcanivorax在高度污染土壤中比例较高,他们可能参与该类土壤中石油烃的自然降解。Salinim&robium和.Salegentibacter在高度污染土壤中比例较低,说明他们对石油烃敏感,可以作为石油污染的指示菌。
古菌16S rRNA基因克隆文库分析结果表明,克隆文库存在显著差异,说明石油污染明显改变了盐碱土壤的古菌种群结构。总石油烃含量与丰度评估指数Chaol和ACE呈显著负相关,暗示石油污染降低了古菌丰度。Haloferax和Natronomonas在高度污染的土壤中比例较高,可能与该类土壤石油烃的自然降解过程有关。
2.采用施肥和淋洗脱盐的方式对该类土壤进行实验室修复实验。结果表明,经过152d的修复,施肥处理总石油烃降解率显著高于对照处理,说明施肥可以明显促进石油烃降解。淋洗脱盐对石油烃降解没有明显的促进作用。施肥+淋洗脱盐复合处理的降解率达50.0％±3.5%,显著高于对照处理,说明采用施肥和淋洗脱盐复合处理可以明显促进土壤石油烃降解。各处理不会长期改变土壤pH值。施肥和淋洗脱盐复合处理可以明显降低土壤含盐量、提高土壤有机质、铵态氮含量和微生物代谢活性。
采用玉米植物修复的方式对该类土壤进行实验室修复实验。结果表明,经过70d的修复,种植玉米处理总石油烃降解率达44.3%,显著高于对照处理,说明玉米植物修复可以明显促进石油烃降解。Biolog分析结果表明,玉米植物修复提高了土壤微生物活性,明显改变土壤微生物群落功能特征。T-RFLP和16S rRNA基因克隆文库分析结果均表明玉米植物修复明显改变了土壤微生物群落结构。Alcanivorax和Marinobacter是对照处理中的优势菌。而玉米植物修复处理中出现了较多的Pseudoxanthomonas和Sphingomonas,暗示了他们在玉米植物修复中可能参与石油烃降解。
采用添加玉米秸秆的方式对该类土壤进行实验室修复实验。结果表明,经过105d的修复,添加玉米秸秆处理的石油烃降解率达74.4%,显著高于对照处理。这说明添加玉米秸秆可以明显促进石油烃降解。添加玉米秸秆处理的土壤含盐量显著低于对照处理。这说明添加玉米秸秆处理可以显著降低土壤含盐量。Biolog分析结果表明,添加玉米秸秆处理提高了土壤微生物活性,明显改变了土壤微生物群落功能特征。T-RFLP和16SrRNA基因克隆文库分析结果均表明添加玉米秸秆处理明显改变了土壤微生物群落结构。Alcanivorax和Marinobacter是对照处理中的优势菌。而添加玉米秸秆处理中Pseudomonas和Magnetospirillum具有较高的丰度,暗示了他们在添加玉米秸秆修复处理中可能参与石油烃降解。
3.在实验室修复实验的基础上,采用施肥和排水脱盐的方式进行田间原位修复实验,开展修复工程示范。结果表明,经过308 d的修复,石油烃降解率达50.2%±7.7%,显著高于对照处理。这说明采用该方法可以明显促进石油烃降解。该修复措施可以显著降低土壤含盐量,提高有机质含量和微生物代谢活性。进一步采用玉米植物修复措施进行田间原位修复实验,并未获得较好的修复效果。
石油污染对盐碱土壤微生物种群具有抑制作用。通过实验室规模的施肥、淋洗脱盐、玉米植物修复和添加秸秆等方法刺激微生物种群,促进微生物代谢,明显提高了石油烃降解率,对该类修复土壤具有明显效果。田间实验进一步证实了施肥和淋洗脱盐方法对该类土壤的修复效果。