黄河三角洲盐渍化石油污染土壤的生物修复与土壤质量评价
石油的大量开采导致土壤出现大面积的石油污染.我国土壤石油类污染程度远高于发达国家,且呈逐年累积加重态势.黄河三角洲是我国重要的石油产区,也是遭受土壤石油污染较重的地区.同时,该地区是由黄河冲击形成的新生湿地,海陆交互作用非常活跃,土壤次生盐碱化问题非常严重.因此,开展黄河三角洲土壤盐渍化和石油污染双环境因素胁迫下土壤生物修复技术研究具有非常重要的意义.
本研究以黄河三角洲石油污染盐渍化土壤为研究对象,通过采集不同石油污染程度和盐渍化程度的土壤样品,采用PCR-DGGE方法分析了土壤细菌群落结构的组成,采用多元分析法探讨了影响土壤细菌群落结构的主要环境因子;同时,研究了生物强化和生物刺激两种不同方式修复盐渍化石油污染土壤的可行性.得到以下主要结果:
1)土壤电导率(EC)随着与黄河入海口海岸线距离的增加而显著降低,总有机碳(TOC)随着距离井口的距离增加而显著降低.土壤酶活性-总有机碳的关系与土壤酶活性-电导率的关系完全相反.酶活性的几何平均数(GMea)可以消除不同土壤酶活性对环境胁迫反应的不一致性.同时GMea与综合质量指数(integratedqualityindex)之间存在正线性关系,两综合指数联合使用可以很好地评价自然条件下盐渍化石油污染土壤的质量变化.
2)EC的增大对微生物碳(MBC)、微生物氮(MBN)具有抑制作用,而对细菌多样性的变化没有显著影响.在一定浓度范围内,TOC的增大造成了细菌多样性的增加,但细菌群落多样性随着污染加重逐渐趋于稳定.C/N比、EC和TN是影响细菌群落结构的主要环境因子.DGGE分析结果表明,未受石油污染的非盐渍土壤中主要的细菌种类为变形菌(γ-变形菌,α-变形菌)、厚壁菌和一些未分类细菌.在双重环境胁迫的土壤中(盐渍化和石油污染),细菌的主要类群变为放线菌、异常球菌-栖热菌、厚壁菌、γ-变形菌和一些未分类细菌.
3)采用常规筛选手段从不同地区盐渍土壤中筛选获得石油降解菌株31株.经过复筛获得9株高效石油降解菌,其周降解石油能力可达20%以上.通过PCR扩增对上述9株细菌在Genbank上进行了16SrDNA鉴定.通过耐盐能力测试,从中选取5株耐盐能力5%以上的菌株.选取其中2株高效石油降解菌株进行了石油污染盐渍土壤室内模拟修复试验,结果表明接种石油降解菌株可以明显提高石油降解的效率,持效期约为45d.枯草芽孢杆菌和混合菌株修复效果明显好于多食鞘氨醇杆菌.单菌接种在土壤中45d后的数量与对照无明显差别,混合菌群在土壤中的存活时间相对较长.
4)植物修复、氮素添加以及接种AM菌根真菌对石油污染物的去除都能起到促进作用.相比之下,3种措施联用效果最为明显,同时对于降低土壤EC也有明显的效果.4种土壤酶活性对各项修复措施的反应不同,多酚氧化酶与脱氢酶、过氧化氢酶、脂肪酶的反应呈相反趋势.不同的修复方式均可使土壤微生物量得到显著提升,添加氮素和种植植物可以明显提高土壤细菌群落多样性,群落结构也发生明显改变,土壤中主要的细菌类群由四大类群增加到六大类群.由于土壤酶活性对生物修复措施的反应与自然条件下受污染产生的反应不同,因而,生物修复条件下土壤质量的评价方式与自然条件下受污染的土壤质量评价方式存在明显差异.
- 作者：
- 高永超
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 生态学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 曾德慧
- 关键词：
- 黄河三角洲；石油污染；土壤盐渍化；生物修复；细菌群落结构；土壤质量评价
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