Zeolite-Assisted Bioremediation of Petroleum Hydrocarbon-Contaminated Soils in Cold Climates: A Treatment Strategy and CO2 Respiration Modelling for Seasonal Freezing
Notice bibliographique
Résumé
Unfrozen water availability in seasonally freezing and frozen soils is a prerequisite for microbial survival and adaptation in cold environments. The objectives of this study were to investigate the roles of zeolite in extending unfrozen water retention and microbial activity in petroleum hydrocarbon-contaminated cold-climate soils under seasonal freezing conditions, and to link the effect of unfrozen water to soil respiration modelling using soil-freezing characteristic curves (SFCC). Zeolite-amended soil microcosms subjected to soil drying, which is analogous to soil freezing, were prepared using petroleum hydrocarbon-contaminated soils inoculated with a hydrocarbon-degrading bacterium, Dietzia maris. Results showed the significant survival of Dietzia maris (1.3–3.3 x 106 CFU/g) under induced drying (water-stressed conditions without freezing temperatures) in the zeolite-amended contaminated soils compared to the unamended soils. Additionally, seasonal freezing-induced biostimulation experiments (4 to 10 °C at -1°C/day over 15 days) showed that the developed soil treatment strategy of introducing moderate doses of zeolite (2% w/w), N-based nutrients (200 mg N/kg) and porous carbon (1% w/w) increased unfrozen water retention, which shifted the SFCCs of the soils and extended soil respiration activity under seasonal freezing conditions. In contrast, the untreated soils and those treated with the higher doses of amendments (300 mg N/kg or 2–5% porous carbon) did not exhibit extended soil respiration activity. Soil CO2 respiration data for the treated soils showed that the effect of unfrozen water on soil respiration becomes significant below 0 °C (r = 0.82–0.90). The SFCC of the treated soils, a function of unfrozen water content (θ) and freezing temperature (T), was incorporated into the Arrhenius-based respiration model framework to address the coupled effects of θ and T on prolonging soil respiration activity at sub-zero temperatures (expressed as a CO2 production rate). The resulting SFCC-RESP model successfully predicted the observed CO2 soil respiration during freezing (R2 = 0.94–0.98). Integrating this soil respiration model with soil thermal modelling (SFCC-RESP and TEMP/W) produced spatial distributions of T, θ and CO2 production in the treated contaminated soils during seasonal freezing. This study suggests that zeolite used as a source of water-retaining microbial habitats can assist in the bioremediation of petroleum hydrocarbon-contaminated soils, and that the SFCC-RESP model can be an effective tool for developing bioremediation strategies specialized for seasonal freezing conditions.
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».