石油污染对不同深度土壤碳组成及碳循环相关基因的影响

《Pedosphere》：Effects of oil contamination on soil carbon composition and carbon cycling genes across depths

石油污染显著影响土壤碳组成和微生物功能，但垂直影响不明确。本研究对比分析了油污染区与对照区0-100 cm土壤剖面，发现表层土壤石油烃含量高达1294.6 mg kg?1，有机质（OM）和OM/TC比值显著升高（P<0.05），但20-100 cm亚表层未检出石油烃。然而腐殖质组成改变，腐殖酸（HM）增加而活性组分减少。污染区土壤pH和电导率显著升高（P<0.01）。微生物群落中Planococcaceae和Bacillaceae丰度增加，而Acidobacteria和Nitrospirae减少。碳循环功能基因（如固碳和降解相关基因）在所有土层显著降低，而甲烷生成基因（mcra, MT2）显著升高。方差分析表明土壤性质（36.2%）和深度（10.5%）是碳变异主要驱动因素，微生物基因贡献仅1.1%。研究揭示石油污染通过改变深层土壤腐殖质和微生物代谢影响碳持久性，为评估油污生态风险提供新依据。

　　

杨珏杰|张瑞琦|盛一志|董世奎|李光和

北京林业大学草原科学学院，北京 100083（中国）

摘要

石油污染显著影响土壤碳组成和微生物功能，但其对不同土层的影响机制仍不明确。本研究分析了受污染油田及周边未受污染地区的土壤剖面（0–100厘米）。在0–20厘米的表层土壤中，总石油烃（TPHs）含量达到1294.6 ± 1027.1毫克/千克，同时有机质（OM）含量（1.4% ± 0.8%）和OM/TC比值（0.7% ± 0.2%）显著增加（P < 0.05）。尽管在20–100厘米的深层土壤中未检测到TPHs，但腐殖质组成发生了变化，其中腐殖质（HM）含量增加而可分解有机质含量减少。石油污染导致表层土壤的pH值升高，电导率增加（分别为9.0和64 ± 10 μS·cm?1；P < 0.01）。微生物群落组成也发生显著变化，平板球菌科（Planococcaceae）和杆菌科（Bacillaceae）的丰度增加，而酸杆菌科（Acidobacteria）和硝螺菌科（Nitrospirae）的丰度降低。与碳固定和降解相关的碳循环功能基因在各个土层中的表达显著减少，而甲烷生成相关基因（mcra、MT2）的表达增加。冗余性和方差分解分析表明，土壤性质（36.2%）和深度（10.5%）是碳变化的主要驱动因素，而微生物基因丰度仅占1.1%。这些发现表明，石油污染对土壤碳持久性和微生物功能的影响不仅限于表层，为了解石油污染下的地下碳脆弱性和生态风险提供了新的见解。