氮源生物刺激对黄绵土中石油烃的去除作用及土壤菌群变化研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:helly986
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石油烃向土壤的大量输入,引起土壤氮源相对不足是导致土壤微生物活性低、对石油烃代谢能力差的主要原因。因此,向土壤中添加外氮源进行生物刺激可对石油烃降解起到促进作用。论文针对陕北地区石油污染土壤氮源缺乏、微生物活性低等问题,利用实验室模拟修复,通过向石油污染黄土壤中施入不同形态氮源,研究了适合陕北地区污染土壤修复的最佳氮源及最优碳氮比,并对氮源施入后引起的土壤菌群变化及氮素迁移特性进行研究。通过研究得出以下结论:(1)分别向新污染土壤(污染7d)和陈旧性污染土壤(污染5年以上)中施入尿素、NH4Cl、NH4NO3、KNO3、NaNO3、有机肥等6种不同类型的氮素,设置土壤C/N比例分别为100/5,100/10,100/15,100/50、100/200,在两种不同湿度条件下(5%的自然湿度和15%湿度)进行生物刺激修复研究。结果表明,对于陕北地区受石油污染的黄绵土,使用KNO3作为氮源时修复效果最好。当C/N比低于100/50时,对于新污染土壤,土壤湿度为15%,向土壤中施入的KNO3使土壤C/N比为100/15时,对总石油烃的去除率为26.81%;对于陈旧性污染土壤,当土壤湿度为15%,向土壤中施入KNO3使土壤C/N比为100/5时,对石油烃的去除率为17.33%。(2)向土壤中施入KNO3使C/N比高达100/200时,在15%湿度条件下,对新污染土壤和陈旧性污染土壤中石油烃的去除率可分别达到51.02%和40.28%,说明高碳氮比更有利于石油烃的高效去除。但是,土壤中高含量的KNO3使土壤板结,向土壤中同时加入灭菌有机肥可以缓解土壤板结的情况,并使土壤中石油烃的去除率提高到到57.69%和43.79%。(3)自然湿度条件下,新污染土壤的Shannon指数、Ace和Chao1指数值在所测定的土壤样品中均为最大,分别为7.16、10849和8954,向土壤中加入KNO3使C/N为100/200并同时加入有机肥处理的土壤,其Shannon指数、Ace和Chao1指数值最小,分别为4.75,9076和6861。加入KNO3使C/N为100/10和C/N为100/200处理的土壤,其Shannon指数、Ace和Chao1指数值略有降低,分别为6.68、10606、8789和7.07、10366、8701。陈旧性污染土壤的多样性指数有类似的变化趋势。向土壤中加入KNO3使C/N为100/200并同时加入有机肥处理的土壤,其Shannon指数、Ace和Chao1指数值最小,分别为5.21、9824和7785。(4)新污染土壤中的优势细菌门包括变形菌门(Proteobacteria,25.21%)、放线菌门(Actinobacteria,23.40%)、酸杆菌门(Acidobacteria,16.94%)和浮霉菌门(Planctomycetes,9.08%)。加入KNO3进行生物刺激修复使新污染和陈旧性污染土壤中的放线菌门(Actinobacteria)相对丰度明显增加至36.20%~40.0%。加入KNO3进行生物刺激修复处理使新污染和陈旧性污染土壤中的厚壁菌门(Firmicutes)丰度增加至0.8%~5.0%,成为土壤中的优势细菌菌门。新污染土壤中的厚壁菌门相对丰度变化不明显。(5)诺卡氏菌属(Nocardioides),红球菌属(Rhodococcus),芽孢杆菌属(Bacillus),假单胞菌属(Pseudomonas)是陕北石油污染土壤中的具有石油烃降解能力的细菌菌属,未经修复处理的土壤中,这些细菌属的测序条带数分别为694、16、141、191;向土壤中加入KNO3进行生物刺激修复处理,使这些菌属测序条带数变为4390、2535、308、357。(6)利用稳定同位素技术对碳和氮在土壤中的分布进行初步研究。经外源氮生物刺激修复的土壤δ13C的相对丰度低于未被修复的土壤,说明残留的石油烃组分极性和相对分子量明显降低,生物刺激修复可使石油烃分子量大的组分分解为小分子量组分。当KNO3的加入量增加20倍时(C/N比由100/10增加至100/200),石油烃的降解率明显增大,此过程石油烃中的大分子有可能降解为小分子有机物,相对分子质量减小,因此13C值也随之降低。向土壤中加入的外源氮越多,d15N值越大,当KNO3的加入量增加20倍时,微生物的活性增强,硝化作用、反硝化作用增大,从而使得d15N值升高。
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