吳蔓莉,祁燕云,祝長(zhǎng)成,陳凱麗,薛鵬飛,徐會(huì)寧
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堆肥對(duì)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(zhǎng)成,陳凱麗,薛鵬飛,徐會(huì)寧
(西安建筑科技大學(xué),陜西省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710055)
為研究堆肥對(duì)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(jié)構(gòu)變化的影響,利用重量法和GC-MS測(cè)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(cè)序技術(shù)研究了堆肥對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響作用.結(jié)果表明,向石油污染土壤中施加堆肥進(jìn)行42d的修復(fù)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(jìn)行修復(fù)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(fù)結(jié)束后幾乎不變.屬水平上,油污土壤中的優(yōu)勢(shì)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(xì)菌屬().施入堆肥使土壤中的這些優(yōu)勢(shì)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(jié)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(jī)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(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化.
石油污染土壤;堆肥;GC-MS;Illumina Miseq測(cè)序;微生物群落結(jié)構(gòu)
油田區(qū)土壤的石油污染已經(jīng)成為我國(guó)亟待解決的重大環(huán)境問(wèn)題之一.石油污染可引起土壤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)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(fù)法去除土壤中石油烴因其成本低、無(wú)二次污染、處理效果好等特點(diǎn),目前已經(jīng)成為應(yīng)用十分廣泛的一種石油污染土壤修復(fù)技術(shù)[1-3].
一般情況下,土壤中由于石油烴的大量存在會(huì)導(dǎo)致氮磷營(yíng)養(yǎng)元素的缺乏,進(jìn)而限制土著微生物的生長(zhǎng),降低石油烴去除效率.多數(shù)研究認(rèn)為,通過(guò)向土壤中補(bǔ)充氮磷營(yíng)養(yǎng)可加速石油污染物的降解[4-6].目前已開(kāi)展了許多向土壤中添加氮磷營(yíng)養(yǎng)以促進(jìn)石油烴降解的研究工作[7-10].
向土壤中施入有機(jī)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(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng),從而達(dá)到污染土壤修復(fù)的目的.一些文獻(xiàn)報(bào)道了向土壤中施加有機(jī)肥料作為鈍化劑降低重金屬的生物有效性,進(jìn)而達(dá)到修復(fù)重金屬污染土壤的研究工作[11-13],也有研究認(rèn)為利用堆肥處理土壤有機(jī)污染是一種行之有效的生態(tài)修復(fù)方法[14-15].
自然狀態(tài)下,土壤微生物群落結(jié)構(gòu)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(duì)污染物進(jìn)行降解代謝時(shí),土壤微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化.目前文獻(xiàn)研究多是對(duì)土壤污染物的去除方法和效果進(jìn)行研究評(píng)價(jià),對(duì)于施加堆肥引起的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)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(duì)象,通過(guò)向土壤中施入有機(jī)堆肥,研究了堆肥對(duì)土壤中不同組分石油烴的去除作用.同時(shí)利用MiSeq高通量測(cè)序平臺(tái)研究了施加堆肥條件下油污土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化情況,旨在為石油污染土壤的微生物修復(fù)提供理論基礎(chǔ).
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(zhì)如表1所示.
表1 石油污染土壤(IS)的基本性質(zhì)
所用腐熟堆肥(IC)取自西北農(nóng)林科技大學(xué),是以干質(zhì)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(zhì)譜儀(ELAN DRC-E,美國(guó)PerkinElmer公司)對(duì)堆肥中的元素進(jìn)行分析.結(jié)果如表2所示.
表2 堆肥的基本性質(zhì)(mg/kg)
在模擬自然修復(fù)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(jìn)行修復(fù)處理(SC),以不作任何處理的1kg石油污染土壤作為控制實(shí)驗(yàn)(CK),每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)平行.進(jìn)行連續(xù)6周的修復(fù)實(shí)驗(yàn),每隔1周取樣測(cè)定土壤中的石油烴、烷烴和多環(huán)芳烴.
1.4.1 石油烴的測(cè)定 利用梅花形布點(diǎn)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(jìn)行測(cè)定[16-17].
室溫條件下,將石油污染土壤置于通風(fēng)櫥中烘干24h后,準(zhǔn)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(xì)胞粉碎機(jī)(JY92-Ⅱ,美國(guó)SONICS)超聲萃取15min,功率為170W.重復(fù)萃取3次,6000r/min離心15min,合并3次提取液并過(guò)濾,置于已烘干并恒重的三角瓶中,放入通風(fēng)櫥中烘干至恒重,稱重后按重量法計(jì)算土壤中TPH的含量.
利用中性氧化鋁柱(10mm×150mm, Agilent Technologies)對(duì)提取的總石油烴進(jìn)行層析分離,獲得烷烴和多環(huán)芳烴組分.利用氣相色譜-質(zhì)譜分析儀(7000B型,美國(guó)安捷倫公司)測(cè)定烷烴和多環(huán)芳烴含量,測(cè)定方法參見(jiàn)文獻(xiàn)[18].
1.4.2 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)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(yàn)DNA的完整性.
利用341F/805R(341F引物:5¢-CCCTACACG- ACGCTCTTCCGATCTG-3¢;805R引物:5¢-GACTG- GAGTTCCTTGGCACCCGAGAATTCCA-3¢)對(duì)提取的總DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增.擴(kuò)增步驟:94℃預(yù)變性3min,94℃變性30s,45℃退火20s,65℃延伸30s,重復(fù)5個(gè)循環(huán);94℃變性20s,55℃退火20s,72℃延伸30s,重復(fù)20個(gè)循環(huán);引入Illumina橋式PCR兼容引物, 95℃預(yù)變性30s,95℃變性15s,55℃退火15s,72℃延伸30s,重復(fù)5個(gè)循環(huán).
純化回收所需的PCR產(chǎn)物,利用Qubit 2.0DNA檢測(cè)試劑盒對(duì)回收的DNA精確定量.利用Illumina Miseq平臺(tái)進(jìn)行高通量分析測(cè)定,最終上機(jī)測(cè)序濃度為20pmol.
利用SPSS19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算,利用Usearch軟件校正測(cè)序結(jié)果并將所有樣本按照序列間的距離進(jìn)行聚類分析,利用RDP classifier和Mothur軟件進(jìn)行物種分類和Alpha多樣分析.
施加有機(jī)堆肥對(duì)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(guò)6周的修復(fù),加入堆肥修復(fù)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(duì)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(fù)過(guò)程中多環(huán)芳烴增多的現(xiàn)象自Dibble[19]首次報(bào)道以來(lái),一些文獻(xiàn)研究中也有類似的結(jié)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(zhuǎn)化所致[22].
根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,堆肥對(duì)土壤中有機(jī)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(yíng)養(yǎng)可提高土著微生物的活性.另一方面,堆肥中的腐殖質(zhì)可以降低土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)有機(jī)污染物的吸附鎖定作用[23].為了更好的理解施入堆肥對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化的影響,論文利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)施肥引起的土壤微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了研究.
施加堆肥對(duì)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(guò)程中,土壤銨態(tài)氮含量呈增加趨勢(shì),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(gè)修復(fù)期間,SC處理土壤中的銨態(tài)氮含量呈波動(dòng)變化趨勢(shì).修復(fù)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(fù)6周后,有效磷含量變?yōu)?130.7±3.8)mg/kg.修復(fù)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(jī)C顯著增加,但對(duì)全N、水解N、有效P等無(wú)顯著影響,石油污染土壤中C、N、P比例嚴(yán)重失調(diào),在進(jìn)行石油污染土壤修復(fù)時(shí)需要補(bǔ)充適量N、P營(yíng)養(yǎng)元素,以增強(qiáng)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(jìn)土壤微生物對(duì)石油烴的降解.
2.3.1 高通量測(cè)序結(jié)果的質(zhì)量控制 利用PCR技術(shù)擴(kuò)增細(xì)菌的16SrRNA基因,并進(jìn)行高通量測(cè)序分析.對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化序列統(tǒng)計(jì)及測(cè)序質(zhì)量評(píng)價(jià),所得結(jié)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(jī)堆肥進(jìn)行修復(fù)處理6周(SC)土壤所測(cè)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(duì)原始序列進(jìn)行質(zhì)量剪切處理后,利用Usearch軟件去除預(yù)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(shuō)明本次序列優(yōu)化步驟合理.
根據(jù)97%相似度對(duì)處理后剩余序列進(jìn)行OTU分類,利用Mothur軟件進(jìn)行rarefaction分析,并利用R語(yǔ)言工具繪制稀疏性曲線.所得結(jié)果如圖3所示.當(dāng)序列數(shù)目大于30000時(shí),曲線趨于平坦,本次測(cè)序數(shù)據(jù)量為40000左右,說(shuō)明本次測(cè)序深度足夠.
圖3 測(cè)序結(jié)果的稀疏性曲線
表3 優(yōu)化序列統(tǒng)計(jì)及測(cè)序質(zhì)量評(píng)價(jià)
2.3.2 微生物群落多樣性 多樣性指數(shù)是用于評(píng)價(jià)土壤微生物豐富度和群落均勻度的綜合指標(biāo).Ace指數(shù)和Chao1指數(shù)用來(lái)評(píng)價(jià)土壤微生物豐富度, 香農(nóng)指數(shù)和辛普森指數(shù)用來(lái)評(píng)價(jià)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(cè)定結(jié)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(jī)堆肥修復(fù)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(shuō)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(jìn)行修復(fù)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(cè)定結(jié)果變化不大.當(dāng)向土壤中加入堆肥制劑進(jìn)行修復(fù)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(shuō)明向土壤中加入有機(jī)堆肥進(jìn)行修復(fù)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(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化 (1)門水平群落結(jié)構(gòu)分析:有機(jī)堆肥(IC)中11種優(yōu)勢(shì)菌門(圖4a)和20種優(yōu)勢(shì)菌屬(圖4b)的相對(duì)豐度如圖4所示.堆肥中的優(yōu)勢(shì)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(duì)豐度見(jiàn)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(shì)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(duì)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(lái)的0.78%增加至16.2%.
葉茜瓊等[8]對(duì)西北地區(qū)石油污染黃土壤進(jìn)行微生物修復(fù)時(shí)發(fā)現(xiàn),對(duì)油污土壤進(jìn)行合并生物強(qiáng)化和生物刺激的修復(fù)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(fù)土壤時(shí),土壤優(yōu)勢(shì)菌門變化情況基本一致.
屬水平群落結(jié)構(gòu)分析:堆肥(圖4b)中豐度占比大于2%的優(yōu)勢(shì)菌屬共7種,分別為假鞘氨醇桿菌屬(14.8%)、(, 12.8%)、遠(yuǎn)洋桿菌屬(,7.15%)、藤黃單胞菌屬(,4.16%)、交替赤細(xì)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(xì)菌屬(,5.76%,4.51%)、賴氏菌屬(,3.78%,3.31%)、不動(dòng)細(xì)菌屬(, 3.49%,2.53%)、交替赤細(xì)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(duì)油污土壤進(jìn)行6周處理后(SC),一些原優(yōu)勢(shì)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(xì)菌屬()、分支桿菌()、賴氏菌屬()、不動(dòng)細(xì)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(xì)菌屬()所占豐度基本不變.
用堆肥對(duì)土壤進(jìn)行修復(fù)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(shì)菌屬
根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)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(jiàn)的多環(huán)芳烴降解菌屬[30-32].某些藤黃單胞菌具有高效驅(qū)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(shuō)明本研究中不同組分烴的降解與這些菌屬有關(guān).
3.1 向石油污染土壤中加入堆肥進(jìn)行修復(fù)處理可有效去除土壤中不同組分烴.修復(fù)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(xì)菌屬().自然條件下放置6周,土壤中菌群結(jié)構(gòu)和微生物多樣性基本不變.
3.3 加入堆肥對(duì)油污土壤進(jìn)行修復(fù)處理后.促進(jìn)了土壤中非優(yōu)勢(shì)菌門擬桿菌門(Bacteroidetes)的生長(zhǎng),原優(yōu)勢(shì)菌門放線菌門(Actinobacteria)生長(zhǎng)受到抑制.原土壤中的主要優(yōu)勢(shì)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(jié)構(gòu)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(yīng),等.石油污染土壤的生物修復(fù)研究進(jìn)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(fù)[M]. 北京:科學(xué)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(fù)油污土壤過(guò)程中氮素的變化及菌群生態(tài)效應(yīng)[J]. 環(huán)境科學(xué), 2017,38(2):728-734.
[9] 喬 俊,陳 威,張承東.添加不同營(yíng)養(yǎng)助劑對(duì)石油污染土壤生物修復(fù)的影響[J]. 環(huán)境化學(xué), 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(fù)技術(shù)及微生物生態(tài)效應(yīng)[J]. 環(huán)境科學(xué), 2015,36(5):1856-1863.
[11] 馬鐵錚,馬友華,付歡歡,等.生物有機(jī)肥和生物炭對(duì)Cd和Pb污染稻田土壤修復(fù)的研究[J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào), 2015,32(1):14-19.
[12] 劉秀珍,馬志宏,趙興杰.不同有機(jī)肥對(duì)鎘污染土壤鎘形態(tài)及小麥抗性的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2014,28(3):243-247.
[13] 孟桂元,周 靜,鄔臘梅,等.改良劑對(duì)苧麻修復(fù)鎘、鉛污染土壤的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 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(fù)石油污染鹽堿土壤小試模擬系統(tǒng)中土壤性質(zhì)與微生物特性變化[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 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(xì)菌協(xié)同修復(fù)石油污染土壤的場(chǎng)地試驗(yàn)[J]. 環(huán)境科學(xué), 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(yīng),等.我國(guó)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(xué)學(xué)報(bào), 2005,25(6):791-795.
[28] 周 樂(lè).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(fù)菲、芘污染土壤的研究[D]. 南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 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(xué)報(bào), 2008,48(9):1208-1213.
[33] 游 靖,李 青,劉 洋,等.一株高效驅(qū)油菌株HB-2降解原油活性的研究[J]. 生物技術(shù)通報(bào), 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(fù)技術(shù)研究.發(fā)表論文30余篇.
2017-12-28
國(guó)家自然科學(xué)基金(21577109);陜西省自然科學(xué)基金(2015JM5163).
* 責(zé)任作者, 教授, 447005853@qq.com