Charakteristika půdního mikrobiomu po provedené remediaci půdy kontaminované ropnými deriváty

Bc. Kamila Pavková

Master's thesis

The characteristics of soil microbiome after accomplished remediation of soil contaminated by oil derivatives

Abstract:

Únikem ropných látek do půdy dochází k častým případům poškození životního prostředí. K úniku obvykle dochází při těžbě ropy, manipulaci ropnými látkami, dopravě ropných produktů, nebo nadzemním či podzemním skladování v nádržích v důsledku prosakování. Tato práce se zabývá vlivem vybraných remediačních metod na půdní mikrobiom a enzymovou aktivitu půdních mikroorganizmů v půdě kontaminované ropnými látkami. Pro zhodnocení účinku dvou vybraných remediačních metod, ISCO – in situ chemické oxidace Fentonovým činidlem a bioremediace pomocí přídavku bakteriálního inokula, byly sledované parametry mikrobiálních společenstev hodnoceny před a po jejich aplikaci v roce 2019. Vzorky půdy byly odebrané vrtnou soupravou do hloubky 5 až 6 m. Vrty byly provedeny v místech odpovídajících pravidelnému přečištování kontaminované spodní vody filtrací a aplikací remediačních prostředků. Odebrané vzorky se rozdělily na tři části, jedna část se lyofilizovala a druhá část byla vysušená volně na vzduchu a třetí část byla zamražena na -81 °C. Z lyofilizovaných vzorků se stanovovala enzymová aktivita. Ze vzorku sušených na vzduchu se stanovovalo pH půdy, kationtová výměnná kapacita, stanovení ropných uhlovodíků, obsah dusíku a uhlíku. Zamražené vzorky byly použité pro extrakci DNA.V této práci bylo dokázáno, že Fentonovo činidlo jen mírně zasahuje do chemického složení půdy. Půdní mikrobiom se po aplikaci remediačních metod u vrtů liší převážně v procentuálním zastoupení různých taxonomických skupin. Jako nejvýznamnější se ukázaly rozdíly v poměrech mezi vrty AS7_s1 a AS7_s2. Po aplikaci jsou bakterie ve vrtu AS7_s2 od 1,75 – 6 m převážně vyrovnané procentuálním zastoupením v každém kmenu. Ve vrchní části vrtu u 0,5m a 1,5 m převažuje kmen bakterií Proteobacteria. U vrtu AS26 převažovaly kmeny Proteobacteria a Chloroflexi před i po aplikaci činidla. Výrazné změny nastaly v 0,25 – 2,75 m vrtu po aplikaci činidla AS26_s2, kde se a zvýšil počet kmenu Chloroflexi a minimalizovalo se zastoupení kmenu Actinobacteriota. Úbytek nastal u kmenu Proteobacter a Chloroflexi, ve spodních vrstvách vrtu pak začal převažovat kmen Actinobacteriota. Mikrobiální zestoupení a enzymatická aktivita vykazuje v půdách prostorovou variabilitu, která přímo nesouvisí s kontaminací nebo půdními horizonty. Naměřená aktivita enzymu β-galaktosidázy vzrostla ve vrtu AS7 v hloubce 4,25 m, a v této hloubce zároveň vzrostl i obsah C. V cyklu C je β-galaktosidáza velmi důležitá, protože je jedním ze základních enzymů, které štěpí glykosidické vazby uhlovodíků.

Abstract:

The oil spill to soil represents a relatively frequent damage to the natural environment. The oil spill is commonly associated with improper oil extraction, manipulation or transport of oil products, or with inadequate storage of a crude oil in underground or ground tanks and reservoirs.The thesis aims in evaluating the impact of two selected remediation techniques on the soil microbiome and enzyme activity of microorganisms inhabiting the soil contaminated with oil substances. The effect of both selected remediation techniques – the ISCO in-situ chemical oxidation with the Fenton’s reagent and the bioremediation with bacterial inoculum – was assessed before and after the treatment in year summer and fall of 2019. The soil samples were taken using a a percussion drilling set to the depth down to 5 to 6 m. The cores were drilled near two sites of regular groundwater cleaning via filtration. Each of the sample was divided to three parts. The first subsample was lyophilized to assess enzyme activities. The second was left to dry under the ambient conditions, to determine the pH of the soil, its cation exchange capacity, petroleum hydrocarbons’, and nitrogen and carbon content. The third was frozen to -80 °C for DNA extraction.The results revealed that the Fenton’s reagent only slightly influenced the soil chemical characteristics. Yet, the soil microbiome changed after both treatments in the percentage of various taxonomic groups. The most significant differences were recorded in the core treated with bacterial inoculum between the samples AS7_s1 and AS7_s2, i.e. before and after the remediation. The percentage of the bacteria strains in the AS7_s2 sample from the depths of 1.75–6 m were relatively homogenous but the upper part of the depth between0.5–1.5 m was dominated by Proteobacteria.The core AS26 all contained mostly the phyla Proteobacteriota and Chloroflexi after the application of the Fenton’s reagent. Significant changes were recorded in the AS26_s2 from the depth of 0.25–2.75 m – the percentage of the phyllum Chloroflexi increased and the proportion of Actinobacteriota was reduced to a minimum. A decrease of Proteobacteriota and Chloroflexi occurred in the lower layers of the core, while Actinobacteriota prevailed.The enzymatic activity and the composition of microbiological communities observed in the soil samples specify the spatial variability of the soil that is not directly related to the contamination or soil horizons. The measured activity of beta-galactosidase increased in the core AS7 at the depth of 4.25 m, in which simultaneously increased the carbon C content. For C cycle, the beta-galactosidase is a very important enzyme because it cleaves the glycosidic bonds of hydrocarbons.

Keywords

ropné deriváty, půdní mikrobiom, bioremediace, půda, mikroorganismy, enzymy

Keywords

soil microbiome, bioremediation, petroleum derivatives, soil, microorganisms, enzymes

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 7. 2020

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Jiřina Száková, CSc.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Rural Development and Agriculture / Development of Rural Areas