| 于鑫,杨思德,陈永刚,杨玥玮,孙嘉璐,张云,李晓晶.水铁矿富集功能微生物强化土壤微生物电化学降解石油烃[J].农业环境科学学报,2025,44(4):990-1002. |
| 水铁矿富集功能微生物强化土壤微生物电化学降解石油烃 |
| Ferrihydrite enhanced petroleum hydrocarbon degradation by enriching functional microorganisms in soil microbial electrochemical system |
| 投稿时间：2024-04-28 |
| DOI：10.11654/jaes.2024-0371 |
| 中文关键词: 石油烃污染 土壤微生物电化学系统 水铁矿 功能微生物 |
| 英文关键词: petroleum hydrocarbon pollution soil Microbial Electrochemical System ferrihydrite functional microorganisms |
| 基金项目:国家自然科学基金项目（41977133）；天津市自然科学基金重点项目（23JCZDJC00480）；中国农业科学院“农科英才”和中国农业科学院创新工程科学中心项目（CAAS-CSGLCA-202302） |
| 作者 | 单位 | E-mail | | 于鑫 | 农业农村部环境保护科研监测所, 农业农村部产地环境污染防控重点实验室, 天津市农业环境与农产品安全重点实验室, 天津 300191 | | | 杨思德 | 农业农村部环境保护科研监测所, 农业农村部产地环境污染防控重点实验室, 天津市农业环境与农产品安全重点实验室, 天津 300191 | | | 陈永刚 | 农业农村部环境保护科研监测所, 农业农村部产地环境污染防控重点实验室, 天津市农业环境与农产品安全重点实验室, 天津 300191
天津理工大学环境科学与安全工程学院, 天津 300384 | | | 杨玥玮 | 农业农村部环境保护科研监测所, 农业农村部产地环境污染防控重点实验室, 天津市农业环境与农产品安全重点实验室, 天津 300191
天津理工大学环境科学与安全工程学院, 天津 300384 | | | 孙嘉璐 | 农业农村部环境保护科研监测所, 农业农村部产地环境污染防控重点实验室, 天津市农业环境与农产品安全重点实验室, 天津 300191
东北大学资源与环境学院, 沈阳 110004 | | | 张云 | 农业农村部环境保护科研监测所, 农业农村部产地环境污染防控重点实验室, 天津市农业环境与农产品安全重点实验室, 天津 300191
东北农业大学资源与环境学院, 哈尔滨 150030 | | | 李晓晶 | 农业农村部环境保护科研监测所, 农业农村部产地环境污染防控重点实验室, 天津市农业环境与农产品安全重点实验室, 天津 300191 | lixiaojing@caas.cn |
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| 中文摘要: |
| 为探究土壤微生物电化学系统（Microbial Electrochemical System，MES）中土著微生物在增强石油烃降解过程中对外源水铁矿的响应，设置无电极、开路、闭路3种土壤MES反应装置，即在无生物电场、局部生物电场和有效生物电场下，于第0、202、368天考察石油烃降解和土壤微生物群落的变化。结果表明：水铁矿在无电极、开路和闭路处理中的转化依次增加，从而伴随着更高的石油烃降解（较对照提升22%）。水铁矿添加后，土壤微生物群落多样性增强，受确定性过程影响增大。此外，群落共生网络关系得到加强，进而强化了种间的协助互作。虽然长时间的运行使得系统优势门（Desulfobacterota、Firmicutes、Proteobacteria）丰度降低 50%，优势属（SBR1031、SEEP-SRB1、KCM-B-112）丰度降低 16%，但水铁矿能够选择富集功能微生物，包括铁还原菌（Geoalkalibacter、Limnobacter）、石 油 烃 降 解 菌（Desulfosarcinaceae、Salinimicrobium、Immundisolibacter）、产 电 菌（Geoalkalibacter、Mycobacterium），其丰度最高提升至对照的 4.7 倍，以支撑土壤 MES 的强化石油烃降解和产电功能，这在功能预测中也得以证实。总之，水铁矿能够通过刺激土壤中的功能微生物的定殖并加强其联系来加强微生物电化学系统降解石油烃等有机污染物的功能。 |
| 英文摘要: |
| To investigate the response of indigenous microorganisms in soil Microbial Electrochemical System（MES） to exogenous ferrihydrite during enhanced petroleum hydrocarbon degradation. Three kinds of soil MES reaction devices were set up without electrode, open circuit and closed circuit, that is, under no biological electric field, local biological electric field and effective bioelectric field, petroleum hydrocarbon degradation and soil microbial community changes were investigated on day 0, day 202 and day 368. The results show that the conversion of ferrihydrite increases in the electrodeless, open and closed treatment sequence, which is accompanied by higher petroleum hydrocarbon degradation（up to 22% improvement over control）. The diversity of soil microbial community was enhanced and affected by deterministic processes after the addition of ferrihydrite. In addition, the symbiotic network relationship was strengthened, which enhanced the interaction between species. Although prolonged operation resulted in a 50% decrease in the abundance of dominant phylum（Desulfobacteriota, Firmicutes, Proteobacteria）and a 16% decrease in the abundance of dominant genus（SBR1031, SEEP-SRB1, KCM-B-112）in the system. However, ferrihydrite can choose to enrich functional microorganisms, including iron reducing bacteria （Geoalkalibacter, Limnobacter）, petroleum hydrocarbon degrading bacteria（Desulfosarcinaceae, Salinimicrobium, Immunisolibacter）, and electricity producing bacteria（Geoalkalibacter, Mycobacterium）, with the highest abundance increased to 4.7 times that of the control, to support the enhanced petroleum hydrocarbon degradation and electricity generation function of soil MES, which was also confirmed in the functional prediction. In summary, ferrihydrite can enhance the microbial electrochemical system's ability to degrade organic pollutants such as petroleum hydrocarbons by stimulating the colonization of functional microorganisms in the soil and strengthening their connections. |
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