《Journal of Environmental Management》：Production activity and resulting pollution, not depth, driven microbial community structure, function, and assembly mechanisms in an aged petroleum hydrocarbon contaminated soil
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•对废弃焦化厂场地中的石油烃污染物和土著细菌进行了系统研究。•富集了石油烃降解细菌，且与总石油烃含量呈正相关。•分析了微生物群落属性——结构、功能和组装。•生产活动及其造成的污染塑造了微生物群落的结构、功能和组装。引言化石燃料使用的不断增加将大量石油烃 (PHs) 释放到土壤
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对废弃焦化厂场地中的石油烃污染物和土著细菌进行了系统研究。
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富集了石油烃降解细菌，且与总石油烃含量呈正相关。
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分析了微生物群落属性——结构、功能和组装。
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生产活动及其造成的污染塑造了微生物群落的结构、功能和组装。
引言
化石燃料使用的不断增加将大量石油烃 (PHs) 释放到土壤中，影响着土壤质量和生态系统。由于工业活动，总石油烃 (TPH) 浓度正在上升，土壤中 TPH 的积累威胁着人类健康和生态环境 (Feng et al., 2021; Wang et al., 2025)。土壤是全球 TPH 的主要汇，通过意外泄漏或故意排放持续释放 (Hettithanthri et al., 2024; Lominchar et al., 2018)。某些石油烃损害肝肾功能并可能导致癌症；长期暴露也会导致疲劳、呼吸问题、眼部刺激和头痛。除了对人类健康构成风险外，石油烃还进一步改变土壤微生物丰度、群落结构、功能和组装机制，威胁生态功能和生物多样性 (Harindintwali et al., 2022)。既往研究表明，暴露于石油烃及其代谢产物可能会影响土壤微生物的细胞活力、呼吸速率和降解能力。当泄漏到土壤中时，微生物经历耐受、适应和驯化的过程，进化出降解污染物的能力 (Suja et al., 2014)。然而，微生物降解仍然是减少工业土壤中石油烃的关键 (Varjani, 2017)。
许多物理和化学修复技术，如热脱附、焚烧、化学氧化，已被用于修复石油烃污染土壤，并能在相对较短的时间内实现较高的去除效率。然而，微生物修复技术因其绿色、低碳、经济和可持续的特性，在环境专业人士中引起了极大的兴趣 (Li et al., 2024)。事实上，土壤是生物多样性的主要库，容纳着大量对关键生态过程至关重要的微生物物种 (Xiong and Lu, 2022)，并作为污染土壤中有机污染物的分解者 (Huang et al., 2025)。碳氢化合物作为天然存在的能量密集化合物，与自然中各种能够降解或利用它们的生物体相关 (Suja et al., 2014; Varjani, 2017)。石油污染土壤中与烷烃和多环芳烃 (PAHs) 降解相关的功能基因的富集表明，土著微生物通过多种代谢途径修复污染具有巨大潜力 (Lu et al., 2024)。生物降解被认为是清除环境中石油烃的重要机制。目前，已成功分离或富集了多种具有石油烃降解能力的微生物菌株或菌群。此外，还克隆了多种烷烃氧化酶基因，研究人员对这些菌株或菌群的生物学特性和调控手段进行了初步研究 (Varjani, 2017)。
污染场地的土壤理化性质和各种环境因素可以显著影响利用功能降解菌株或菌群进行修复的有效性 (Qin et al., 2025)。研究表明，利用纯培养技术获得的结果很难直接应用于现场规模的石油烃去除，主要有两个原因。首先，引入的外源高效降解菌株/菌群往往表现出较差的环境适应性和有限的耐逆性，或者与土著微生物竞争，使其在原地环境中的降解效果不理想。其次，不超过 5% 的土壤微生物可以通过培养方法分离 (Huang et al., 2021)。原生的石油烃降解细菌物种在原始石油烃污染土壤中很丰富，此外，土壤中高水平的芳香族石油烃刺激了石油烃降解细菌物种的生长 (Tsai et al., 2025)。既往研究表明，暴露于石油烃及其代谢产物会降低土壤微生物的细胞活力、呼吸速率和降解能力。污染后，微生物经历耐受、适应和驯化，最终发展出降解污染物的能力 (Qin et al., 2022; Suja et al., 2014)。因此，检查土壤微生物群落的结构和多样性、其功能组成和多样性，以及影响这些群落的因素，对于刺激和调节土著微生物的代谢活性以实现石油烃去除至关重要 (Qin et al., 2025)。
微生物群落组装是物种通过从区域物种库持续和反复迁移、定居和相互作用来建立和维持局部群落的过程 (Chen and Wen, 2021)。微生物生态学已从仅仅理解模式发展到阐明控制微生物组装的机制。阐明土壤细菌群落中的这些机制对于将微生物种群稳定性与生态系统功能联系起来至关重要 (Santillan et al., 2025)。各种环境因素的相互作用塑造土壤微生物群落组装是一个复杂的过程。揭示石油烃污染土壤中土著微生物群落的组装过程对于理解微生物如何在污染胁迫下反应、适应并最终进化出降解石油烃的能力至关重要。微生物组装过程，例如确定性过程（即环境选择）和随机过程（例如扩散和漂变），已被用于阐明各种生态系统中的微生物群落组装 (Zhang et al., 2025a)。组装、结构和功能是微生物群落的三个重要属性 (Santillan et al., 2025)。微生物组装过程塑造微生物群落结构，进而控制微生物功能。
在本研究中，我们分析了实际长期污染的焦化厂场地土壤中石油烃和土著细菌的发生和分布。描绘了石油烃的水平和垂直污染特征。全面调查了土壤细菌群落的多样性、组成和功能潜力。建立了 TPH 浓度与潜在石油烃降解细菌之间的定量关系。此外，评估了不同生产区域和污染水平下控制微生物组组装的生态机制。本研究的发现为理解废弃焦化厂场地中 TPH 的分布及其对土壤微生物群落属性的影响，以及为增强石油烃污染生物修复的土壤微生物群落管理策略提供了理论基础。
章节摘要
样品收集和表征
在本研究中，土壤样品采集自华北地区一个废弃的焦化厂。该厂已运营 57 年，生产焦炭，副产品包括粗苯、焦油、焦炉煤气等。由于焦化厂的生产运营活动，该场地土壤多年来受到石油烃污染。2019 年进行的环境调查证实了土壤中石油烃的污染。根据调查结果，土壤样品采集自
土壤理化特征
土壤样品的理化性质如图 1 和表 S 2 所示。总体而言，石油烃污染场地的土壤样品 pH 值范围为 7.39 到 10.1，表明呈中性至碱性条件。SOC、AP、WC、硫酸盐、TN 和 AK 的范围分别为 0.03%–0.82%、0.25 mg/kg–47.9 mg/kg、7.2%–18.2%、80 mg/kg–11,770 mg/kg、54 mg/kg–2710 mg/kg 和 54 mg/kg–634 mg/kg (表 S 2)。为了更好地理解石油烃
结论
探讨了历史上石油烃污染的焦化厂中 TPH 的发生及其对土壤细菌群落结构、功能概况和组装机制的影响。观察到历史生产活动作为焦化产品对土壤 TPH 污染水平产生了明显影响，并且进一步垂直迁移至地下 6 米。不同生产区域和污染水平的土壤中细菌群落、功能和组装发生了显著变化和显著分离
CRediT 作者贡献声明
戈亚玲： 撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原始草稿，方法论，资金获取，概念化。 李培忠： 资源，项目管理。 李想： 调查。 王家佳： 调查。 孟文帆： 调查。 程雅楠： 形式分析。 魏文霞： 资源，项目管理。 宋云： 资源。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能会被视为影响本文报告的工作。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金委员会 (编号 42407033)，北京市科学技术研究院萌芽计划 (编号 26CE-BGS-07)，以及北京市科学技术研究院改革发展项目 (编号 26CB002-06 和编号 24CB002-08) 的财政支持。
戈亚玲 | 李培忠 | 李想 | 王家佳 | 孟文帆 | 程雅楠 | 魏文霞 | 宋云
