随着我国石油开采和使用量的不断攀升,在石油运输、加工和储存过程中,由各种不当操作导致的泄漏事故所引起的环境污染问题越来越严重。黄土高原(Loess Plateau)是我国重要的石油产区,其特殊的地理位置与复杂的环境条件,给该区域环境监测与污染治理带来诸多不便。多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,简称PAHs)是石油的重要组分之一,具有显著的“三致效应”(致畸、致癌和致突变),对人类的健康和生态环境都存在巨大威胁,因此由石油PAHs引起的污染越来越受到人们的关注。本研究以黄土高原石油污染土壤为研究对象,利用三重四级杆气质联用仪(GC-MS/MS)对美国环境保护局(USEPA)优先控制的16种PAHs含量进行了测定,明确了不同深度(0-10 cm,10-30 cm和30-50 cm)土壤中PAHs的组分特征及垂直分布特征,解析了其可能来源,并对其产生的生态风险及健康风险进行了评估;通过150天土培试验,探究了菌肥、有机肥、草炭和砒砂岩四种修复材料对PAHs污染土壤的修复机理;利用高通量测序技术,分析了菌肥修复过程中土壤微生物群落结构及多样性的变化;采用盆栽试验,验证了不同修复材料对PAHs污染土壤的去除效果。本研究可为PAHs污染场地的修复提供理论依据,对保护研究区土壤环境和石油开采行业的可持续健康发展具有重要意义,主要研究结果如下:(1)通过对研究区60个土壤样品进行分析,发现除苊烯(ACY)外,其余15种PAHs的检出率均为100%。16种PAHs(∑16PAHs)的平均含量在0-10 cm,10-30 cm和30-50 cm土壤中分别为5502.44μg/kg、2296.94μg/kg和2203.88μg/kg。7种致癌PAHs(∑7PAHs)在相应土层中的平均含量分别占16种PAHs的33.30%,40.12%和47.15%。与国内外不同地区土壤中PAHs含量相比,研究区土壤PAHs含量处于相对较高的水平。(2)研究区土壤中∑16PAHs和∑7PAHs的垂直分布规律基本保持一致,其浓度均随土壤深度的增加而逐渐减小,下降比例分别为59.95%和43.30%。从16种单体PAHs来看,芴(FLU)、菲(PHE)和?(CHR)三种单体PAHs下降比例最大,分别为71.53%,85.10%和53.87%。不同深度土壤中PAHs环数占比具有相似性,其中3环和4环PAHs在各个深度土壤中均占有较大比例。(3)研究区不同深度土壤PAHs来源略有不同,在0-10 cm土壤中,石油源对PAHs总量的贡献率(37.57%)最大,而在10-30 cm和30-50 cm土壤中贡献率最大的分别是生物质燃烧源(28.05%)和煤/焦炭燃烧源(35.61%),此外,车辆交通源在各个土层都占有较大比重。(4)生态风险结果表明,0-10 cm和30-50 cm土壤均处于高生态风险水平,而10-30 cm土壤处于中等生态风险水平。从16种单体PAHs来看,芴(FLU)和芘(PYR)在不同深度土壤中均处于高生态风险水平。健康风险结果表明,研究区不同深度土壤均存在潜在致癌风险。从暴露途径来看,三种暴露途径产生的致癌风险大小依次为:皮肤接触>误食土壤>呼吸摄入;从年龄来看,土壤PAHs污染对成人的健康威胁要大于儿童和青少年;从性别来看,女性的致癌风险值普遍高于男性。(5)在PAHs高初始浓度土壤中,空白对照、菌肥、有机肥、草炭和砒砂岩处理下16PAHs去除率分别为23.91%、66.78%、51.17%、54.52%和42.99%;在PAHs低初始浓度土壤中,各处理对16PAHs去除率分别为11.42%、66.06%、53.37%、53.30%和43.83%。与空白对照相比,4种处理均能对PAHs的去除起到显著促进作用,其中添加菌肥的土壤PAHs去除率最高,添加砒砂岩的土壤PAHs去除率最低,且各处理对低环PAHs去除率要显著高于高环PAHs去除率。(6)与自然恢复过程相比,添加菌肥显著改变了土壤中微生物群落结构。在前13个门水平的微生物类群中,变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria)与低环PAHs、高环PAHs和16PAHs去除率之间均呈现正相关关系。其中,放线菌门(Actinobacteria)与各PAHs去除率之间呈现极显著正相关关系(p<0.01),说明在菌肥修复过程中,放线菌门(Actinobacteria)为去除PAHs的优势菌门;与PAHs污染土壤相比,添加菌肥、有机肥、草炭和砒砂岩四种修复材料的土壤更有利于黑麦草的生长,其株高、生物量以及叶片SPAD值均有显著提高,三个指标均能较为敏感地指示PAHs污染土壤的生态毒性。