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.     

腐植酸改性生物质电厂灰固定化微生物修复石油烃污染土壤

以生物质电厂灰为载体,用腐植酸对其改性后,负载石油烃降解菌形成固定化菌剂对原油污染土壤进行修复,其中对生物质电厂灰改性的最佳条件以及固定化菌剂对原油污染土壤的修复效果进行了考察。结果表明:生物质电厂灰改性的最佳条件为:电厂灰粒径10~40目,固液比1∶1,改性时间4 h,改性后孔状结构增多且表面粗糙,有利于微生物的附着,固定的微生物数量可达1.5×109 CFU/g。进行60 d的修复后,固定化菌剂对污染土壤中石油烃的降解率达到51.9%,比游离菌提高了25.0%,对长链正构烷烃、芳香烃及胶质的降解率分别提高了9.6%、31.7%和37.5%。固定化生物质电厂灰的应用使石油烃降解菌得到保护和支撑,提高了土壤基础呼吸速率和土壤酶活性,实现了石油烃的高效降解。因此,腐植酸改性生物质电厂灰是一种在石油污染土壤修复方面具有应用潜力的微生物固定化材料。     

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.     

不同生物修复组合对石油污染的修复效应

为探究不同生物修复组合对土壤石油污染的去除效果,该研究采用室内污染暴露实验,分析了不同生物修复体系对土壤总石油烃的降解率和正构烷烃、多环芳烃2种石油烃主要成分的变化规律。结果表明,翅碱蓬单独处理组虽表现出一定的石油污染修复能力,但翅碱蓬+石油降解菌和翅碱蓬+石油降解菌+沙蚕处理组合对土壤总石油烃的降解率分别提高了12.71%和26.85%,表明联合生物修复可以更好地促进石油烃降解。翅碱蓬+降油细菌+沙蚕处理组中正构烷烃和多环芳烃组分的降解率均高于其他生物修复。多生物联合修复表现出对高碳原子数烷烃和芳烃良好的修复能力。研究结果证实,多生物联合修复组合对土壤石油污染的修复效果优于生物单独处理组,这为利用多生物联合修复组合开展滨海滩涂石油污染提供了一定的理论基础。     

低温条件下土壤石油烃微生物修复研究进展

寒冷地区石油泄漏造成了严重的土壤污染问题,低温条件下土壤微生物降解石油烃已成为生物修复领域的一个研究热点。微生物修复在土壤污染修复中有着显而易见的优势,许多学者对土壤石油烃的微生物降解机理和限制因素进行了深入的研究。同时,通过研究低温条件下微生物土壤石油烃降解的影响因素可以明晰土壤生物修复的应用方向。微生物修复低温石油烃污染土壤的影响因素主要包括石油组分和性质、微生物菌群组成和性质以及其他相关的环境条件。在应用方向上,目前低温土壤石油烃生物修复应用技术主要包括生物刺激和生物强化等。     

贫养分低有机质黄绵土中石油烃的生物去除特性及菌群结构变化

为探究陕北油田开采区贫养分低有机质土壤中石油烃的有效去除方法及修复特性,利用生物强化和生物刺激对陕北地区石油污染土壤进行修复研究,比较了两种修复方式对土壤中石油烃的去除效果和对土壤菌群结构多样性的影响.结果表明:相比生物强化修复方式,向土壤中施入氮素进行生物刺激修复更有利于土壤中石油烃的去除:向土壤中加入KNO₃调节土壤C/N为100∶20,在含水量为15.1%的条件下修复60 d时,土壤中石油烃去除率达到44.77%;接种降解菌强化修复对石油烃的去除率仅为17.87%.在5.1%和15.1%两种不同含水量条件下,接种的降解菌群可在土壤中生长并存活.外源菌的生长存活和石油烃降解无明显相关关系,影响石油烃降解的非生物因子为土壤养分和含水量,生物因子为土壤菌群的丰富度和均匀度.研究显示,在对污染土壤进行修复时,应“因地制宜”选择适合当地水热条件的修复方式以增加土壤菌群的稳定性,进而提高土壤微生物的代谢活性.      

高效石油降解菌修复石油污染土壤与强化机制分析

利用定向驯化高效石油降解菌系对石油污染土壤进行为期120 d原位修复,考察生物强化修复效果、土壤理化性质和酶活性的变化,结合宏基因组测序及生物信息学分析揭示其强化机制.结果表明,与空白对照组(Ctrl)相比,生物修复组(Exp-BT)总石油烃降解率显著提升,增幅达81.23%; 高效石油降解菌生物强化修复期间土壤pH变化稳定,体系氧化能力提高,电导率处于适宜农业活动范围内; 脂肪酶和脱氢酶在修复期间保持较高活性; 另对初始污染土壤样本(B0)、驯化所得高效石油降解菌系样本(GZ)和生物修复后土壤样本(BT)的分析显示,门水平上变形菌门与放线菌门相对丰度增加17.1%,属水平上Nocardioides、Achromobacter、Gordonia和Rhodococcus等丰度明显上升,COG和KEGG物种与功能贡献度分析证明以上菌属对石油烃降解有重要贡献; 修复后土壤中发现高丰度的石油烃相关代谢酶及5个降解基因:alkM、tamA、rubB、ladA 和alkB,分析表明外源石油烃降解菌群的引入增强了微生物相关酶的代谢活性与相应功能基因的表达.     

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。     

蚯蚓对植物修复石油烃污染土壤的影响

石油使用量的增大导致石油污染量的增加.为经济有效地修复低污染浓度的石油烃污染土壤,了解蚯蚓对植物去除土壤石油烃的影响,探讨蚯蚓对土壤石油烃污染的修复效应,通过人工制备石油烃污染土壤,采用植物[紫茉莉（Mirabilis jalapa L.）、凤仙花（Impatiens balsamina L.）、西伯利亚鸢尾（Iris sibirica L.）]以及植物-蚯蚓[赤子爱胜蚓（Eisenia foetda）]两种处理模式进行60 d的盆栽试验,通过测定土壤中w（石油烃）、过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性变化来解析蚯蚓对植物修复土壤石油烃效率的影响.结果表明:相同处理条件下,凤仙花、紫茉莉与西伯利亚鸢尾土壤中石油烃去除率分别为36.32%、32.70%、29.82%,凤仙花的土壤修复效果最佳.添加蚯蚓后,对应凤仙花、紫茉莉与西伯利亚鸢尾土壤中石油烃的去除率分别为40.73%、36.10%、32.80%,显著高于未添加蚯蚓土壤,表明添加蚯蚓能够促进植物对土壤中石油烃的修复效果.土壤修复过程中过氧化氢酶与多酚氧化酶活性总体呈上升趋势,添加蚯蚓对土壤酶活性具有刺激作用.土壤中过氧化氢酶、多酚氧化酶活性均与w（石油烃）呈显著负相关（相关系数分别为-0.79和-0.90,P均小于0.05）,说明土壤中过氧化氢酶与多酚氧化酶可能参与了土壤中石油烃的降解过程.研究显示,蚯蚓能够强化植物对石油污染土壤的修复效果,为植物/蚯蚓联合修复石油污染土壤提供了技术依据.      

生物炭强化石油烃生物降解的影响因素分析

文章采用不同温度下(300℃和500℃)制备的木屑和麦秆生物炭修复石油污染土壤,运用正交试验分析了生物炭热解温度、原料、土壤含水量和土壤易分解有机质(葡萄糖)对土壤石油烃(烷烃和多环芳烃)生物降解的影响,结合土壤微生物群落结构变化,初步探讨了最显著影响因素——土壤含水量对生物炭强化石油烃降解的作用机理。通过正交试验直观分析和方差分析,获得了石油烃各组分的最佳降解条件。土壤含水量(50%～100%)对烷烃(n C8～C40)和多环芳烃降解率影响最为显著,二者均随土壤含水量升高而发生下降。此外,聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳结果发现,增加土壤含水量导致石油烃降解菌丰度下降。原因在于,土壤含水量将会影响微生物的生长代谢及其与污染物接触的机会,进而影响石油烃的生物降解。因此,调节土壤水分含量对生物炭修复石油污染土壤具有重要意义。     

不同生物质炭对陇东黄土高原石油污染土壤的修复作用

为了分析比较不同生物质炭对陇东黄土高原地区石油污染土壤的修复作用,以玉米秸秆（JYB）,小麦秸秆（JXB）和苹果树枝条（JGB）为原料制备生物质炭,以适生植物金盏菊（Calendula officinalis）为供试植物（J）,在甘肃省庆阳市长庆油田公司采油二厂实施了为期4个月的油污土壤场地修复试验.采用常规方法研究了土壤总石油烃（TPH）降解率、植物生长指标、土壤理化和酶活性及土壤微生物群落结构对外源施用不同生物质炭的响应情况.结果显示：JYB和JGB处理组土壤TPH降解率相对较高（P < 0.05）,分别为（59.89±2.23）%和（58.17±1.89）%;外源施用3种生物质炭均可显著增加金盏菊株高、地上和地下部干重、土壤速效氮、磷、钾含量以及土壤脱氢酶和多酚氧化酶活性,但与JXB处理组相比,JYB和JGB处理组的根长、过氧化氢酶和脲酶活性则分别增加了23.81%、18.89%,153.12%、80.13%和188.66%、117.45%（P < 0.05）;此外,JYB和JGB处理组的鞘氨醇单胞菌属、油螺旋菌属、志津氏菌属、Salinimicrobium属、不动杆菌属、红球菌属、食烷菌属和诺卡氏菌属等具备石油污染物降解功能的优势菌属相对丰度显著高于其他处理组（P < 0.05）. 综上,JYB和JGB处理组通过增加金盏菊根际土壤多酚氧化酶（R²=0.9786,P=0.001）和脱氢酶活性（R²=0.9713,P=0.005）、微生物群落Shannon指数（R²=0.7311,P=0.036）、Chao1指数（R²=0.6361,P=0.041）和碱解氮含量（R²=0.6112,P=0.046）的方式改变土壤微生物群落结构和组成,进而提升了土壤TPH降解率.因此,陇东黄土高原地区油污土壤植物生态修复时宜选用玉米秸秆（JYB）和苹果树枝条（JGB）生物质炭作为土壤调理剂.     

菇渣和鼠李糖脂联合强化苜蓿修复多环芳烃污染土壤

采用植物生物量、多环芳烃含量、土壤微生物数量、土壤酶活性和土壤微生物功能多样性等多个指标,通过菇渣、鼠李糖脂和植物的单独及联合作用的盆栽试验,评价了菇渣和鼠李糖脂联合强化苜蓿修复多环芳烃(PAHs)污染土壤的效果.结果表明,60d内,苜蓿单独修复(AL)的降解率仅为14.43%,菇渣、鼠李糖脂联合苜蓿修复(GZ+RH0.5+AL和GZ+RH1.0+AL)显著提高了PAHs降解率,达到了32.64%和36.95%,比AL处理提高了115.45%和156.06%.与AL相比,GZ+RH1.0+AL对植物生物量提高程度最大,地上和地下生物量分别达到了1.05g/盆和0.20g/盆.在修复过程,GZ+RH1.0+AL显著提高了土壤细菌和真菌的数量,分别达到了31.37×106CFU·g-1和5.86×106CFU·g-1,特别是多环芳烃降解菌数量达到了39.57×105MPN·g-1,分别是对照(CK)和植物单独处理(AL)的29倍和4倍.就土壤脱氢酶活性而言,菇渣和苜蓿联合作用(GZ+AL)处理的活性最高,GZ+RH0.5+AL和GZ+RH1.0+AL的活性次之,分别为90.57、67.56和21.02μg/(g·d).此外,与对照(CK)相比,菇渣、鼠李糖脂和苜蓿的联合作用(GZ+RH1.0+AL)显著提高了土壤微生物群落的功能多样性.因此,菇渣和鼠李糖脂联合强化苜蓿修复PAHs污染土壤达到了比较理想效果,大面积田间试验有待进一步验证该方法的可行性.     

牵牛花对石油污染盐碱土壤微生物群落与石油烃降解的影响

利用磷脂脂肪酸（PLFAs）生物标记法分析野生型牵牛花（Pharbitis nil （Linn.） Choisy）根际土壤微生物群落结构,探讨牵牛花生长对石油烃污染土壤微生物群落与石油烃降解的影响.结果表明,供试土壤微生物群落中,先后出现了24种PLFAs,包括标记细菌的饱和脂肪酸（SAT）、革兰氏阳性菌（G⁺）的末端支链饱和脂肪酸（TBSAT）、革兰氏阴性菌（G^-）的单不饱和脂肪酸（MONO）和环丙脂肪酸（CYCLO）、真菌的多不饱和脂肪酸（PUFA）和放线菌的中间型支链饱和脂肪酸（MBSAT）等六大类型.PLFAs的主成分分析（PCA）表明,牵牛花根际与对照组（未种牵牛花,CK）土壤微生物群落具有明显的差异,微生物多样性在春季增加83%、夏季增加140%、秋季增加50%;微生物的生物量在春季增加97.6%,夏季增加116.3%,秋季增加60.3%.牵牛花根际与对照组相比土壤中石油烃降解率明显提高,在春、夏、秋季分别提高了7.5%、34.2%和19.7%;并且,在牵牛花生长的不同季节石油烃的降解率有明显的差异,春季为22.3%,夏季为51.8%,秋季为38.0%.相关性分析表明,石油烃降解与土壤微生物总生物量具有中等程度的相关性（|r|=0.75）;与G⁺细菌、甲烷氧化菌的生物量具有高度相关性,相关系数|r|>0.8;与G^-的生物量具有中度相关性,相关系数为|r|=0.74;与真菌的生物量具有低度相关性,相关系数为|r|=0.36,与放线菌没有相关性,相关系数为|r|<0.30.     

Effects of combination of plant and microorganism on degradation of simazine in soil

The degradative characteristics of simazine （SIM）, microbial biomass carbon, plate counts of heterotrophic bacteria and most probably number （MPN） of SIM degraders in uninoculated non-rhizosphere soil, uninoculated rhizosphere soil, inoculated non- rhizosphere soil, and inoculated rhizosphere soil were measured. At the initial concentration of 20 mg SIM/kg soil, the half-lives of SIM in the four treated soils were measured to be 73.0, 52.9, 16.9, and 7.8 d, respectively, and corresponding kinetic data fitted first-order kinetics. The experimental results indicated that higher degradation rates of SIM were observed in rhizosphere soils, especially in inoculated rhizosphere soil. The degradative characteristics of SIM were closely related to microbial process. Vegetation could enhance the magnitude of rhizosphere microbial communities, microbial biomass content, and heterotrophic bacterial community, but did little to influence those community components responsible for SIM degradation. This suggested that rhizosphere soil inoculated with microorganisms-degrading target herbicides was a useful pathway to achieve rapid degradation of the herbicides in soil.     

石油污染与食细菌线虫对土壤微生物活性及石油降解的影响

随着经济快速发展,石油及其产品用量增多,石油污染问题日益严重,土壤石油污染治理刻不容缓.研究表明石油污染土壤中存在大量的食细菌线虫,但食细菌线虫在石油污染土壤中的作用还不清楚.本试验采用人工模拟石油污染土壤,通过接种不同密度模式线虫(Caenorhabditis elegans),研究食细菌线虫在石油污染土壤中的功能及其对污染土壤中石油降解及土壤微生物活性的影响.本实验共设6个处理:高温灭菌石油污染土壤(FSP),作为对照处理1;杀灭线虫土壤(S),作为对照处理2;石油污染土壤(SP);石油污染土壤+5条线虫/g干土(SPN5);石油污染土壤+10条线虫/g干土(SPN10);石油污染土壤+20条线虫/g干土(SPN20).研究结果表明:整个试验培养结束时,处理SP、SPN5、SPN10和SPN20的石油残留量比第0天采样时分别降低约60.78%、80.01%、67.63%和66.31%,处理SP、SPN5、SPN10和SPN20的石油残留量比处理FSP分别降低约43.60%、70.68%、52.34%和50.45%,得出接种线虫可以促进污染土壤的石油降解,其中接种5条线虫/g干土的处理促进石油降解效果最好.第7 d采样时,处理SP、SPN5、SPN10、SPN20中脱氢酶酶活性比处理S分别增加约132.76%、115.09%、118.67%和55.81%,表明石油污染可以激活脱氢酶;第14 d时,接种线虫处理SPN5、SPN10和SPN20的脱氢酶活性比未接种线虫处理SP的脱氢酶活性分别增加约5.16%、18.13%和29.56%,表明添加食细菌线虫也促进了土壤相关酶活性.该研究证明食细菌线虫可以在石油污染土壤中刺激微生物的繁殖,增强土壤酶活性,进而促进污染土壤石油的降解.     

温和预氧化提高后续生物修复石油污染土壤

为得到一种能促进后期生物阶段高效降解石油烃(TPH)的温和Fenton预氧化方式,本文考察了不同Fenton预氧化过程中羟基自由基(·OH)特征、后续生物修复过程中营养消耗、土著菌活性(CO_2)以及TPH去除量的差异,结果表明,温和Fenton预氧化组(·OH存在时间:73 h;双氧水浓度:225 mmol·L~(-1))中·OH存在时间短H_2O_2用量少,残余细菌活性高,后续对石油的生物降解率高,不加菌就能够达到与加菌相同的修复效果(TPH去除率38%左右).且在不加菌的条件下,后期生物阶段TPH去除率,温和预氧化组(38%)要高于普通预氧化组(15. 32%～33. 15%).进一步分析各链烃的去除效果,发现在后续生物修复阶段,温和预氧化组能减少对链烃组分(C17～C21)的抑制;而对比各组的土著菌活性,发现温和预氧化可以适当刺激土著微生物生长并提高其活性,这些因素均有利于TPH的去除.温和预氧化在后期生物修复阶段对TPH的去除不加菌就能够达到与加菌相同的处理效果,是一种低成本可行的修复方式.     

Eco-toxicity of petroleum hydrocarbon contaminated soil

Total petroleum hydrocarbons (TPH) contaminated soil samples were collected from Shengli Oilfield of China. Toxicity analysis was carried out based on earthworm acute toxicity, plant growth experiment and luminescent bacteria test. The soil was contaminated bypetroleum hydrogcarbons with TPH concentration of 10.57%. With lethal and sub-lethal rate as endpoint, earthworm test showed that the LD50 (lethal dose 50%) values in 4 and 7 days were 1.45% and 1.37% respectively, and the inhibition rate of earthworm body weight increased with higher oil concentration. TPH pollution in the soil inhibited seed germination in both wheat and maize experiment when the concentration of petroleum was higher than 0.1%. The EC50 (e ective concentration 50%) for germination is 3.04% and 2.86% in maize and wheat, respectively. While lower value of EC50 for root elongation was to be 1.11% and 1.64% in maize and wheat, respectively, suggesting higher sensitivity of root elongation on petroleum contamination in the soil. The EC50 value in luminescent bacteria test was 0.47% for petroleum in the contaminated soil. From the experiment result, it was concluded that TPH content of 1.5% is considered to be a critical value for plant growth and living of earthworm and 0.5% will a ect the activity of luminescent bacteria.     

3次投加H2O2预氧化对石油污染土壤中石油烃生物降解的研究

为得到一种高效降解石油烃(TPH)的Fenton预氧化联合生物修复石油污染土壤的修复方式,考察了分3次投加不同浓度H₂O₂预氧化后羟基自由基(·OH)特征、NH⁺₄-N浓度、DOC浓度、脱氢酶及多酚氧化酶活性,以及石油烃去除量。结果表明：5 g石油污染土样体系中,将900 mmol/L的H₂O₂(4.635 mL)分3次投加预氧化后,所产生的·OH最大瞬时强度低,·OH的持续时间短,对石油降解菌杀伤作用少,TPH氧化量较高。生物修复前20 d, NH⁺₄-N浓度消耗量较高(170.45 mg/kg),石油降解菌菌量增长快,长链烷烃C₂₁—C₃₀(22%)和DOC降解率(69%)高,生物修复前期充足NH⁺₄-N浓度的消耗诱导石油降解菌在0～50 d高效降解长链烷烃(42%)。脱氢酶活性和多酚氧化酶活性在20 d达到顶峰,表明微生...