生物炭强化石油烃污染土壤生态修复及机理研究

Funtional microorganisms played important role in ecological remediation of petroleum contaminated soil.Based on the research until now, it was suggested that improvement of soil structure and regulation of microbial community were the key points in the ecological remediation of petroleum contaminated soil. Taking advantage of the properties of porous structure and absorbability of biochar, this proposal will carry out novel research on enhancing ecological remediation of petroleum contaminated soil by biochar and its mechanism through analysis on the expression of petroleum degrading genes. The project will first carry out research on the preparation of different biochars and characterization on their properties relating to the ecological remediation; then biochar aided biostimulation and bioaugumentation research will be conducted,in which the microbial community will be characterized by combination of RCR-DGGE and quinone profile method, and petroleum hydrocarbon degrading genes (alk) for representative hydrocarbons will be screened and analyzed by targeting on the Metagenome during the ecological remediation process; the effect of temperature, pH and moisture content on the ecological remediation process and microbial succession will also be checked in biochar enhanced ecological remediation process. Through this research, it is expected that application of biochar in the area of ecological remediation will be expanded, analysis method of functional microorganisms can be improved, and the molecular ecological mechanism of biochar enhanced ecological remediation of petroleum contaminated soil can be clarified.

功能微生物在石油污染土壤的生态修复中起重要作用。迄今研究表明改善土壤结构性质、调控功能微生物群落是石油烃污染土壤生态修复中的关键问题。本项目利用生物炭具有多孔结构及较强的吸附能力等特性，通过对功能基因-石油烃降解基因表达的分析，开展生物炭强化石油烃污染土壤生态修复及其机理的研究。研究将首先开展不同生物炭的制备及其与石油烃生态修复相关特性的考察；然后结合生物刺激及生物强化两种作用方式,采用PCR-DGGE技术及醌图谱分析研究生物炭对土壤微生物群落的影响，筛选针对代表性烃类的高转录功能微生物及降解基因,以土壤宏基因组为研究对象开展主要石油烃降解基因如alk基因在修复过程中变动的研究；研究温度、pH、水分含量等环境因素对生物炭强化修复过程及微生物分子生态过程的影响。通过本项目的研究，将拓展生物炭在生态修复领域中的应用，完善功能微生物的测定方法，阐明生物炭强化石油烃污染土壤修复的分子生态学机理。

生物炭近年来在环境修复领域得到了广泛的应用。石油烃是环境中存在的主要污染物，生物修复是消除石油烃污染的主要手段。本项目利用生物炭具有多孔结构及较强的吸附能力等特性，通过对功能基因-石油烃降解基因表达的分析，开展生物炭强化石油烃污染土壤生态修复及其机理的研究。主要研究内容包括：开展不同生物炭的制备及其与石油烃生态修复相关特性的考察；然后结合生物刺激及生物强化两种作用方式,采用PCR-DGGE 技术及醌图谱分析研究生物炭对土壤微生物群落的影响，筛选针对代表性烃类的高转录功能微生物及降解基因,以土壤宏基因组为研究对象开展主要石油烃降解基因如alk 基因在修复过程中变动的研究；研究温度、pH、水分含量等环境因素对生物炭强化修复过程及微生物分子生态过程的影响。. 研究共发表论文27篇，其中Sci论文14篇；出版专著2部，其中一部为英文章节；申请专利11项，授权2项；获得天津市科技进步二等奖一项，排名第三；培养博士生一名，硕士生5名；超额完成了各项研究任务。. 研究过程中筛选得到了耐盐碱石油烃降解微生物菌株10株，进行了菌株鉴定和石油烃降解效果的研究；制备了玉米秸秆、小麦秸秆、木屑等不同类型生物炭，研究了不同裂解温度对生物炭性质及生物毒性的影响；对生物炭进行了改性或制备成纳米复合材料，研究了改性或复合材料如石墨烯-生物炭材料对石油烃及重金属吸附效果的影响；开展了微生物与生物炭相互作用的研究，制备了生物炭-微生物菌剂；开发了AlkB, Nah和Phe三种石油烃降解基因的qPCR标准曲线及测定方法，测定了生物修复过程中降解基因的变动及与其他理化性子的关系。这些结果发表在了该领域重要的国际期刊，如在Journal of Bioscience and Bioengineering发表的有关生物炭的综述文章被C&EN的报道，对石油烃的生物修复理论研究起到了重要的推动作用。