黄河三角洲土壤污染生态修复机制研究

There exists complex environmental process and functional values in Huanghe Delta. Because of the long time oil exploitation, the problems of saline alkaline soil and environmental pollution interweave, which can affect the geo-environmental process of petroleum hydrocarbons. The mechanism on the remediation of petroleum hydrocarbons in soil under high saline alkaline, low organic matter content conditions was not well illustrated, and scientific and reasonable remediation methodsneeds to be further developed. In this project, based on the properties of soils in Huanghe Delta, molecular biological approach and isotope tracing techniques will be applied in both lab experiment and in situ simulation. The following researches will be carried out: interfacial process of petroleum hydrocarbons in Huanghe Delta, toxic response mechanism of native organisms on petroleum hydro carbons, biological remediation mechanism under salinity stress, coupling of petroleum hydrocarbon remediation and C, N cycle with joint response mechanism in remediation of petroleum hydrocarbons by combination of physi-chemical and biological method, anaerobic degradation of petroleum hydrocarbons, remediation mechanism for combined pollution and its coupling principal. Through this research, the combined remediation mechanism of petroleum hydrocarbon contaminated soil in Huanghe Delta will be illustrated and coupling mechanism between hydrocarbon degradation and carbon, nitrogen cycle will be further understood, which can provide theoretical basis for development of new remediation techniques in Huanghe Delta to approach the control of soil pollution and ecological restoration of soil.

黄河三角洲具有敏感而复杂的环境过程与功能价值，由于长期石油开采造成的环境污染与盐碱问题相互交织，影响石油烃的地球环境过程。针对高盐碱、低有机质黄河三角洲土壤中石油烃生态修复过程的机制尚未阐明，科学合理的修复技术尚待研制的难题，本研究将分子生物学手段与同位素示踪等技术相结合，以实验室模拟和原位实验相结合，针对黄河三角洲土壤的特点，研究黄河三角洲土壤-湿地系统石油烃的界面过程、典型生物的石油烃毒性响应机制、盐碱胁迫条件下石油烃生物修复机制、土壤碳循环与石油烃修复的耦合及物化-生物联合修复的协同响应机制、石油烃的厌氧降解过程、复合污染物的生态修复机制及耦合原理。通过本项目的研究，探索黄河三角洲石油烃修复过程中微生物-植物的联合作用及其分子机制，揭示土壤中石油烃的降解与土壤碳氮循环及其它生态功能的耦合机制，开发适于该区域土壤生态改良和修复术，为黄河三角洲污染土壤的管控、修复和生态恢复提供理论依据。

本项目由南开大学牵头，与山东大学强强联合，针对黄河三角洲污染特点和存在的问题开展研究。主要内容包括：黄河三角洲区域典型油田胜利油田的污染调查及与其他区域的对比分析，生物炭及其复合材料的开发及在环境修复中的作用研究，生物炭及微塑料的毒性及人体健康效应研究，石油烃类污染物及其衍生物对蚯蚓的毒性效应及机制，厌氧环境中解烃微生物群落健康演替机制及高效代谢路径解析，石油烃污染修复的人工强化调控机制及微生物代谢调控技术研究等几个方面的内容。研究首次发现球磨可以降低生物炭的粒径、增加含氧官能团和碳缺陷，低温生物炭BC300中更多的含氧官能团对光催化性能的提升起重要作用；采用鼠李糖脂对碳材料进行改性，不仅提高了碳材料与微生物之间的兼容性，而且提高了土壤中石油烃的生物可利用性，促进了微生物对石油污染土壤的修复；微塑料的存在改变了微生物间的相关关系，其存在使得微生物根据其自身特征形成一个独特的养分代谢网络。微塑料的存在可能是通过改变氮循环菌群从而改变了N2O的排放。研究了不同来源微塑料对小麦幼苗生长指数及根际微生物群落的影响，本研究首次评估了MNPs和全氟辛烷磺酸对人体肠道细胞的联合毒性，以支持MNPs和PFOS对人体健康的联合污染风险评估。以土壤模式生物蚯蚓为研究对象，从个体水平、细胞水平、分子水平上深入研究了黄河三角洲地区土壤沉积物中典型多环芳烃（萘、蒽、菲、芴、芘、荧蒽、苯并[a]蒽等）以及石油烃类衍生物对土壤生物的毒性效应、机制以及环境风险。全面揭示了厌氧微生物菌群应对石油烃污染土壤中链烷烃、多环芳烃（萘、菲、荧蒽等）、芳杂环化合物（[Bmim]FeCl4）的代谢活性和生理指标的响应机理。.项目发表SCI高水平论文52篇，申报发明专利13项，其中9项获得授权。培养了博士后2名，博士研究生6名，硕士研究生10名。通过本项目的研究为黄河三角洲的生态环境治理提供了理论支撑。