許殷瑞,吳蔓莉,王 麗,高 歡,劉澤梁

陜北石油污染土壤微生物種群變化及影響因素

許殷瑞,吳蔓莉*,王 麗,高 歡,劉澤梁

(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)

采集陜北地區(qū)10個產油區(qū)縣的石油污染土壤和潔凈土壤,利用化學分析法和分子生物學技術對土壤理化性質和細菌群落結構進行測定,采用Pearson相關性分析和冗余分析研究石油污染對土壤理化性質、微生物種群分布和多樣性的影響.結果表明,與未受污染土壤相比,石油污染土壤的NO3--N、總有機碳、全碳、全硫含量和碳氮比增加,pH值減小;土壤細菌群落均勻度明顯降低,豐富度無明顯變化.不同地區(qū)土壤受到石油污染后,一些優(yōu)勢細菌的相對豐度變化明顯.變形菌門()和綠彎菌門()的相對豐度變化與石油烴含量呈顯著正相關,的相對豐度變化與石油烴含量呈極顯著負相關.定邊、靖邊、子長、綏德、吳起、安塞和富縣石油污染土壤中假單胞菌屬()、諾卡氏菌屬()、節(jié)桿菌屬()、不動桿菌屬()、、和相對豐度顯著增加;定邊、靖邊、子長和綏德石油污染土壤中、假諾卡氏菌屬()、、相對豐度顯著降低.假單胞菌屬()、諾卡氏菌屬()、節(jié)桿菌屬()和為陜北地區(qū)石油污染土壤中的主要“嗜油菌”.土壤pH值、含水率、總石油烴和總有機碳等理化性質是影響陜北油田區(qū)石油污染土壤微生物種群結構的關鍵因素.

石油污染土壤；細菌群落結構；理化性質；影響因素；區(qū)域特征

土壤微生物物種是與區(qū)域環(huán)境長期適應的結果,具有一定的穩(wěn)定性.當土壤環(huán)境發(fā)生變化時,土壤微生物群落組成與多樣性也隨之改變,其中一些微生物對環(huán)境變化響應靈敏,可作為土壤質量的生物學監(jiān)測指標[1-3].

土壤受到石油污染后,微生物菌群結構和多樣性發(fā)生變化.一些研究認為,石油污染增加了土壤中石油烴降解菌的數量,使土壤微生物群落的豐富度和均勻度降低[4-7].但是,也有研究認為石油污染刺激了土壤中微生物的生長,使土壤微生物多樣性呈增加趨勢[8].王金成[9]、劉五星[8]等對土壤環(huán)境因子與微生物群落結構特征變化的相關性進行了研究,結果表明土壤中總石油烴含量的變化影響了土壤pH值、鹽含量、總磷和有機質含量,進而對微生物群落結構和多樣性造成影響.

陜北是我國西北地區(qū)重要的能源化工基地.近年來,受油田開發(fā)的影響,土壤的石油污染問題十分嚴重.許多文獻對陜北石油污染土壤中微生物群落結構組成和多樣性進行了相關研究[10-13],但多數研究僅針對某一固定場所的污染情況進行調查,缺少對陜北油田區(qū)的全面研究.

本文采集了陜北10個產油區(qū)縣的石油污染和未污染土壤,對不同區(qū)域土壤的理化性質和微生物種群結構進行研究,探討石油污染對土壤理化性質、微生物種群結構和多樣性造成的影響.通過比較同一地區(qū)石油污染土壤和潔凈土壤中優(yōu)勢細菌的相對豐度,分析了嗜油菌和憎油菌在不同地區(qū)的分布情況.研究對于詳細了解陜北油田區(qū)污染土壤中微生物的分布情況,以及從污染土壤中富集篩選高效石油烴降解菌具有一定的理論意義.

1 材料與方法

1.1 采樣點分布及土壤樣品采集

于2019年9～10月采樣,采樣點分布情況如圖1所示,分別在陜西省榆林市轄區(qū)的定邊縣、靖邊縣、綏德縣,延安市轄區(qū)的寶塔區(qū)、吳起縣、志丹縣、安塞區(qū)、子長縣、延長縣、富縣等10個產油區(qū)縣的油井場周圍設置采樣點.各采樣點基本地形為黃土高原丘陵溝壑區(qū),屬典型的溫帶大陸性半干旱季風氣候,土壤類型以黃綿土為主,地理坐標為東經107°49'～110°27',北緯35°59'～37°38'.采集油井口周圍受石油污染的表層土壤(0～20cm)作為實驗土壤,采集各油井場附近未受污染的表層土壤作為對照土壤(將總石油烴含量低于500mg/kg的土樣視作清潔土壤[14]).采集方法為多點取土后混勻,剔除較大的植物根系和礫石等雜質后,裝于無菌樣品袋中,利用干冰保持低溫狀態(tài)運回實驗室,于-80℃下儲存?zhèn)溆?各土壤樣品編號見表1.

圖1 采樣點分布

表1 樣品名稱

1.2 實驗方法

1.2.1 土壤理化性質測定 土壤含水率采用烘干稱重法測定,pH值采用電極法測定,氧化還原電位采用電位法測定,氨氮采用靛酚藍比色法測定, NO3--N采用紫外分光光度法測定,總有機碳采用總有機碳分析儀(Vario TOC,Elementar)測定,總石油烴采用超聲萃取-重量法測定,全氮、全碳、全硫含量及碳氮比采用元素分析儀(Vario MACRO,Elementar)測定[15-17].對每個土壤樣品的理化性質進行3次平行測定.

1.2.2 高通量測序方法 將取自陜北不同地區(qū)油井場內的石油污染和未污染土壤樣品送至上海生工生物工程股份有限公司進行高通量測序分析.主要分析流程如下:土壤樣品經預處理后,利用OMEGA試劑盒E.Z.N.ATM Mag-Bind Soil DNA Kit提取樣本總DNA,采用瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA完整性,Qubit定量檢測DNA樣本濃度;利用341F/805R(341F引物:5’-CCCTACACGACGCTCT- TCCGATCTG-3’;805R引物:5’-GACTGGAGTTC-CTTGGCACCCGAGAATTCCA-3’)對提取的總DNA進行PCR擴增,實驗選擇擴增區(qū)域為16SV3- V4;利用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測文庫大小,Qubit 3.0熒光定量儀進行文庫濃度分析后,使用Illumina Miseq平臺進行高通量測序.對所得原始數據進行去除引物接頭、序列對拼、質量剪切以及剔除嵌合體和非特異性擴增序列等處理;利用Usearch軟件將有效序列依據97%的相似度進行操作分類單元(OTU)的劃分,并利用R語言繪制Venn圖;利用Mothur軟件進行Alpha多樣性分析;利用RDP classifier貝葉斯算法將OTU代表序列與RDP數據庫進行序列比對,從而得到每個OTU的物種注釋信息,在門和屬分類水平上統計各樣品的群落組成.

1.3 數據統計與分析

采用SPSS 18.0對土壤理化數據進行單因素方差分析(one-way ANOVA)并利用最小顯著差數法 (LSD,<0.05)進行多重比較;對油污土壤和潔凈土壤理化性質的差值與總石油烴含量的差值進行Pearson相關性分析;對土壤受石油污染后特有OTU數目變化、細菌Alpha多樣性變化、優(yōu)勢菌門和菌屬相對豐度變化與理化性質變化進行Pearson相關性分析;利用Canoco軟件對優(yōu)勢菌門和菌屬相對豐度變化與理化性質變化進行冗余分析(RDA).

2 結果與分析

2.1 土壤理化性質

土壤理化性質測定結果見表2.所采集的10個地區(qū)土壤樣品中,子長(ZC-W)、吳起(WQ-W)、延長(YC-W)、綏德(SD-W)和延安(YA-W)5個地區(qū)土壤含油量在4533～6661mg/kg之間;富縣(FX-W)、志丹(ZD-W)、靖邊(JB-W)和安塞(AS-W)4個地區(qū)土壤含油量在12867～50200mg/kg之間;在定邊采集的土壤樣品(DB-W)含油量高達146500mg/kg.

采集的陜北10個區(qū)域未污染土壤含水率在0.090%～14.764%之間;pH值在7.14～8.62之間,呈堿性;氧化還原電位在128～180mV之間,氨氮含量在4.11～58.11mg/kg之間,NO3--N含量在0.28～ 26.82mg/kg之間,總有機碳含量在2034～9068mg/kg之間,全氮、全碳、全硫含量分別在0.2～0.7,13.8～ 19.0,0.09～0.94g/kg之間.不同地區(qū)土壤隨石油烴含量增加,總有機碳、全碳、全硫含量和碳氮比顯著提高.

對10個采樣區(qū)油污土壤和潔凈土壤理化性質的差值(即土壤受石油污染后,各項理化指標的變化量)與總石油烴含量的差值進行相關性分析.結果表明,土壤pH值(=-0.667,=0.035)、NO3--N(=0.890,=0.001)、總有機碳(=0.999,<0.001)、全碳(= 0.989,<0.001)、全硫(=0.845,=0.002)和碳氮比(=0.965,<0.001)的變化與石油烴含量具有顯著相關性,其余理化性質變化與石油烴含量間的相關性不顯著(>0.05).說明污染使土壤pH值降低, NO3--N、總有機碳、全碳、全硫和碳氮比提高,對含水率、氧化還原電位、氨氮、全氮等理化性質影響較小.

石油是由多種烴類物質和少量瀝青、膠質等非烴類物質組成的復雜混合物,其化學組成包括碳(83%～87%)?氫(11%～14%)?硫(0.06%～0.8%)?氧(0.08%～1.82%)等元素[18-20].因此,石油污染后土壤總有機碳、全碳、全硫含量和碳氮比明顯增加.有研究認為,石油污染導致土壤鹽分的積累,使得土壤細菌及放線菌數量上升,進而引起微生物厭氧降解過程產生的酸性物質增加,使得土壤含水量、pH值及氧化還原電位下降[21-25].大多數能夠代謝石油烴的微生物在pH值為7的中性、土壤碳氮比為100/10的條件下活性最強[26-29].陜北地區(qū)未受污染的土壤呈堿性,受石油污染后pH值有所降低,碳氮比顯著提高,不同地區(qū)清潔土壤和污染土壤的碳氮比均高于100/10.相較于其他土壤類型,陜北地區(qū)黃綿土氮素含量偏低,石油污染導致土壤中的碳含量大幅增加,進而造成氮素不足.因此,向陜北石油污染土壤中加入氮源進行生物刺激修復理論上是一種可行的生物修復方法.

表2 陜北油田區(qū)土壤理化性質

注:平均值±標準誤差,=3;同列數字后不同小寫字母表示差異顯著(<0.05).

2.2 OTUs物種分析

對97%相似度分類的OTUs進行生物信息統計分析,同時繪制Venn圖(圖2).結果表明各地區(qū)未污染土壤樣品的OTUs總數為35332,其中共有OTUs數目為97,占各樣品OTUs總數的1.71%～12.11%(圖2(a));石油污染土壤樣品共產生了34029個OTUs,其中共有OTUs數目為99個,占OTUs總數的1.43%～7.78%(圖2(b)).受石油污染后,志丹和安塞土壤特有OTU數目增多(與未受污染土壤相比增加值大于200),延長、延安和富縣特有OTU數目減少(減小值大于200),其余采樣點變化較小.土壤特有OTU數目變化與石油烴含量間未呈現出顯著相關關系(>0.05),石油污染未對土壤特有OTU數目造成顯著影響.

圖2 土壤樣品OTU分布Venn圖

2.3 Alpha多樣性分析

由圖3可知,各地區(qū)清潔土壤ACE指數和Chao1指數范圍分別為1072～8121和986～7949.相比清潔土壤,綏德、吳起和安塞地區(qū)石油污染土壤ACE指數(差值為-560～-1634)和Chao1指數(差值為-388～-1711)降低,志丹、靖邊、子長和延安地區(qū)ACE指數(差值為518～1653)和Chao1指數(差值為190～1570)增加,其余地區(qū)變化較小.由以上分析可知,土壤受到石油污染后,細菌菌群的ACE指數和Chao1指數發(fā)生變化,但不同地區(qū)的變化趨勢并不一致.各地區(qū)清潔土壤Shannon指數和Simpson指數范圍分別為3.69～7.24、0.0024～0.0658.與清潔土壤相比,除子長、綏德和延安以外其余7個地區(qū)石油污染土壤Shannon指數降低(差值為-0.05～-1.69), Simpson指數提高(差值為0.001～0.1014),且含油量大的地區(qū)變化幅度大于輕度污染地區(qū).

對土壤細菌多樣性變化與理化性質變化進行相關性分析(表3).由表3可知,石油烴含量與土壤ACE指數和Chao1指數變化的相關性不顯著(> 0.05),與Shannon指數變化呈顯著負相關(=0.038), 與Simpson指數變化呈極顯著正相關(<0.001).石油污染對土壤細菌群落豐富度無顯著影響,但會降低細菌群落均勻度.

楊萌青等[30]研究了不同含油量下土壤微生物群落結構的變化情況,結果表明石油污染會降低土壤菌群的均勻度; Patel等[31]采集了印度不同工業(yè)區(qū)的油污土壤進行宏基因組DNA提取,以研究微生物群落對石油擾動的耐受能力,結果顯示土壤微生物多樣性隨污染程度的增加而顯著降低.本文對陜北石油污染土壤微生物多樣性的研究結果與上述文獻報道一致.石油進入土壤環(huán)境后,部分土著微生物能夠利用石油中的碳、氮等組分作為營養(yǎng)物質進行生長代謝,并產生氣體、脂肪酸及生物表面活性劑等代謝產物,該微生物類群(即嗜油菌/石油烴降解菌[32-33])數量逐步上升;部分微生物(即憎油菌)因不能適應石油污染后的土壤環(huán)境,數量逐漸減少.由此造成土壤微生物群落均勻度呈現降低趨勢.

2.4 物種分類學分析

2.4.1 門水平群落結構分析 陜北不同地區(qū)未污染土壤中的優(yōu)勢菌門基本一致,主要包括變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和Candidatus Saccharibacteria等.

與未受污染土壤相比,石油污染土壤中的優(yōu)勢菌門類別基本不變,但其相對豐度變化明顯(表4).

將菌門豐度變化值與各環(huán)境因子變化值進行相關性分析(表5)發(fā)現,變形菌門(Proteobacteria,=0.034)和綠彎菌門(Chloroflexi,=0.045)的相對豐度變化與石油烴含量呈顯著正相關,CandidatusSaccharibacteria的相對豐度變化與石油烴含量呈極顯著負相關(=0.009),其余菌門的相對豐度變化與石油烴含量的相關性不顯著(>0.05).

土壤受到石油污染后,新出現的或相對豐度顯著增加的細菌為嗜油菌/石油烴降解菌,相對豐度顯著降低的為憎油菌[4,30,34].據此可推測陜北地區(qū)土壤中的變形菌門(Proteobacteria)和綠彎菌門(Chloroflexi)為嗜油菌門,CandidatusSaccharibacteria為憎油菌門.以優(yōu)勢菌門豐度變化作為物種數據,土壤理化性質變化作為環(huán)境變量進行冗余分析(RDA)(圖4).根據各環(huán)境因子連線的長度可知,在所有環(huán)境因子中,總石油烴(與RDA1的相關系數為-0.544,與RDA2的相關系數為-0.839)、總有機碳(與RDA1的相關系數為-0.569,與RDA2的相關系數為-0.823)和總碳(與RDA1的相關系數為-0.513,與RDA2的相關系數為-0.858)對土壤細菌在門水平的群落結構變化影響最大,其次為pH值(與RDA1的相關系數為0.655,與RDA2的相關系數為0.756)、含水率(與RDA1的相關系數為-0.959,與RDA2的相關系數為0.282)和NO3--N (與RDA1的相關系數為-0.359,與RDA2的相關系數為-0.933).結合相關性分析(表5),隨總石油烴、總有機碳和總碳含量增大,變形菌門(Proteobacteria)豐度增加,CandidatusSaccharibacteria和綠彎菌門(Chloroflexi)豐度減小;隨pH值增大,CandidatusSaccharibacteria豐度增加,變形菌門(Proteobacteria)豐度減小;隨含水率增大,變形菌門(Proteobacteria)豐度增加,放線菌門(Actinobacteria)和芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)豐度減小;隨NO3--N含量增大,CandidatusSaccharibacteria豐度減小.

2.4.2 屬水平群落結構分析 陜北不同地區(qū)潔凈土壤中的優(yōu)勢菌屬主要包括假單胞菌屬()、、鞘氨醇單胞菌屬()、諾卡氏菌屬()、海桿菌屬()、芽單胞菌屬()、節(jié)桿菌屬()、不動桿菌屬()等.

圖3 土壤細菌的alpha多樣性指數

表3 土壤細菌多樣性變化與理化性質變化的相關性分析

注:*、**分別表示在0.05水平(雙側)和0.01水平(雙側)上顯著相關.

由表6可知,假單胞菌屬()在定邊、靖邊和安塞污染土壤中顯著增加;在定邊和綏德污染土壤中顯著減少,在吳起顯著增加;諾卡氏菌屬()在靖邊顯著減少,在子長和綏德顯著增加;海桿菌屬()在綏德顯著減少,在靖邊顯著增加;節(jié)桿菌屬()在子長和綏德顯著增加;不動桿菌屬()、分枝桿菌屬()分別在安塞、定邊和吳起顯著增加,其中為靖邊、子長和吳起油污土壤中的新出現菌屬;和在富縣顯著增加;假諾卡氏菌屬()和在靖邊和子長顯著減少;其余菌屬的相對豐度變化較小.總體上,假單胞菌屬()、諾卡氏菌屬()、節(jié)桿菌屬()和在多數油污土壤中豐度顯著增加.

根據菌屬豐度變化與環(huán)境因子變化的相關性分析結果(表7),假單胞菌屬(,=0.043) 和(<0.001)的相對豐度變化與石油烴含量呈顯著正相關,___(=0.009)、鞘氨醇單胞菌屬(,=0.034)、分枝桿菌屬(,=0.031)和假諾卡氏菌屬(,=0.048)的相對豐度變化與石油烴含量呈顯著負相關,其余菌屬的相對豐度變化與石油烴含量的相關性不顯著(>0.05).

表4 土壤受石油污染后各細菌菌門相對豐度變化

注:表中數據為各地區(qū)石油污染土壤與未污染土壤相應菌門豐度的差值,單位為%;“—”表示未發(fā)生明顯變化.

表5 土壤受石油污染后菌門豐度變化與理化性質變化間的相關性

注:*、**分別表示在0.05水平(雙側)和0.01水平(雙側)上顯著相關.

假單胞菌屬()[35-36]、節(jié)桿菌屬()[37-38]、不動桿菌屬()[39-40]和[41-42]是文獻中報道的石油烴降解菌.相關性分析結果表明(表7),隨總有機碳、總石油烴、全碳和全硫含量增大,假單胞菌屬()和豐度增加，和假諾卡氏菌屬()豐度減小;隨pH值增大，和分枝桿菌屬()豐度增加.說明陜北石油污染土壤中的嗜油菌屬主要包括假單胞菌屬()、諾卡氏菌屬()、節(jié)桿菌屬()、不動桿菌屬()、、和;憎油菌屬為、假諾卡氏菌屬()、、_ g.

表6 土壤受石油污染后各細菌菌屬相對豐度變化

注:表中數據為各地區(qū)石油污染土壤與未污染土壤相應菌屬豐度的差值,單位為%;“—”表示未發(fā)生明顯變化.

表7 土壤受石油污染后菌屬豐度變化與理化性質變化間的相關性

注:*、**分別表示在0.05水平(雙側)和0.01水平(雙側)上顯著相關.

圖4 土壤細菌群落結構變化與環(huán)境因子變化間的冗余分析(RDA)

MC:含水率;ORP:氧化還原電位;AN:氨氮含量;NN:NO3--N含量;TOC:總有機碳含量;TPH:總石油烴含量;TC:全碳含量;TS:全碳含量

3 結論

3.1 陜北油田區(qū)土壤受石油污染后,NO3--N (= 0.890,=0.001)、總有機碳(=0.999,<0.001)、全碳(=0.989,<0.001)、全硫(=0.845,=0.002)和碳氮比(=0.965,<0.001)顯著提高,與石油烴含量呈顯著正相關;pH值(=-0.667,=0.035)顯著降低,與石油烴含量呈顯著負相關;石油污染對土壤細菌群落豐富度無顯著影響,但會降低細菌群落均勻度(油污土壤與潔凈土壤的Shannon指數和Simpson指數差值與石油烴含量的相關性系數分別為-0.659和0.929).

3.2 陜北地區(qū)土壤中的嗜油菌在門水平上主要包括變形菌門()和綠彎菌門(),在屬水平上主要包括假單胞菌屬()、諾卡氏菌屬()、節(jié)桿菌屬()、不動桿菌屬()、、和;憎油菌在門水平上為門,在屬水平上主要包括假諾卡氏菌屬()、、___.

3.3 影響陜北油田區(qū)土壤優(yōu)勢菌門生長的限制性因子主要為總石油烴、總有機碳和總碳,其次為pH值、含水率和NO3--N,受影響的菌門為變形菌門()、放線菌門()、、芽單胞菌門()和綠彎菌門();影響優(yōu)勢菌屬生長的限制性因子主要為含水率、總有機碳和總石油烴,其次為全碳、全硫和pH值,受影響的菌屬主要包括假單胞菌屬()、___鞘氨醇單胞菌屬()、分枝桿菌屬()和假諾卡氏菌屬()等.

[1] 李曉樓.石油污染對土壤微生物群落多樣性的影響 [J]. 生物工程學報, 2017,33(6):968-975.

Li X L. Influence of oil pollution on soil microbial community diversity [J]. Chinese Journal of Biotechnology, 2017,33(6):968-975.

[2] Nwaichi E O. Evaluation of soil microbial communities as influenced by crude oil pollution [J]. African Journal of Biotechnology, 2015, 14(19):1632-1639.

[3] Adesina G O, Adelasoye K A. Effect of crude oil pollution on heavy metal contents, microbial population in soil, and maize and cowpea growth [J]. Agricultural Sciences, 2014,5(1):43-50.

[4] 蔡萍萍,寧 卓,何 澤,等.采油井場土壤微生物群落結構分布 [J]. 環(huán)境科學, 2018,39(7):3329-3338.

Cai P P, Ning Z, He Z, et al. Microbial community distributions in soils of an oil exploitation site [J]. Environmental Science, 2018,39 (7):3329-3338.

[5] 王金成,井明博,段春燕,等.石油烴污染對隴東黃土高原土壤生物學及非生物學特性的影響 [J]. 水土保持通報, 2017,37(1):9-16.

Wang J C, Jing M B, Duan C Y, et al. Impact of crude oil pollution on soil biological and abiological properties in eastern Gansu Province [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(1):9-16.

[6] Gao Y, Miao C, Xia J, et al. Plant diversity reduces the effect of multiple heavy metal pollution on soil enzyme activities and microbial community structure [J]. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2012,6(2):213-223.

[7] Nwaichi E O. Evaluation of soil microbial communities as influenced by crude oil pollution [J]. African Journal of Biotechnology, 2015,14 (19):1632-1639.

[8] 劉五星,駱永明,滕 應,等.石油污染土壤的生態(tài)風險評價和生物修復Ⅱ.石油污染土壤的理化性質和微生物生態(tài)變化研究 [J]. 土壤學報, 2007,44(5):848-853.

Liu W X, Luo Y M, Teng Y, et al. Co-risk assessment and bioremediation of petroleum contaminated soil II. Changes in physico-chemical properties and microbial ecology of petroleum contaminated soil [J]. Acta Pedologica Sinica, 2007,44(5):848-853.

[9] 王金成,井明博,肖朝霞,等.隴東黃土高原地區(qū)石油污染土壤微生物群落及其與環(huán)境因子的關系 [J]. 水土保持通報, 2012,32(5):145- 151.

Wang J C, Jing M B, Xiao Z X, et al. Relationship between microbial-composition of petroleum-contaminated soil and its environmental factors in longdong region of loess plateau [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2012,32(5):145-151.

[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, 2015,5:1856-1863.

Yang Q, Wu M L, Nie M Q, et al. Effects and biological response on bioremediation of petroleum contaminated soil [J]. Environmental Science, 2015,5:1856-1863.

[11] 陳凱麗,吳蔓莉,葉茜瓊,等.生物修復對石油污染土壤微生物活性的影響 [J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報, 2017,36(2):279-285.

Chen K L, Wu M L, Ye X Q, et al. Impacts of bioremediation on microbial activities in petroleum contaminated soil [J]. Journal of Agro-Environment Science, 2017,36(2):279-285.

[12] 陳 銳,趙玲俠,孫曉宇,等.陜北石油污染區(qū)土壤細菌群落結構解析 [J]. 環(huán)境污染與防治, 2017,(11):1181-1185.

Chen R, Zhao L X, Sun X Y, et al. Microbial community structure in petroleum polluted soil at north of Shaanxi [J]. Environmental Pollution & Control, 2017,(11):1181-1185.

[13] 劉 培,梁繼東,高 偉,等.延安石油開采對周邊黃土污染的調查分析 [J]. 西安交通大學學報, 2011,(7):123-128.

Liu P, Liang J D, Gao W, et al. Investigation of soil contamination caused by petroleum exploitation in Yan’ an [J]. Journal of Xi’ an Jiao Tong University, 2011,(7):123-128.

[14] Risk-based cleanup levels for total petroleum hydrocarbons (TPH) [R]. Oklahoma: Department of Environmental Quality, 2010.

[15] 鮑士旦.土壤農化分析 [M]. 北京:中國農業(yè)出版社, 2000.

Bao S D. Soil and agricultural chemistry analysis [M]. Beijing:China Agriculture Press, 2000.

[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] 王如剛,王 敏,牛曉偉,等.超聲-索氏萃取-重量法測定土壤中總石油烴含量 [J]. 分析化學, 2010,38(3):417-420.

Wang R G, Wang M, Niu X W, et al. Determination of total petroleum hydrocarbons content in soil by ultrasonic-soxhlet extraction- gravimetric analysis [J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2010,38(3):417-420.

[18] Zornoza R, Mataix-Solera J, Guerrero C, et al. Evaluation of soil quality using multiple lineal regression based on physical, chemical and biochemical properties [J]. Science of the Total Environment, 2007,378(1/2):233-237.

[19] 任芳菲.石油污染土壤的理化性質和微生物群落功能多樣性研究 [D]. 哈爾濱:東北林業(yè)大學, 2009.

Ren F F. Studies on physico-chemical properties and microbial community functional diversity in petroleum contaminated soil [D]. Harbin: Northeast Forestry University, 2009.

[20] Sugiura K, Ishihara M, Shimauchi T, et al. Physicochemical properties and biodegradability of crude oil [J]. Environmental Science and Technology, 1997,31(1):45-51.

[21] 賈建麗,劉 瑩,李廣賀,等.油田區(qū)土壤石油污染特性及理化性質關系 [J]. 化工學報, 2009,60(3):726-732.

Jia J L, Liu Y, Li G H, et al. Contamination characteristics and its relationship with physicochemical properties of oil polluted soils in oilfields of China [J]. CIESC Journal, 2009,60(3):726-732.

[22] 李 慧,陳冠雄,楊 濤,等.沈撫灌區(qū)含油污水灌溉對稻田土壤微生物種群及土壤酶活性的影響 [J]. 應用生態(tài)學報, 2005,16(7): 1355-1359.

Li H, Chen G X, Yang T, et al. Impacts of petroleum-containing wastewater irrigation on microbial population and enzyme activities in paddy soil of Shenfu irrigation area [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2005,16(7):1355-1359.

[23] Andrade M L, Covelo E F, Vega F A, et al. Effect of the prestige oil spill on salt marsh soils on the coast of Galicia (Northwestern Spain) [J]. Journal of Environmental Quality, 2004,33(6):2103-2110.

[24] Leahy J G, Colwell R R. Microbial degradation of hydrocarbons in the environment [J]. Microbiological Reviews, 1990,54(3):305-315.

[25] Dell'Anno A, Beolchini F, Gabellini M, et al. Bioremediation of petroleum hydrocarbons in anoxic marine sediments: Consequences on the speciation of heavy metals [J]. Marine Pollution Bulletin, 2009, 58(12):1808-1814.

[26] Farkas M, Táncsics A, Kriszt B, et al. Zoogloea oleivorans sp. nov., a floc-forming, petroleum hydrocarbon-degrading bacterium isolated from biofilm [J]. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2015,65(Pt 1):274-279.

[27] Zhao D F, Wu W L, Zhang Y B, et al. Study on isolation, identification of a petroleum hydrocarbon degrading bacterium bacillus fusiformis sp. and influence of environmental factors on degradation efficiency [J]. China Petroleum Processing & Petrochemical Technology, 2011, 13(4):74-82.

[28] Xu J, Zhang Y, Hung T, et al. Growth characteristics of seven hydrocarbon-degrading active bacteria isolated from oil contaminated soil [J]. Nature Environment and Pollution Technology, 2013, 12(1):17-24.

[29] 王利利,董 民,張 璐,等.不同碳氮比有機肥對有機農業(yè)土壤微生物生物量的影響 [J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2013,21(9):1073-1077.

Wang L L, Dong M, Zhang L, et al. Effects of organic manures with different carbon-to-nitrogen ratios on soil microbial biomass of organic agriculture [J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2013, 21(9):1073-1077.

[30] 楊萌青,李立明,李 川,等.石油污染土壤微生物群落結構與分布特性研究 [J]. 環(huán)境科學, 2013,(2):789-794.

Yang M Q, Li L M, Li C, et al. Microbial community structure and distribution characteristics in oil contaminated soil [J]. Environmental Science, 2013,(2):789-794.

[31] Patel V, Sharma A, Lal R, et al. Response and resilience of soil microbial communities inhabiting in edible oil stress/contamination from industrial estates [J]. BMC Microbiology, 2016,16(1):50.

[32] Chikere C B, Okoye A U, Okpokwasili G C, et al. Microbial community profiling of active oleophilic bacteria involved in bioreactor-based crude-oil polluted sediment treatment [J]. Journal of Applied & Environmental Microbiology, 2016,4(1):1-20.

[33] 侯寶衛(wèi),聶麥茜,聶紅云,等.嗜油菌NY3對蠟質油污泥無害化處理 [J]. 環(huán)境工程學報, 2015,9(1):341-347.

Hou B W, Nie M Q, Nie H Y, et al. Harmless treatment of waxy oil sludge by Pseudomonas aeruginosa NY3 [J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2015,9(1):341-347.

[34] Liu R, Zhang Y, Ding R, et al. Comparison of archaeal and bacterial community structures in heavily oil-contaminated and pristine soils [J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2009,108(5):400-407.

[35] Patel P A, Kothari V V, Kothari C R, et al. Draft genome sequence of petroleum hydrocarbon-degrading Pseudomonas aeruginosa strain PK6, isolated from the Saurashtra region of Gujarat, India [J]. Genome Announcments, 2014,2(1):1-2.

[36] Whyte L G, Bourbonniére L, Greer C W. Biodegradation of petroleum hydrocarbons by psychrotrophic Pseudomonas strains possessing both alkane (alk) and naphthalene (nah) catabolic pathways [J]. Applied & Environmental Microbiology, 1997,63(9):3719-23.

[37] Jiang Y, Qu Y, Xu P, et al. Genome sequence of a versatile aromatic hydrocarbon-degrading bacterium,sp. W1 [J]. Genome Announcements, 2015,3(2):1-2.

[38] Gkorezis P, Bottos E M, Van Hamme J D, et al. Draft genome sequence of Arthrobacter sp. strain SPG23, a hydrocarbon-degrading and plant growth-promoting soil bacterium [J]. Genome Announcements, 2015,3(6):1-2.

[39] Su G C, Zhou C Y, Cai H N, et al. Effectiveness of the cleaning performance of the bacterial strainsp. SG06-02 in the petroleum hydrocarbon-polluted intestine of clams [J]. World Journal of Microbiology & Biotechnology, 2008,24(3):383-386.

[40] Acer M, Kemal G, Poli A, et al.sp. nov. petroleum-degrading bacterium, isolated from petroleum- contaminated soil in Diyarbakir, in the southeast of Turkey [J]. Current Microbiology, 2020,77(2):3192-3200.

[41] Chang W, Klemm S, Beaulieu C, et al. Petroleum hydrocarbon biodegradation under seasonal freeze-thaw soil temperature regimes in contaminated soils from a sub-arctic site [J]. Environmental Science & Technology, 2011,45(3):1061-1066.

[42] Fuentes S, Barra B, Caporaso J G, et al. From rare to dominant: a fine-tuned soil bacterial bloom during petroleum hydrocarbon bioremediation [J]. Applied and Environmental Microbiology, 2015, 82(3):888-896.

The influences of petroleum pollution on the microbial population distribution in Northern Shaanxi Province of China.

XU Yin-rui, WU Man-li*, WANG Li, GAO Huan, LIU Ze-liang

(Key Laboratory of Northwest Water Resources and Environment, Ministry of Education, Shaanxi Key Laboratory of Environmental Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China)., 2021,41(9)：4349～4359

Oil-contaminated soil and uncontaminated soil from oil well sites in ten oil-producing counties in Northern Shaanxi were collected. Chemical analysis and molecular biology techniques were used to determine the physicochemical properties and bacterial community structure of soil. Methods such as Pearson correlation analysis and redundancy analysis were used to study the impact of oil pollution on physicochemical properties, microbial population distribution and diversity of soil. Results showed that compared with uncontaminated soil, nitrate-nitrogen, total organic carbon, total carbon, total sulfur and carbon-nitrogen ratio of oil-contaminated soil increased, while the pH value decreased. The richness of soil bacterial community did not change significantly, but the evenness decreased significantly. The relative abundance of some dominant bacterial changed obviously after oil contamination in different regions. Changes in relative abundance of Proteobacteria and Chloroflexi were significantly positively correlated with petroleum hydrocarbon content, and changes in relative abundance of Candidatus Saccharibacteria were significantly negatively correlated with petroleum hydrocarbon content. The relative abundance of,,,,,andincreased significantly in Dingbian, Jingbian, Zichang, Suide, Wuqi, Ansai and Fuxian. The relative abundance of,,, and___decreased significantly in Dingbian, Jingbian, Zichang and Suide.,,andwere the main oilphilic bacteria in Northern Shaanxi Province. Physicochemical properties such as pH, moisture content, total petroleum hydrocarbon and total organic carbon were the key factors affecting the microbial population structure of oil-contaminated soil in Northern Shaanxi oilfield.

petroleum contaminated soil；bacterial community structure；physicochemical properties；influencing factors；regional characteristics

X172,X53

A

1000-6923(2021)09-4349-11

許殷瑞(1995-),女,陜西榆林人,碩士,主要從事石油污染土壤的生物修復研究.

2021-01-20

國家自然科學基金資助項目(52070154,21577109)

* 責任作者, 教授, wumanli@xauat.edu.cn