胜利油田采油区土壤石油污染状况及其微生物群落结构

摘要

在社会经济高速发展的今天，石油天然气等资源越来越重要，在石油的开采加工过程中会产生石油烃(TPHs)、多环芳烃(PAHs)等多种污染物，这些物质排放到水体、大气、土壤中，对周围环境产生了一定的影响。本论文基于胜利油田采油区4个不同开采年代油井(1960s、1990s、2000s、2010s)周边土壤的取样与测试，研究了采油区土壤石油烃的分布特征及其与理化性质的关系，分析了土壤中多环芳烃的组成及其分布状况，并对其可能的污染源做了初步探讨。在此基础上，利用PCR-DGGE和克隆测序技术，对石油开采区不同污染程度土壤的微生物群落结构和多样性进行了分析，考察了微生物群落多样性与环境因子之间的关系，识别了污染土壤中的优势菌群，旨在为石油污染土壤降解菌群的构建及原位生物修复提供理论基础和背景资料。研究结果如下:
　　(1)油井周边土壤中石油烃浓度范围在693～5550mg/kg，均高于土壤石油污染临界值(500mg/kg)，石油烃浓度随离油井距离增加而降低。土壤中石油烃含量与有机碳呈显著正相关(P＜0.05)，与含水率、pH值、全氮、速效氮、速效钾无显著相关性。石油污染导致土壤pH值降低、C∶N和C∶P浓度比升高。
　　(2)PAHs在土壤中的分布特征具体表现在:4个油井井口处PAHs浓度分布符合:1960s＞1990s＞2000s＞2010s;对于同一油井，PAHs浓度随离油井距离增加而降低（2010s因新开采油井而除外）;3环PAHs浓度在总量中占绝对优势，其次是4环PAHs，2环、5环和6环PAHs浓度所占比重较小。油井周边土壤中PAHs污染严重，是石油源和燃烧源共同作用的结果，有机碳对PAHs在土壤中的分布具有重要贡献。
　　(3)利用主成分分析(PCA)，对土壤微生物多样性与土壤环境因子之间的关系进行研究，表明:土壤微生物多样性指数(H')与TPHs、∑PAHs、6环PAHs、有机碳浓度、C∶N浓度比呈显著或极显著负相关关系（P＜0.05或P＜0.01）;H'与含水率、pH值、全氮、速效氮、有效磷、速效钾、C∶P、2～5环PAHs均未呈显著相关性。
　　(4)采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)方法，研究了土壤微生物群落结构和多样性在土壤石油污染环境下的响应特征。结果表明，新油井(2000s、2010s)和老油井(1960s、1990s)周边土壤中均存在丰富的微生物种群，且微生物群落结构存在明显差异，主要表现在:石油烃污染水平高的土样，其均匀度指数较低，优势菌属数量明显较多;新油井(2010s)周边土壤中微生物多样性指数较高;位于同一油井周边且污染水平相近的土样之间的微生物群落结构相似性最高。
　　(5)对DGGE图谱中优势条带进行克隆测序及基因序列比对，可知新、老油井周边土壤中的优势菌（即放线菌、拟杆菌、厚壁菌、变形菌和绿弯菌）大多为石油烃耐受菌或降解菌，其中链霉菌属、分支杆菌属、芽孢杆菌属和梭菌属为老油井特有，迪茨氏菌属和微杆菌属为新油井特有，黄杆菌属和γ-变形菌纲为新、老油井共有，它们很可能就是本研究区域石油污染土壤生物修复的关键性菌群。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 石油污染土壤概述

1．1．1 石油污染土壤的形成

1．1．2 石油污染对土壤的影响

1．1．3 石油污染土壤的危害

1．2 采油区石油污染土壤状况

1．2．1 原油中的有毒有害物质

1．2．2 石油开采对环境的影响

1．2．3 国内外原油污染状况

1．3 石油污染土壤微生物多样性的研究

1．3．1 土壤微生物多样性的影响因素

1．3．2 微生物多样性研究方法在石油污染土壤中的应用

1．4 研究意义和内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容

第2章 采油区土壤理化性状和石油烃的检测

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 采样地自然状况

2．2．2 土样采集和预处理

2．2．3 土壤理化性质的测定

2．2．4 土壤中石油烃含量的测定

2．3 结果与讨论

2．3．1 土壤石油烃污染分布

2．3．2 土壤样品理化性质

2．3．3 土壤中石油烃含量与基本理化性质的关系

2．4 本章小结

第3章 采油区土壤PAHs污染现状研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 土样采集与预处理

3．2．2 样品PAHs检测

3．2．3 主要试剂和仪器

3．3 结果与讨论

3．3．1 总PAHs含量与分布特征

3．3．2 单个PAHs含量与分布特征

3．3．3 土壤中PAHs含量与基本理化性质的关系

3．3．4 土壤中PAHs的主要污染源

3．4 本章小结

第4章 采油区土壤微生物群落分析

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 土样采集与预处理

4．2．2 土壤细菌总DNA提取和PCR扩增

4．2．3 DGGE电泳

4．2．4 克隆测序及分析

4．2．5 DGGE图谱分析

4．2．6 数据统计分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 石油污染土壤中微生物群落结构分析

4．3．2 石油污染土壤微生物群落多样性分析

4．3．3 微生物群落多样性与环境因子的关系

4．3．4 石油污染土壤中优势菌群分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 本文结论

5．2 本文创新点

5．3 下一步研究方向

参考文献

致谢

硕士期间发表论文