多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbon，PAH）是工业场地常见的持久性有机污染物。由于其致畸、致癌、致突变的性质，土壤中的PAH对人类健康和生态系统造成威胁。环境友好、费用低廉的微生物修复技术备受环境工作者关注。事实上，PAH的微生物降解在好氧和缺氧条件下均可进行，但缺氧条件下PAH降解速率较低而未受到充分重视。尽管如此，许多PAH污染土壤因微生物/还原性物质消耗氧气而处于缺氧状态，因此如何强化缺氧土壤环境中PAH的微生物降解是一项具有理论与现实意义的研究工作。

　　土壤细菌和古菌以CO₂为电子受体代谢PAH是产甲烷条件下PAH污染物消减的重要途径。原位缺氧微生物降解是修复PAH污染土壤的一种简便易行的技术。因此，为揭示CO₂电子受体条件下细菌和古菌群落的演替机制及其对PAH降解过程和机理的影响机制，资环所土壤环境研究中心科研人员以工业场地PAH污染土壤为研究对象，添加NaHCO₃（CO₂）作为电子受体刺激土壤中细菌和古菌介导的PAH降解过程，并利用气相色谱-质谱、16S rRNA基因qPCR和扩增子测序技术对PAH缺氧降解过程进行动态监测。

　　研究结果表明，电子受体的添加显著促进了土壤中2环、3环和4环PAH的微生物降解。培养250天后，与未添加电子受体的土壤相比，2环、3环和4环PAH的降解率分别提高了4.18%、9.01%~8.05%和6.19%~12.45%，如图1所示。随着培养时间的延长，土壤细菌丰度增加，总PAH（2环、3环和4环）降解率逐渐提高，且两者存在正相关关系。缺氧培养结束后，添加电子受体的土壤细菌丰度（2.90×10⁸/g土壤，p<0.05）和PAH降解率均高于未添加电子受体的土壤，如图2所示。

　　图1 产甲烷条件下细菌和古菌强化土壤中PAH的降解示意图

　　图2 土壤细菌丰度和总PAH（2环、3环和4环）降解率呈正相关

　　扩增子测序结果表明，缺氧培养前后土壤细菌和古菌均呈现较大差异（图3）。此外，PAH降解过程中细菌和古菌群落结构的演替模式呈现较大差异，如图1和图3所示。土壤细菌群落受电子受体的影响较大（图3（a）），而古菌群落未受显著影响（图3（b））。土壤细菌和古菌共现网络分析结果表明，PAH降解过程中土壤细菌和古菌的正相关关系始终大于负相关关系，表明土壤细菌和古菌更倾向于共存/合作，而不是竞争，如图1所示。添加电子受体土壤的微生物网络更高的复杂性、连通性、边和节点数进一步表明添加电子受体提高了微生物网络的连通性和稳定性。本研究结果可为工业场地PAH污染土壤原位缺氧微生物修复提供科学依据。

　　图3 缺氧培养过程中土壤细菌（a）和古菌（b）群落结构的PCoA分析结果

　　本工作以“Polycyclic aromatic hydrocarbon removal from subsurface soil mediated by bacteria and archaea under methanogenic conditions: Performance and mechanisms”为题发表在Environmental Pollution（Impact Factor = 9.988）上，如图4所示。本工作得到国家重点研发计划项目的支持。

　　图4 论文发表期刊、题目、作者等相关信息

文/苟雅玲

图/苟雅玲