吳蔓莉,祁燕云,祝長成,陳凱麗,薛鵬飛,徐會寧

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堆肥對土壤中石油烴的去除及微生物群落的影響

吳蔓莉*,祁燕云,祝長成,陳凱麗,薛鵬飛,徐會寧

(西安建筑科技大學,陜西省環(huán)境工程重點實驗室,西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點實驗室,陜西 西安 710055)

為研究堆肥對石油污染土壤中不同組分烴的去除作用及土壤微生物群落結構變化的影響,利用重量法和GC-MS測定土壤中總石油烴、烷烴和多環(huán)芳烴的含量,采用高通量測序技術研究了堆肥對土壤微生物群落結構和多樣性的影響作用.結果表明,向石油污染土壤中施加堆肥進行42d的修復處理,土壤中石油烴、烷烴、多環(huán)芳烴去除率分別為(12.4±0.01)%、(10.2±0.01)%、(9.38±0.02)%;自然放置的土壤中3種烴去除率分別為(3.21±0.02)%、(-3.00±0.01)%、(-6.59±0.02)%.自然放置的土壤香農(nóng)指數(shù)、ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)分別為4.30、3489.3和2691.0,加入堆肥進行修復處理后,土壤香農(nóng)指數(shù)、ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)分別增加為5.80、4684.7和3851.8.油污土壤中放線菌門(Actinobacteria)所占豐度由47.3%降低為28.2%,擬桿菌門(Bacteroidetes)豐度由0.78%增加至16.2%.變形菌門(Proteobacteria)豐度為37.4%,修復結束后幾乎不變.屬水平上,油污土壤中的優(yōu)勢菌屬包括原小單孢菌屬()、微小桿菌屬()、諾卡氏菌屬()、分支桿菌屬()、檸檬酸細菌屬().施入堆肥使土壤中的這些優(yōu)勢菌屬豐度降低,土壤中出現(xiàn)氮單胞菌屬()、藤黃單胞菌屬()、假鞘氨醇桿菌屬()、紫單胞菌屬()等新菌屬.研究結果表明,與自然放置的土壤相比,向石油污染土壤中施入有機堆肥可有效去除土壤中的石油烴、烷烴和多環(huán)芳烴.并使土壤微生物群落結構發(fā)生明顯變化.

石油污染土壤；堆肥；GC-MS；Illumina Miseq測序；微生物群落結構

油田區(qū)土壤的石油污染已經(jīng)成為我國亟待解決的重大環(huán)境問題之一.石油污染可引起土壤結構和性質改變,破壞土壤生態(tài)系統(tǒng),影響土地的使用功能.微生物修復法去除土壤中石油烴因其成本低、無二次污染、處理效果好等特點,目前已經(jīng)成為應用十分廣泛的一種石油污染土壤修復技術[1-3].

一般情況下,土壤中由于石油烴的大量存在會導致氮磷營養(yǎng)元素的缺乏,進而限制土著微生物的生長,降低石油烴去除效率.多數(shù)研究認為,通過向土壤中補充氮磷營養(yǎng)可加速石油污染物的降解[4-6].目前已開展了許多向土壤中添加氮磷營養(yǎng)以促進石油烴降解的研究工作[7-10].

向土壤中施入有機堆肥,可以提高土壤的肥力,增加土壤的保水、保溫、透氣、保肥能力,促進土壤微生物的生長,從而達到污染土壤修復的目的.一些文獻報道了向土壤中施加有機肥料作為鈍化劑降低重金屬的生物有效性,進而達到修復重金屬污染土壤的研究工作[11-13],也有研究認為利用堆肥處理土壤有機污染是一種行之有效的生態(tài)修復方法[14-15].

自然狀態(tài)下,土壤微生物群落結構保持較高的穩(wěn)定性.在向土壤中施入堆肥以刺激功能降解菌群對污染物進行降解代謝時,土壤微生物多樣性和群落結構會發(fā)生相應的變化.目前文獻研究多是對土壤污染物的去除方法和效果進行研究評價,對于施加堆肥引起的細菌群落結構及生物多樣性變化研究較少.

本文以陜北地區(qū)石油污染黃土壤作為研究對象,通過向土壤中施入有機堆肥,研究了堆肥對土壤中不同組分石油烴的去除作用.同時利用MiSeq高通量測序平臺研究了施加堆肥條件下油污土壤微生物群落結構的變化情況,旨在為石油污染土壤的微生物修復提供理論基礎.

1 材料及方法

1.1 石油污染土壤

石油污染土壤(IS)采自西北地區(qū)某油井周圍,土壤的理化性質如表1所示.

表1 石油污染土壤(IS)的基本性質

1.2 堆肥

所用腐熟堆肥(IC)取自西北農(nóng)林科技大學,是以干質量比1:2的豬糞:稻殼加入5.0%的木炭渣經(jīng)堆制腐解而成.利用電感耦合等離子體質譜儀(ELAN DRC-E,美國PerkinElmer公司)對堆肥中的元素進行分析.結果如表2所示.

表2 堆肥的基本性質(mg/kg)

1.3 修復實驗方案設計

在模擬自然修復條件下,向1kg石油污染土壤中加入150g腐熟堆肥,并用滅菌小鏟攪拌均勻進行修復處理(SC),以不作任何處理的1kg石油污染土壤作為控制實驗(CK),每個處理設置3個平行.進行連續(xù)6周的修復實驗,每隔1周取樣測定土壤中的石油烴、烷烴和多環(huán)芳烴.

1.4 測定方法

1.4.1 石油烴的測定 利用梅花形布點采樣法從每盆土中取5g土樣,利用超聲波萃取法提取土壤中的總石油烴并用重量法進行測定[16-17].

室溫條件下,將石油污染土壤置于通風櫥中烘干24h后,準確稱取2g干土壤,加入25mL正己烷和丙酮的混合液(1:1,體積比),冰浴條件下利用超聲波細胞粉碎機(JY92-Ⅱ,美國SONICS)超聲萃取15min,功率為170W.重復萃取3次,6000r/min離心15min,合并3次提取液并過濾,置于已烘干并恒重的三角瓶中,放入通風櫥中烘干至恒重,稱重后按重量法計算土壤中TPH的含量.

利用中性氧化鋁柱(10mm×150mm, Agilent Technologies)對提取的總石油烴進行層析分離,獲得烷烴和多環(huán)芳烴組分.利用氣相色譜-質譜分析儀(7000B型,美國安捷倫公司)測定烷烴和多環(huán)芳烴含量,測定方法參見文獻[18].

1.4.2 土壤微生物群落結構研究 利用OMEGA試劑盒(D5625-01Soil DNA Kit, USA)提取土壤中總DNA,利用瓊脂糖凝膠電泳檢驗DNA的完整性.

利用341F/805R(341F引物:5￠-CCCTACACG- ACGCTCTTCCGATCTG-3￠;805R引物:5￠-GACTG- GAGTTCCTTGGCACCCGAGAATTCCA-3￠)對提取的總DNA進行PCR擴增.擴增步驟:94℃預變性3min,94℃變性30s,45℃退火20s,65℃延伸30s,重復5個循環(huán);94℃變性20s,55℃退火20s,72℃延伸30s,重復20個循環(huán);引入Illumina橋式PCR兼容引物, 95℃預變性30s,95℃變性15s,55℃退火15s,72℃延伸30s,重復5個循環(huán).

純化回收所需的PCR產(chǎn)物,利用Qubit 2.0DNA檢測試劑盒對回收的DNA精確定量.利用Illumina Miseq平臺進行高通量分析測定,最終上機測序濃度為20pmol.

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用SPSS19.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和計算,利用Usearch軟件校正測序結果并將所有樣本按照序列間的距離進行聚類分析,利用RDP classifier和Mothur軟件進行物種分類和Alpha多樣分析.

2 結果與討論

2.1 堆肥對油污土壤中不同組分烴的去除效果

施加有機堆肥對土壤中不同組分石油烴的去除效果如圖1所示.油污土壤中總石油烴、烷烴、多環(huán)芳烴初始含量分別為(75766±365) mg/kg、(53200± 335) mg/kg、(9600±106) mg/kg.

經(jīng)過6周的修復,加入堆肥修復的土壤中3種烴的去除率分別為(12.4±0.01)%、(10.2±0.01)%、(9.38±0.02)%;自然放置6周的土壤中3種烴的去除率分別為(3.21±0.02)%、(-3.00±0.01)%、(-6.59±0.02)%.與自然放置的土壤相比,施入堆肥可對土壤中不同組分石油烴起到去除作用.

與石油污染原土壤相比,自然放置的土壤中多環(huán)芳烴含量顯著增加.石油污染土壤在自然放置或修復過程中多環(huán)芳烴增多的現(xiàn)象自Dibble[19]首次報道以來,一些文獻研究中也有類似的結果[20-21].可能的原因是由于土壤中存在的其他形式烴向多環(huán)芳烴轉化所致[22].

根據(jù)文獻報道,堆肥對土壤中有機污染物的去除作用,一方面是由于堆肥的保水、保溫能力及堆肥中豐富的營養(yǎng)可提高土著微生物的活性.另一方面,堆肥中的腐殖質可以降低土壤有機質對有機污染物的吸附鎖定作用[23].為了更好的理解施入堆肥對土壤微生物群落結構變化的影響,論文利用高通量測序技術對施肥引起的土壤微生物多樣性和群落結構變化進行了研究.

2.2 施加堆肥對土壤中氮磷含量變化的影響

施加堆肥對土壤銨態(tài)氮、有效磷含量變化的影響如圖2所示.油污土壤中銨態(tài)氮的初始含量為(2.18±0.48) mg/kg,自然放置過程中,土壤銨態(tài)氮含量呈增加趨勢,6周后增加至(4.88±0.51) mg/kg.由于堆肥中含有豐富的氮源(表2),使得經(jīng)堆肥處理的土壤(SC)銨態(tài)氮含量增加為(14.1±0.54) mg/kg.在整個修復期間,SC處理土壤中的銨態(tài)氮含量呈波動變化趨勢.修復6周后,銨態(tài)氮含量為(16.4±0.38) mg/kg.

自然放置的油污土壤中有效磷初始含量為(9.44±0.40) mg/kg.放置6周后,土壤有效磷含量變?yōu)?7.64±0.38) mg/kg.施入堆肥處理的油污土壤中有效磷初始含量為(122.0±4.4) mg/kg,修復6周后,有效磷含量變?yōu)?130.7±3.8)mg/kg.修復期間,不同處理土壤中有效磷含量變化不大.

劉五星等[24]的研究發(fā)現(xiàn),石油污染使土壤有機C顯著增加,但對全N、水解N、有效P等無顯著影響,石油污染土壤中C、N、P比例嚴重失調(diào),在進行石油污染土壤修復時需要補充適量N、P營養(yǎng)元素,以增強土壤中微生物的活性,加快石油的分解.本研究中,將石油污染土壤在自然條件下放置6周,土壤中銨態(tài)氮和有效磷含量變化不明顯.施入堆肥后,由于堆肥中含有豐富的氮磷養(yǎng)分,使得土壤中氮磷養(yǎng)分顯著增加,有利于促進土壤微生物對石油烴的降解.

2.3 高通量測序結果分析

2.3.1 高通量測序結果的質量控制 利用PCR技術擴增細菌的16SrRNA基因,并進行高通量測序分析.對測序結果進行優(yōu)化序列統(tǒng)計及測序質量評價,所得結果如表3所示.石油污染原土壤(IS)、堆肥(IC)、自然放置6周土壤(CK)、加入有機堆肥進行修復處理6周(SC)土壤所測得的原始序列總數(shù)分別為45501、50244、49672、44604.利用Rear軟件和Prinseq軟件對原始序列進行質量剪切處理后,利用Usearch軟件去除預處理后序列中的嵌合體與靶區(qū)域外序列后,剩余序列數(shù)目分別為43455、49968、47446、41705.序列優(yōu)化率在92%以上,說明本次序列優(yōu)化步驟合理.

根據(jù)97%相似度對處理后剩余序列進行OTU分類,利用Mothur軟件進行rarefaction分析,并利用R語言工具繪制稀疏性曲線.所得結果如圖3所示.當序列數(shù)目大于30000時,曲線趨于平坦,本次測序數(shù)據(jù)量為40000左右,說明本次測序深度足夠.

圖3 測序結果的稀疏性曲線

表3 優(yōu)化序列統(tǒng)計及測序質量評價

2.3.2 微生物群落多樣性 多樣性指數(shù)是用于評價土壤微生物豐富度和群落均勻度的綜合指標.Ace指數(shù)和Chao1指數(shù)用來評價土壤微生物豐富度, 香農(nóng)指數(shù)和辛普森指數(shù)用來評價微生物均勻度. Ace指數(shù)和Chao1指數(shù)值越大,土壤微生物豐富度越大;香農(nóng)指數(shù)值越大,辛普森指數(shù)值越小,土壤微生物均勻度越高[25-26].

微生物群落多樣性測定結果如表4所示.堆肥(IC)、石油污染原土壤(IS)、自然放置6周土壤(CK)、加入有機堆肥修復6周的土壤(SC)OTUs數(shù)量分別為1747、1669、1801和2623.堆肥和土壤中微生物的香農(nóng)指數(shù)在4.30~5.80之間,說明樣品中的微生物物種較為豐富,生物多樣性較好.

表4 堆肥和油污土壤的微生物群落多樣性

注: IC為堆肥; IS為石油污染原土壤; CK為自然放置6周的石油污染土壤; SC為加入堆肥進行修復處理6周的土壤.

與石油污染原土壤(IS)相比,自然放置6周的土壤(CK)多樣性指數(shù)測定結果變化不大.當向土壤中加入堆肥制劑進行修復處理6周后(SC),土壤的香農(nóng)指數(shù)、Ace指數(shù)、Chao1指數(shù)值顯著增加,Simposon指數(shù)降低.說明向土壤中加入有機堆肥進行修復處理可提高油污土壤的微生物豐富度和均勻度.

2.3.3 堆肥及土壤細菌群落結構變化 (1)門水平群落結構分析:有機堆肥(IC)中11種優(yōu)勢菌門(圖4a)和20種優(yōu)勢菌屬(圖4b)的相對豐度如圖4所示.堆肥中的優(yōu)勢菌門包括:變形菌門(Proteobacteria, 51.9%)、擬桿菌門(Bacteroidetes,21.5%)、放線菌門(Actinobacteria,7.97%)、厚壁菌門(Firmicutes,6.49%)和Planctomycetes(4.44%).

石油污染原土壤(IS)、自然放置6周土壤(CK)、施入堆肥處理6周土壤(SC)中12種主要菌門的相對豐度見圖5.IS中,主要菌門包括放線菌門(Actinobacteria)和變形菌門(Proteobacteria),豐度占比分別為47.3%和37.4%.其次為厚壁菌門(Firmicutes),豐度為9.19%.其他占比較高的菌門為綠彎菌門(Chloroflexi)和酸桿菌門(Acidobacteria),豐度分別為1.93%和1.87%.自然放置6周后,土壤中的優(yōu)勢菌門與原污染土壤中所占豐度相比變化不大.

圖6 土壤微生物在屬水平上的相對豐度

向油污土壤中施入堆肥處理6周后,放線菌門(Actinobacteria)豐度降低為28.2%,變形菌門(Proteobacteria)豐度幾乎不變.擬桿菌門(Bacteroidetes)豐度由原來的0.78%增加至16.2%.

葉茜瓊等[8]對西北地區(qū)石油污染黃土壤進行微生物修復時發(fā)現(xiàn),對油污土壤進行合并生物強化和生物刺激的修復處理可使土壤中放線菌門(Actinobacteria)豐度減低,擬桿菌門(Bacteroidetes)豐度增加,與本次加入堆肥修復土壤時,土壤優(yōu)勢菌門變化情況基本一致.

屬水平群落結構分析:堆肥(圖4b)中豐度占比大于2%的優(yōu)勢菌屬共7種,分別為假鞘氨醇桿菌屬(14.8%)、(, 12.8%)、遠洋桿菌屬(,7.15%)、藤黃單胞菌屬(,4.16%)、交替赤細菌屬(,3.52%)、劍菌屬(,2.87%)和副球菌屬(,2.55%).

石油污染原土壤(IS)和自然放置6周的油污土壤中,原小單孢菌屬(, 19.0%,23.2%)、微小桿菌屬(, 8.49%,6.84%)、諾卡氏菌屬(,5.55%, 5.86%)、分支桿菌屬(,4.33%,4.40%)、檸檬酸細菌屬(,5.76%,4.51%)、賴氏菌屬(,3.78%,3.31%)、不動細菌屬(, 3.49%,2.53%)、交替赤細菌屬(, 2.60%,2.91%)、假單胞菌屬(,2.99%, 2.29%)等菌屬為土壤中的主要菌屬(圖6).

施入堆肥對油污土壤進行6周處理后(SC),一些原優(yōu)勢菌屬包括原小單孢菌屬()和微小桿菌()、諾卡氏形態(tài)放線菌()、檸檬酸細菌屬()、分支桿菌()、賴氏菌屬()、不動細菌屬()、假單胞菌屬()、假黃色單胞菌屬()等所占豐度降低;交替赤細菌屬()所占豐度基本不變.

用堆肥對土壤進行修復處理后,氮單胞菌屬()、藤黃單胞菌()、假鞘氨醇桿菌()、紫單胞菌屬()等4種菌屬在土壤中的數(shù)量明顯增加(表5).

表5 施肥處理的土壤中增加的優(yōu)勢菌屬

根據(jù)文獻報道,氮單胞菌屬為可降解苯并[a]芘、菲、芘的菌屬[27-28],紫單胞菌屬為可降解芘的菌屬[29],假鞘氨醇桿菌為常見的多環(huán)芳烴降解菌屬[30-32].某些藤黃單胞菌具有高效驅油作用[33].利用堆肥處理油污土壤后,這些菌屬在土壤中顯著增加,說明本研究中不同組分烴的降解與這些菌屬有關.

3 結論

3.1 向石油污染土壤中加入堆肥進行修復處理可有效去除土壤中不同組分烴.修復6周后,土壤中石油烴、烷烴和多環(huán)芳烴去除率分別為(12.4±0.01)%、(10.2±0.01)%、(9.38±0.02)%.

3.2 石油污染黃土壤中主要菌門包括放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)和厚壁菌門(Firmicutes).主要菌屬包括原小單孢菌屬()、微小桿菌()、諾卡氏菌屬()、分支桿菌屬()、檸檬酸細菌屬().自然條件下放置6周,土壤中菌群結構和微生物多樣性基本不變.

3.3 加入堆肥對油污土壤進行修復處理后.促進了土壤中非優(yōu)勢菌門擬桿菌門(Bacteroidetes)的生長,原優(yōu)勢菌門放線菌門(Actinobacteria)生長受到抑制.原土壤中的主要優(yōu)勢菌屬所占豐度降低,出現(xiàn)一些油污土壤中不存在的菌屬,如氮單胞菌屬()、藤黃單胞菌屬()、假鞘氨醇桿菌屬()、紫單胞菌屬()等,施入堆肥使土壤微生物群落結構發(fā)生明顯變化.

[1] Wang X, Wang Q, Wang S, et al. Effect of biostimulation on community level physiological profiles of microorganisms in field-scale biopiles composed of aged oil sludge [J]. Bioresource Technology, 2012,111(3):308-315.

[2] 劉五星,駱永明,滕 應,等.石油污染土壤的生物修復研究進展[J]. 土壤, 2006,38(5):634-639.

[3] Gogoi B K, Dutta N N, Goswami P, et al. A case study of bioremediation of petroleum-hydrocarbon contaminated soil at a crude oil spill site [J]. Advances in Environmental Research, 2003,7(4):767-782.

[4] 劉五星,駱永明.土壤石油污染與生物修復[M]. 北京:科學出版社, 2015:166-170.

[5] Shahi A, Aydin S, Ince B, et al. Evaluation of microbial population and functional genes during the bioremediation of petroleum-contaminated soil as an effective monitoring approach [J]. Ecotoxicology & Environmental Safety, 2016,125:153-160.

[6] Leys N M, Bastiaens L, Verstraete W, et al. Influence of the carbon/nitrogen/phosphorus ratio on polycyclic aromatic hydrocarbon degradation by Mycobacterium and Sphingomonas in soil [J]. Applied Microbiology & Biotechnology, 2005,66(6):726-736.

[7] Bento F M, Camargo F A, Okeke B C, et al. Comparative bioremediation of soils contaminated with diesel oil by natural attenuation, biostimulation and bioaugmentation [J]. Bioresource Technology, 2005,96(9):1049-55.

[8] 葉茜瓊,吳蔓莉,陳凱麗,等.微生物修復油污土壤過程中氮素的變化及菌群生態(tài)效應[J]. 環(huán)境科學, 2017,38(2):728-734.

[9] 喬 俊,陳 威,張承東.添加不同營養(yǎng)助劑對石油污染土壤生物修復的影響[J]. 環(huán)境化學, 2010,29(1):6-11.

[10] 楊 茜,吳蔓莉,聶麥茜,等.石油污染土壤的生物修復技術及微生物生態(tài)效應[J]. 環(huán)境科學, 2015,36(5):1856-1863.

[11] 馬鐵錚,馬友華,付歡歡,等.生物有機肥和生物炭對Cd和Pb污染稻田土壤修復的研究[J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學報, 2015,32(1):14-19.

[12] 劉秀珍,馬志宏,趙興杰.不同有機肥對鎘污染土壤鎘形態(tài)及小麥抗性的影響[J]. 水土保持學報, 2014,28(3):243-247.

[13] 孟桂元,周 靜,鄔臘梅,等.改良劑對苧麻修復鎘、鉛污染土壤的影響[J]. 中國農(nóng)學通報, 2012,28(2):273-277.

[14] Sayara T, Sarrà M, Sánchez A. Effects of compost stability and contaminant concentration on the bioremediation of PAHs- contaminated soil through composting [J]. Journal of Hazardous Materials, 2010,179(1):999-1006.

[15] 郭 婷,張承東,張清敏.生物修復石油污染鹽堿土壤小試模擬系統(tǒng)中土壤性質與微生物特性變化[J]. 中國環(huán)境科學, 2010,30(8): 1123-1129.

[16] Wu M L, Dick W A, Li W, et al. Bioaugmentation and biostimulation of hydrocarbon degradation and the microbial community in a petroleum-contaminated soil [J]. International Biodeterioration & Biodegradation, 2016,107(3):158-164.

[17] 韓慧龍,陳 鎮(zhèn),楊健民,等.真菌-細菌協(xié)同修復石油污染土壤的場地試驗[J]. 環(huán)境科學, 2008,29(2):454-461.

[18] Wu M L, Li W, Dick W A, et al. Bioremediation of hydrocarbon degradation in a petroleum contaminated soil and microbial population and activity determination [J]. Chemosphere, 2017,169:124-130.

[19] Dibble J T, Bartha R. Effect of environmental parameters on the biodegradation of oil sludge [J]. Applied & Environmental Microbiology, 1979,37(4):729-39.

[20] Cha?neau C H, Rougeux G, Yéprémian C, et al. Effects of nutrient concentration on the biodegradation of crude oil and associated microbial populations in the soil [J]. Soil Biology & Biochemistry, 2005,37(8):1490-1497.

[21] Yanto D H Y, Tachibana S. Enhanced biodegradation of asphalt in the presence of Tween surfactants, Mn2+, and H2O2, byin liquid medium and soil [J]. Chemosphere, 2014,103(5):105-113.

[22] Lee S H, Lee S, Kim D Y, et al. Degradation characteristics of waste lubricants under different nutrient conditions [J]. Journal of Hazardous Materials, 2007,143(1):65-72.

[23] Wu G, Kechavarzi C, Li X, et al. Influence of mature compost amendment on total and bioavailable polycyclic aromatic hydrocarbons in contaminated soils [J]. Chemosphere, 2013,90(8): 2240-2246.

[24] 劉五星,駱永明,滕 應,等.我國部分油田土壤及油泥的石油污染初步研究[J].土壤, 2007,39(2):247-251.

[25] Li H, Ye D, Wang X, et al. Soil bacterial communities of different natural forest types in Northeast China [J]. Plant & Soil, 2014,383(1/2): 203-216.

[26] Sengupta A, Dick W A. Bacterial community diversity in soil under two tillage practices as determined by pyrosequencing [J]. Microbial Ecology, 2015,70(3):1-7.

[27] 盛下放,何琳燕,胡凌飛.苯并[a]芘降解菌的分離篩選及其降解條件的研究[J]. 環(huán)境科學學報, 2005,25(6):791-795.

[28] 周 樂.多環(huán)芳烴降解菌的篩選、降解條件及其與玉米聯(lián)合修復菲、芘污染土壤的研究[D]. 南京:南京農(nóng)業(yè)大學, 2006.

[29] Zhao J K, Li X M, Zhang M J, et al.sp. nov. isolated from a pyrene-degrading microbial enrichment, and emended description of the genus Parapedobacter [J]. International Journal of Systematic & Evolutionary Microbiology, 2013,63(Pt 11):3994-3999.

[30] Pinyakong O, Habe H, Omori T. The unique aromatic catabolic genes indegrading polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) [J]. Journal of General & Applied Microbiology, 2003,49(1):1-19.

[31] Zhou D P, Xia Y, Han R Y, et al. Isolation, identification and degradation characteristics of three phenanthrene-degrading bacteria [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2003,23(1):124-128.

[32] 袁 軍,賴其良,鄭天凌,等.深海多環(huán)芳烴降解菌新鞘氨醇桿菌H25的降解特性及降解基因[J]. 微生物學報, 2008,48(9):1208-1213.

[33] 游 靖,李 青,劉 洋,等.一株高效驅油菌株HB-2降解原油活性的研究[J]. 生物技術通報, 2013,(11):170-174.

Influence of compost amendment on hydrocarbon degradation and microbial communities in petroleum contaminated soil.

WU Man-li*, QI Yan-yun, ZHU Chang-cheng, CHEN Kai-li, XUE Peng-fei, XU Hui-ning

(Shaanxi Key Laboratory of Environmental Engineering, Key Laboratory of Northwest Water Resource, Environment and Ecology, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China)., 2018,38(8)：3042~3048

A laboratory study was conducted to investigate the effects of compost amendment on hydrocarbon degradation and microbial communities in petroleum contaminated soil. Petroleum hydrocarbons were analyzed using gravimetric method and GC-MS. Illumia Miseq technique was used to detect the microbial community structure of petroleum-polluted soil during the remediation. Results showed the removal efficiencies of total petroleum hydrocarbon (TPH), alkane, and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were respectively (12.4±0.01)%, (10.2±0.01)%, and (9.38±0.02)% in the compost amendment soil (SC), compared to (3.21±0.02)%, (-3.00±0.01)%,and (-6.59±0.02)% in the control experiment (CK) after 42days of incubation. In response to compost amendment, the Shannon index, ACE index, and Chao1index increased from 4.30, 3489.3, 2691.0 to 5.80, 4684.7, and 3851.8, respectively. The relative abundance of Actinobacteria phyla decreased from 47.3% to 28.2%, and Bacteroidetes phyla increased from 0.78% to 16.2%. At the genus level, the relative abundance of the dominant genus in the petroleum contaminated soil including,,,, anddecreased significantly. Some new genus including,,, andappeared in the compost treated soil. The results indicated mature compost amendment effectively promoted petroleum hydrocarbon degradation in the soil, and soil microbial communities shifted significantly.

petroleum contaminated soil；compost；GC-MS；Illumina Miseq sequencing；soil microbial communities

X53

A

1000-6923(2018)08-3042-07

吳蔓莉(1974-),女,內(nèi)蒙古赤峰人,教授,博士,從事污染土壤的生物修復技術研究.發(fā)表論文30余篇.

2017-12-28

國家自然科學基金(21577109);陜西省自然科學基金(2015JM5163).

* 責任作者, 教授, 447005853@qq.com