许洁 | 微生物种群介导页岩气井场土壤碳循环驱动

2025-10-23 00:28

中石油西南油气田安全环保与技术监督研究院高级工程师

2020年中科院博士毕业，2021年四川省博士后人才引进，深耕微生物技术开发与应用领域。聚焦于微生物的特性与功能挖掘，通过对微生物代谢机制、基因调控等层面的深入探索，实现技术创新突破。

在土壤修复领域，通过微生物与土壤环境的协同作用，降解土壤中的有机污染物、固定重金属，改善土壤结构和生态功能，为污染土壤的生态修复与可持续利用提供科学方案与技术支持，致力于用微生物技术为环境治理难题提供绿色、高效的解决方案，致力于油气田微生物领域的研究。

一、演讲题目

《微生物种群介导页岩气井场土壤碳循环驱动》

二、报告摘要

中石油西南油气田安全环保与技术监督研究院高级工程师许洁，长期深耕微生物技术开发与应用领域。其研究聚焦微生物特性的深度挖掘与功能高效转化，在土壤修复领域已形成扎实积累——通过微生物与土壤环境的协同作用，实现有机污染物降解、重金属固定及土壤生态功能改善，为环境治理提供了兼具科学性与实用性的技术支撑。

本报告以页岩气井场土壤碳循环为核心研究对象，精准锁定微生物种群的关键驱动作用：

一方面，微生物的种类组成与数量分布，直接决定土壤碳循环的速率快慢与方向走向。

另一方面，不同微生物因代谢途径、功能属性的差异，对碳循环的调控效应呈现显著分化。

研究通过系统解析差异性微生物种群的驱动因素及内在作用机制，不仅为页岩气井场区域的环境保护与可持续发展提供了核心科学依据，更进一步拓展了微生物技术在油气田环境治理领域的应用边界与实践价值。

三、报告核心内容

中石油西南油气田安全环保与技术监督研究院高级工程师许洁，长期深耕微生物技术开发与应用领域，尤其在油气田环境治理方向积累了扎实实践经验——其团队此前通过筛选油气田土著功能菌群，已实现污染土壤有机污染物降解率超85%、重金属固定效率达70%以上，此次报告正是基于这一技术积淀，围绕页岩气井场土壤碳循环展开深度研究。

核心研究对象与研究设计

许洁团队以页岩气井场土壤碳循环过程为核心研究载体，重点覆盖我国页岩气开发核心区域——四川盆地、鄂尔多斯盆地等5个重点区块。在她的主导下，团队选取20个典型页岩气井场开展为期3年的野外原位监测，同步设计室内模拟实验（模拟不同钻井液浓度、压裂液添加剂暴露场景），通过“野外实证+室内验证”的双重设计，系统探究微生物种群在碳循环中的介导作用，确保研究结论兼具区域代表性与场景适配性。

三大核心科学发现

构建“三位一体”系统化技术体系，突破单一治理局限：

微生物种群的核心驱动地位：

团队明确微生物种群是页岩气井场土壤碳循环的“引擎”，其种类组成丰富度与数量分布均匀性直接决定碳循环的速率与方向。许洁团队通过对比实验发现，当土壤中蓝细菌、固氮菌等固碳功能菌占比提升10%时，土壤有机碳累积速率可提高15%-20%；而放线菌、假单胞菌等降解性微生物过度增殖时，有机碳分解速率会加快2-3倍，易引发土壤碳库流失。

微生物功能的分化调控效应：

许洁团队进一步分析得出，不同微生物因代谢途径与功能属性差异，形成碳循环的“双向调控”——自养型微生物通过光合作用或化能合成作用，将大气CO₂等无机碳转化为有机碳，直接补充土壤碳库；异养型微生物则通过分解枯枝落叶、外源污染物等有机物释放CO₂，同时部分异养菌可合成胞外聚合物，将碳元素固定为稳定的土壤有机碳组分，形成“分解-固定”的动态平衡。

三大核心驱动因素解析：

许洁团队首次厘清页岩气井场特殊环境下，微生物介导碳循环的关键影响因素：

一是土壤微环境因子（pH值、含水率、温度），通过影响微生物细胞膜通透性与酶活性，改变菌群生长速率。

二是微生物菌群互作（共生、竞争、拮抗），如固氮菌为固碳菌提供氮源可促进固碳效率，而某些病原菌会抑制降解菌活性。

三是外源物质干预（压裂液添加剂、缓蚀剂），部分物质可作为碳源促进菌群增殖，部分则具有毒性抑制微生物功能。

核心研究方法

在许洁的统筹下，团队采用“多组学联用+原位监测”的技术组合，构建完整研究链路：

1.通过高通量测序技术解析井场土壤微生物群落结构变化，识别优势功能菌群。

2.借助代谢组学分析捕捉关键代谢产物（有机酸、多糖、次生代谢物），明确碳转化的化学路径。

3.结合宏转录组分析揭示微生物功能基因的表达规律，从“群落-代谢-基因”三个层面，精准阐释微生物介导碳循环的内在机制。

研究应用价值与未来规划

理论价值：

该研究在许洁的带领下，填补了油气田特殊污染环境下，土壤碳循环与微生物群落耦合机制的研究空白，为环境微生物学在油气行业的应用提供新理论支撑。

实践价值：

研究成果可为页岩气井场生态管理提供可落地方案——许洁团队提出，可通过定向投加功能菌剂调控微生物群落，提升土壤固碳能力；同时基于微生物群落变化可预测土壤碳库稳定性，为生态风险评估提供新指标。

未来方向：

许洁表示，团队将基于现有研究成果，进一步开发针对性“微生物碳循环调控剂”，最终实现“污染治理（降解残留污染物）-碳汇提升（增加土壤有机碳）-生态修复（改善土壤结构）”的协同目标，为油气行业践行“双碳”战略提供可复制、可推广的绿色技术路径。

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