原油污染梯度对中国黄土高原土壤微生物群落的影响

《Biologia》：Impact of crude oil pollution gradients on soil microbial communities in the Loess Plateau, China

本研究系统分析了黄土高原三类原油污染梯度（轻、中、重）下30个土壤样本的理化性质、微生物群落结构及降解能力，发现高污染导致土壤养分抑制、有机碳及pH升高，降解菌群选择性富集，调控湿度后重污染区降解率显著提升，为优化原油污染土壤生物修复提供依据。

　　

摘要

黄土高原是中国西北部一个重要的农业区和主要石油生产区，面临着严重的原油污染带来的生态风险。本研究系统地分析了30个土壤样本在三种污染程度下的土壤物理化学性质、微生物群落结构以及降解能力：轻度污染（LP，总石油烃[TPH]：1.81–1.89克/千克）、中度污染（MP，TPH：22.58–27.71克/千克）和重度污染（HP，TPH：48.93–52.71克/千克）。通过高通量测序、冗余分析（RDA）和生物降解实验来阐明微生物的响应机制及环境驱动因素。结果表明，较高的原油污染浓度会导致土壤养分（如总氮、总磷、有效氮和有效磷）受到更大程度的抑制，同时土壤总有机碳（TOC）含量和pH值升高（P<0.05）。虽然细菌、真菌和放线菌的数量随污染程度的增加而减少，但能够降解碳氢化合物的微生物类群却有所富集（P<0.05）。当土壤湿度调整至25%时，重度污染组的总饱和烃/芳香烃降解率比轻度污染组分别高出了81.80%和212.79%（P<0.05）。在细菌门中，变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、酸杆菌门（Acidobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）占主导地位；而在所有污染梯度中，子囊菌门（Ascomycota）是主要的真菌门类。在属水平上，受原油污染土壤中的优势微生物与原油降解过程具有功能相关性，其中Marinobacter、Pseudomonas、Idiomarina（细菌）以及Cladosporium、Staphylotrichum、Mortierella（真菌）在重度污染土壤中显著富集（P<0.05）。冗余分析显示，16种美国环保署（US EPA）规定的多环芳烃（PAHs）是导致重度污染土壤中微生物群落变化的主要因素。共现网络分析表明，在较高污染条件下，微生物之间的正向相互作用增强，反映了它们对共同压力的适应能力。本研究揭示了黄土高原原油污染程度与土壤微生物群落之间的复杂相互作用，为改进受污染土壤的生物修复策略提供了有益的见解。