石油污染土壤的生物修复技术及微生物生态效应

利用投菌法和生物刺激法对陕北子长石油污染土壤进行微生物修复研究.通过利用红外分光光度法测定不同处理方法对石油烃的去除效果确定了修复陕北石油污染土壤的最佳方案.修复过程中利用最大可能计数法(MPN)、PCR-琼脂糖电泳法、PCR-DGGE法分别测定了石油烃降解菌数目、催化基因、土壤微生物多样性对土壤微生物生态效应进行研究.结果发现石油污染土壤不同生物处理修复效果为:生物刺激(加入N、P营养物质)生物强化(投加降解菌)其他.土壤中石油烃降解率与可降解石油烃的催化基因含量之间存在正相关关系,修复过程中土壤中的石油烃和烷烃降解菌数量显著多于多环芳烃降解菌数量,投加外源降解菌SZ-1可以显著提高土壤细菌群落的多样性.研究结果有助于深入理解生物修复石油土壤过程中的微生物生态效应变化.     

石油污染土壤的生物修复技术

本文结合了国内外研究成果,概述了石油污染土壤的现状,分析了生物修复石油污染土壤的环境影响因子,如：pH值、温度、水分、土壤质地等,并对这一治理方法在我国的发展前景进行了展望,为今后这方面的研究提供建议。     

微生物修复油污土壤过程中氮素的变化及菌群生态效应

对陕北地区石油污染土壤进行了微生物修复研究,利用气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)测定土壤中烷烃和多环芳烃的含量变化,采用高通量测序技术研究微生物修复对油污土壤微生物群落多样性的影响,对修复过程中土壤不同形态氮含量变化进行了分析测定.结果表明,经过18周的修复,土壤中烷烃含量由初始时的25 987.8mg·kg~(-1)降低为12 788.6 mg·kg~(-1),多环芳烃含量由初始时的5 322.9 mg·kg~(-1)降低为2 917.2mg·kg~(-1).高通量测序结果表明,经过微生物修复处理的土壤微生物群落结构发生了较大变化,一些可降解烃类的菌群如厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacterodetes)、迪茨氏菌属(Dietzia)、不动杆菌属(Acinetobacter)所占丰度增加.经过修复处理的土壤中总氮、氨氮含量呈降低趋势,硝态氮含量在修复前期呈降低趋势,修复后期基本保持不变.研究结果表明,微生物修复处理可去除土壤中的大部分烷烃和多环芳烃,烷烃和多环芳烃的降解效果与土壤中硝氮含量和烃降解菌所占丰度相关.     

基于高通量测序分析的生物修复石油污染土壤菌群结构变化

利用高通量测序技术对微生物修复石油污染土壤过程中的微生物群落结构变化进行研究。结果表明,经修复处理的土壤微生物群落结构及多样性发生明显变化。利用生物强化修复处理(BA)的土壤中,微生物丰富度与均匀度明显降低,土著菌群受到抑制,外加变形菌门(Proteobacteria)成为主要的优势菌门,相对丰度由修复前的37.44%增加为87.44%。假单胞菌属(Pseudomonas)成为土壤中的优势菌属,丰度由2.99%增加为76.37%;进行生物刺激修复处理的土壤(BS)菌群丰富度和均匀度与原污染土壤相比略有降低。菌群结构组成上,原优势菌门变形菌门(Proteobacteria)丰度由37.44%降低为10.90%,厚壁菌门(Firmicutes)丰度由9.16%增加为35.32%,属水平上,原优势菌属微小杆菌属(Exiguobacterium)和原小单胞菌属(Promicromonospora)丰度由8.49%和18.96%分别降低为2.19%和14.97%,诺卡氏菌属(Nocardioides)和芽孢杆菌属(Bacillus)丰度由5.56%和0.29%分别增加至28.95和22.70%,成为主要优势菌属。生物强化修复处理引起土壤菌群多样性和结构发生明显变化,生物刺激修复处理可基本保持土壤菌群结构多样性不被破坏,土壤菌群结构的稳定有利于石油烃的生物降解。     

重复接种菌群强化修复石油污染土壤

微生物技术在修复石油污染土壤中具有广阔的应用前景.重复接种是提高外部菌群在实际环境中的竞争力和适应性的潜在而有力的手段,是保证高效修复的关键.该研究选择了从石油污染环境中分离获得的2株烃降解菌(SW-1、SW-4)及2株生物表面活性剂产生菌(F、F2),按不同比例复配,构建高效烃降解菌群,研究了重复接种该菌群强化修复石油污染土壤的效果,监测了修复过程中石油降解率、细菌数量以及土壤酶活性的变化.结果 表明,由4株菌等比例组成的菌群在7d内降解率最高;与单次接种相比,重复接种显著提高了土壤中烃的降解率,GC-MS分析表明菌群对C15～C30烷烃有较好的降解效果,相关性分析表明降解率与土壤中细菌数量和酶活性的增加显著相关.研究结果将有助于微生物修复技术在石油污染环境中的广泛应用,具有重要的环境和经济效益.     

基于高通量测序技术分析青岛市典型海滩沉积物的微生物多样性

为了解青岛典型海滩沉积物环境中微生物群落结构的组成及差异性,采集了青岛市五大典型海水浴场的近海沉积物样品,利用高通量测序技术研究了不同沉积物环境中微生物群落结构的组成差异。结果表明,在门的水平上,五大海水浴场沉积物中变形菌门（Proteobacteria）占主导地位。主坐标分析（principal co-ordinates analysis,PCoA）的结果表明,五大海水浴场沉积物环境中的微生物群落结构组成存在明显差异（p<0.05）。通过比对致病菌数据库发现,五大海水浴场沉积物环境中检测到潜在致病菌属13种,包含致病菌种共有17种。其中,弧菌属（Vibrio）的相对丰度均高于其他潜在致病菌属,且在第三和金沙滩海水浴场中相对丰度最高,对海洋环境生态及海产品养殖造成一定的影响。     

基于高通量测序的SBR反应器丝状膨胀污泥菌群分析

为探究丝状污泥膨胀及控制过程中细菌菌群和真菌菌群的变化规律,采用一套11 L的SBR反应器,接种某城市污水处理厂膨胀污泥,以乙酸钠为碳源进行人工配水,对膨胀污泥进行399 d的培养实验,采用高通量测序技术对污泥样本进行菌群多样性分析.结果表明,接种污泥菌群多样性比较丰富,经培养至污泥高度膨胀后,菌群多样性降低,污泥沉降性能恢复正常后,菌群多样性又逐渐增加.细菌中的腐螺旋菌属(Saprospiraceae_norank)、丛毛单胞菌属(Comamonadaceae_unclassified)和四球菌属(Tetrasphaera)相对丰度分别为13.37%、10.54%和8.59%,是接种污泥的主要细菌属.经过培养,膨胀污泥菌群发生变化,接种污泥中细菌相对丰度仅为0.01%的丝硫菌属(Thiothrix)增加至56.95%~60.14%,真菌中相对丰度为19.60%的丝孢菌属(Trichosporon)增加至94.82%.污泥膨胀得到控制后,污泥中丝硫菌属(Thiothrix)相对丰度减少至0.01%,丝孢菌属(Trichosporon)相对丰度减少至2.32%.丝硫菌属(Thiothrix)和丝孢菌属(Trichosporon)过多不利于污泥沉降.     

外加碳源促进微生物群落降解土壤中的石油烃

为探究外加营养中碳源种类和碳源添加方式对石油污染土壤修复的影响,该文进行了为期80 d的石油污染土壤修复实验。考察了添加营养制剂后的石油烃生物降解效果,分析了石油降解菌数量、活性、群落结构以及功能基因预测。结果表明,双碳源（乙酸和葡萄糖）营养制剂对石油降解菌的刺激效果优于单碳源营养制剂,当营养制剂中作为碳源的乙酸和葡萄糖添加比例为3∶1时,强化了石油降解菌对碳源和氮源的利用,使其数量和活性快速恢复并进行石油烃降解,石油降解菌数量高达9.89 logCFU/g,活性高达为0.66 mol/kg,石油烃降解率高达77.5%。此外,双碳源营养制剂对土壤微生物多样性造成的负面影响低于单碳源营养制剂,并且促使形成以KCM-B-112属和Obscuribacterales属为主要优势菌属的石油降解菌群落,相关石油烃降解的功能基因丰度占比高,石油降解菌的代谢能力强。     

基于高通量测序的流化床生物滤器细菌群落结构分析

为了解流化床生物滤器内部细菌群落组成及其净水机制,通过高通量测序方法,研究了不同时期滤器中表层和底层滤料的细菌群落结构,分析了滤器不同床层的营养盐变化情况及水处理性能.结果表明,滤器的硝化作用主要发生于床层下部,表层对其的贡献率不显著.稳定工况下,流化床生物滤器对NH_4~+-N、TN、BOD_5和SS的去除率达到(68.3±2.24)%、(49.54±3.56)%、(60.35±4.98)%和(45.21±2.11)%,对氨氮的去除负荷达到(343.28±75.5)g·(m~3·d)~(-1),其硝化性能优于常规生物滤器.试验共筛选31个门,490个细菌属,其生物多样性显著高于常规生物滤器.自清洗装置的启停对滤器中不同区域载体表面细菌的多样性没有影响,对各样品的优势菌群略有影响.在滤器稳定运行时,表层区域的优势细菌基本维持不变,主要包括厌氧绳菌科、黄杆菌科、红杆菌科、硝化螺菌属、暖绳菌科.而底层区域的优势细菌随着时间的推移有所变化,主要包括硝化螺菌属、微丝菌属、Muricauda、Defluviimonas、红杆菌科.     

生物修复石油污染盐碱土壤小试模拟系统中土壤性质与微生物特性变化

利用生物刺激(BS)、生物刺激+生物强化(BS+BA)2种方案修复石油污染盐碱土壤,考察了不同处理小试模拟系统中石油烃及16种多环芳烃(PAHs)的降解率、土壤pH值、表面张力、脱氢酶活性和微生物群落结构的变化.结果表明:腐殖酸、诺沃肥和生物有机钙等土壤改良剂及营养盐的加入使土壤盐碱环境得到明显改善,pH值由8.1~8.2降低至7.6~7.8,并随着酸性代谢产物的累积降低至6.6~7.0.随着微生物活动BS+BA与BS处理土壤溶液表面张力分别由72.2,71.8mN/m降低到64.9,67.2mN/m,提高了石油烃的生物可利用性.对比2组小试系统,BS+BA处理修复效果更加显著,对石油烃、总PAHs的降解率可达到50.8%,69.2%,而BS处理为40.5%和61.2%.其中添加菌剂对5~6环PAHs的去除效果明显.不同修复策略对土壤微生物有显著影响,表现为土壤脱氢酶活性及微生物群落结构的动态变化.     

石油烃-镉污染土壤的生物修复研究

利用微生物菌剂和花卉植物在花盆中对不同浓度的石油烃和重金属镉的复合污染土壤进行了生物修复试验研究。结果表明:种植植物能提高石油烃的降解率,其中种植牵牛花优于紫茉莉;2个月后种植牵牛花的土壤石油烃降解率比对照提高13.0%以上,PAHs降解率提高22.0%以上;紫茉莉和牵牛花均能适应100mg/kg的镉浓度,牵牛花在土壤中镉浓度为100mg/kg时的富集效果是紫茉莉的6倍。     

石油污染土壤生物修复的管理和成本分析

随着石油污染土壤的日益严重,生物修复技术也日益重要,对生物修复技术进行管理是利用生物技术修复石油污染土壤的基本需求。在此探讨了石油污染修复过程中的环境管理,包括修复方法的选择,技术管理,过程控制和风险管理。并提出了可以表征石油污染土壤生物修复成本的评价方法。     

砷污染湿地生境下土壤微生物多样性及群落结构特征

为研究As（砷）污染对微生物多样性的影响,找寻有利于As污染修复的抗As菌种,利用高通量测序技术分析As胁迫〔w（As）分别为0、80、100、150、200和400 mg/kg,依次记为AT0组、AT80组、AT100组、AT150组、AT200组和AT400组〕对湿地生境中土壤微生物多样性及群落结构特征的影响.结果表明:As污染会引起微生物多样性和群落结构的变化,但并不是简单的负相关.在各处理组中,AT80组的土壤中微生物多样性最高,OTU（operational taxonomic units）数高达1 849,较未经As处理的AT0组增加了58.9%,说明低As胁迫在一定程度上会刺激As敏感微生物的生长繁殖,如Desulfovibrio（脱硫弧菌属）和Allobaculum等菌属,使群落结构更加复杂多样.高w（As）（400 mg/kg）对微生物有明显的抑制作用,导致某些物种消亡和多样性下降.As胁迫会诱导抗As微生物〔如Pseuomonas（假单胞菌属）〕成为优势类群,群落结构趋于稳定、单一.微生物群落结构对不同w（As）胁迫有明显的响应特征,可作为As污染湿地土壤质量评价的灵敏指标.在AT400组中存在大量的Pseudomonas veronii,可为As污染湿地微生物修复提供借鉴.研究显示,微生物对As污染具有较为敏感的响应,其中,Proteobacteria（变形菌门）和Firmicutes（厚壁菌门）为As污染生境中微生物优势门类并且与非专性吸附态As和谷胱甘肽含量呈正相关.      

石油烃类污染物的微生物修复技术

石油作为重要能源之一,已被世界各国广泛使用,随之而来的石油烃污染已经对人类生存的土壤及水体环境造成了严重的危害,微生物降解是一种处理石油烃污染的理想方法。本文对石油烃类污染物的生物处理技术进行了较全面的介绍,综述了降解石油烃的微生物种类、微生物降解石油烃机理、影响因素以及微生物降解石油烃技术的应用等方面的研究进展,分析了现有研究中存在的不足,并对今后的研究趋势进行了展望。     

堆制技术对土壤中石油烃的降解研究

土壤的石油污染已成为黄河三角洲地区严重的环境问题。研究利用静态堆制技术比较了不同辅料添加量对原油污染土壤中石油烃降解效率的影响,分析了堆制过程中微生物数量和活性的差异,建立了最佳堆制配比及堆制条件。试验结果表明,污染土壤与辅料的体积比为1∶3时的处理效果最好。在堆制第3天至第18天,堆体温度维持在40～50℃、pH值7.5左右、C∶N约为15∶1,此时最适于石油烃降解菌的生长,土壤中石油烃的降解速率最快。60天后,土壤中总石油烃的降解率可达80%,远高于没有添加辅料及营养的对照堆体的降解率(约为40%)。     

土壤微生物群落对多环芳烃污染土壤生物修复过程的响应

采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)方法,研究了土壤微生物群落多样性对生物表面活性剂强化的植物-微生物联合修复多环芳烃(PAHs)污染土壤的响应.结果表明,细菌群落的Shannon-Weaver指数修复前为3.17,修复后为3.24～3.45,多样性整体呈上升趋势,其中以植物-菌根真菌-降解菌处理最高,但各处理间无显著差异(P>0.05).聚类分析结果显示,植物、植物-鼠李糖脂、植物-菌根真菌和植物-菌根真菌-鼠李糖脂这4个处理的群落相似度在90%以上,植物-降解菌处理与这4个处理群落结构最近,此外,植物-降解菌-鼠李糖脂、植物-降解菌-菌根真菌-鼠李糖脂群落相似度在80%以上.通过测序比对,DGGE图谱上优势及特征性条带分别为Bacillus、Pseudomonas、Acidobacteria、Sphingmonas、Rhodopseudomonas、Firmicutes和Methylocytaceae等,可能是与PAHs降解密切相关的种属.生物表面活性剂强化的植物-微生物联合修复污染土壤过程中,在提高PAHs生物有效性基础上,改变了土壤微生物群落结构和丰度,从而可以有效提高PAHs的降解率.     

油污土微生态环境非生物因子与微生物活性关系

油污土微生态环境的非生物因子通过改变降解优势菌的含量及活性最终影响石油烃的生物降解速率及模式.本研究通过对我国北方部分油田和石油化工区的取样分析,揭示油污土微生态环境的非生物因子与微生物活性的关系,研究影响微生物活性和石油烃降解效率的环境及污染物等非生物因子.结果表明,我国北方油田区及石油化工区土壤受到了不同程度的石油烃污染,石油烃含量最高可达34 000mg/kg干土.柱层析分析结果表明,污染物中烷烃、芳烃等轻质组分含量超过50%,有利于微生物活性的提高.油田区土壤的pH值一般在7.8以上,不利于石油烃降解微生物生长代谢;油污土的营养水平普遍较低,如可被生物利用的速效氮含量低于30mg/kg干土,速效磷含量低于10mg/kg干土,仅占土壤总氮、总磷的5%左右,远远达不到石油烃生物降解所需的营养水平(C:N:P=100:10:1).毫无疑问,调节土壤pH值,增加对营养水平等非生物因子的调控对于提高微生物活性,加快石油烃的降解有重要的意义.     

生物菌剂对石油污染土壤生物修复作用的研究

在实验室条件下,研究了生物菌剂的投加量、投加方式及环境温度对石油污染土壤的修复作用 结果表明,土壤中石油烃的降解效果与生物菌剂的投加量呈正相关,当生物菌剂投加量为0.6mg·kg^-1时,修复,48 d 后,石油烃的降解率为87%.GC-MS分析结果表明,石油污染原土中烷烃的含量最高为82.1%其次为烯烃,含量为16%,还含有少量的胡萝卜烷、烷基萘、甾烷和藿烷% 添加生物菌剂修复40 d 后,峰的数量由32个减少为14个,表明异构烷烃、烯烃、胡萝卜烷全部被降解,残留的物质为较难降解的正构烷烃、藿烷和甾烷,呈现前高后低的峰形,即接种细菌优先降解高碳组分,将长链的烷烃降解为短链的烷烃,随着生物菌剂投加量的增加,土壤中残留石油烃的含量逐渐降低% 一次加入生物菌剂修复,48 d后的峰高明显低于分2 次加入的相应值,故一次性全部加入生物菌剂是最佳的投加方式% 温度是限制石油污染土壤生物修复的重要环境因素,当温度为30℃第,48 d 的降解率可达80%,当温度为20℃,第,48 d的降解率可达60%,温度高有利于土壤中石油烃的降解,加快修复