Elucidating the biogeochemical processes controlling natural source zone depletion (NSZD) of petroleum hydrocarbons in contaminated soils under dynamic redox conditions

阐明动态氧化还原条件下控制污染土壤中石油烃自然源区耗竭（NSZD）的生物地球化学过程

• 批准号: 533227-2018
• 负责人: VanCappellen, Philippe
• 金额: $ 9.34万
• 依托单位: University of Waterloo
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Collaborative Research and Development Grants
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2021-01-01 至 2022-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=719914
• 关键词: Elucidating; biogeochemical; processes; controlling; natural

Microorganism are the foundation of all ecosystems; they regulate the biogeochemical cycling of carbon, nutrients, such as phosphorus, nitrogen and sulfur, and many trace elements, with far-reaching global consequences. They are key players in the biotechnology sector and are among the main producers of greenhouse gases, including carbon dioxide, methane and nitrous oxide. In addition, soil microbial communities can help cleaning up the environment, for example by degrading petroleum hydrocarbon (PH) contaminants released by crude oil spills. Given that 60% of all contaminated sites in Canada are reportedly polluted with PHs, models that simulate PH biodegradation in soils can provide an essential service to an environmentally responsible energy sector. The Environmental Services units of Imperial Oil, with global support from ExxonMobil, and the Ecohydrology Research Group at the University of Waterloo are therefore joining forces to build a long-term research collaboration focused on the predictive modelling of the environmental conditions and processes controlling the microbial degradation of PHs in contaminated soils. Through a combination of laboratory experiments and modelling, the proposed research will focus on determining how variable hydrological and climatic drivers, specifically soil freezing and thawing and groundwater table fluctuations, modulate the microbial reaction pathways that are responsible for the natural degradation of PH. We will develop an entirely new theoretical framework that links the production and allocation of energy within microbial communities to the rates at which soil microorganisms carry out the chemical transformations that contribute to PH degradation, under environmentally relevant, but variable, conditions. With its emphasis on cold climate conditions, the proposed project will enhance the capacity of Canada's energy industry to mitigate the environmental impacts of PH pollution.#(cr)#(lf)Les microorganismes sont la base de tous les écosystèmes; ils contrôlent les cycles biogéochimiques du carbone, des nutriments tels que le phosphore, l'azote et le sulfure, et de plusieurs éléments en traces, avec des conséquences globales très considérables. Ils jouent un rôle essentiel dans le secteur des biotechnologies et sont parmi les principaux producteurs de gaz à effet de serre qui incluent le dioxyde de carbone, le méthane et l'oxyde nitreux. De plus, les communautés microbiennes du sol peuvent aider à assainir l'environnement, par exemple en dégradant les contaminants d'hydrocarbures de pétrole (HP) provenant des déversements de pétrole brut. Étant donné que 60% de tous les sites contaminés au Canada seraient contaminés par des HP, les modèles qui simulent la biodégradation des HP dans les sols peuvent fournir un service essentiel à l'industrie de l'énergie responsable envers l'environnement. Par conséquent, les unités des services environnementaux de l'Impériale, avec un support global d'ExxonMobil, et le Groupe de Recherche en Ecohydrologie de l'Université de Waterloo s'unissent pour établir une collaboration de recherche à long terme concentrée sur la modélisation prédictive des conditions environnementales et des processus contrôlant la dégradation microbienne des HP dans les sols contaminés. A travers une combinaison d'expériences en laboratoire et de modélisation, le projet de recherche proposé visera à déterminer comment les facteurs hydrologiques et climatiques variables, en particulier le gel et le dégel des sols et les fluctuations de la nappe phréatique, modulent les voies de réaction microbienne responsables de la dégradation naturelle des HP. Nous développerons un cadre théorique entièrement nouveau qui liera la production et la répartition de l'énergie au sein des communautés microbiennes à des taux de réaction auxquels les microorganismes du sol effectuent les transformations chimiques qui contribuent à la dégradation des HP, dans des conditions environnementales pertinentes

微生物是一切生态系统的基础；它们调节碳、磷、氮和硫等营养物质以及许多微量元素的生物地球化学循环，对全球产生深远的影响。它们是生物技术领域的关键参与者，也是二氧化碳、甲烷和一氧化二氮等温室气体的主要生产者。此外，土壤微生物群落可以帮助净化环境，例如通过降解原油泄漏释放的石油碳氢化合物（PH）污染物。据报道，加拿大 60% 的污染场地都受到 PH 的污染，模拟土壤中 PH 生物降解的模型可以为对环境负责的能源部门提供基本服务。因此，在埃克森美孚的全球支持下，帝国石油公司的环境服务部门和滑铁卢大学的生态水文学研究小组正在联手建立长期研究合作，重点关注环境条件和控制污染土壤中 PH 微生物降解的过程的预测模型。通过实验室实验和建模相结合，拟议的研究将重点确定可变的水文和气候驱动因素，特别是土壤冻融和地下水位波动，如何调节导致 PH 自然降解的微生物反应途径。我们将开发一个全新的理论框架，将微生物群落内能量的生产和分配与土壤微生物在环境相关但可变的条件下进行导致 PH 值退化的化学转化的速率联系起来。拟议项目重点关注寒冷气候条件，将增强加拿大能源工业减轻 PH 污染对环境影响的能力。#(cr)#(lf)Les microbees sont la base de tous les écosystèmes;它控制碳生物化学循环、磷、氮和硫的营养物质，以及痕迹上的附加元素，并在全球范围内产生非常重要的后果。这是生物技术领域的重要角色，也是气体主要生产者的重要角色，对碳二氧化物、甲烷和氧化氮具有重要作用。此外，太阳微生物群落也有助于保护环境，例如石油碳氢化合物 (HP) 污染物的降解。加拿大所有场所的 60% 污染物均与 HP 相关，这些模型与 HP 的生物降解类似，是在环境中负责任的能源工业的基本服务。因此，帝国环境服务联合体、埃克森美孚全球合作伙伴以及滑铁卢大学生态水文研究集团将在环境和环境条件预测模型化预测方面开展长期合作研究过程 控制 HP 和太阳污染物的降解微生物。一个综合了实验室和模型化经验的研究项目，提出了水文和气候变量事实的决定性评论，尤其是凝胶和太阳的凝胶以及午睡水的波动，模块反应微生物的声音责任人 HP 自然降解。新型生产和微生物社区能量重新分配的理论发展，与太阳微生物的反应和化学转化有关，有助于 HP 的降解，在不同的条件下 有关环境