由于石油开采操作不当和泄露等原因,导致土壤石油污染问题仍然严峻。土壤微生物电化学系统(MES)利用固体电极作为电子受体能够持续促进污染物的代谢,同步产生生物电流/电场即实现固废资源化。它克服了有机污染土壤修复中电子受体匮乏的技术难题,在石油烃及多环芳烃等难降解有机物的去除方面展现出很大的潜力。土壤MES在降解有机污染物的同时会伴随氮形态的转化,它们与系统中的电子转移以及石油烃的微生物代谢紧密相关。本研究在构建的生物电场中考察了石油烃的去除以及氮耦联转化过程,并揭示了系统中降解菌、产电菌、氮转化菌等功能菌的生态位分化与互作机制;将硝态氮、铵态氮及有机氮等三种不同类型的氮源加入系统中,进一步揭示了生物电场强化石油烃降解和氮转化的过程与机制,结果表明:(1)在构建的土壤MES(无外加氮源)中产生了最高2021 mV?m-1的生物电场,系统中的碳转化和氮转化过程均被促进:总石油烃、烷烃和芳烃的去除率相比对照组分别增加了52%、38%和136%;阴极主导的氨化过程和阳极主导的反硝化过程同步增强。通过对微生物群落结构分析发现闭路系统中阴极和阳极降解能力的增强依赖于不同的功能菌:阴极主要是Alcanivorax,阳极主要是Marinobacter;反硝化细菌Pontibacillus等在阳极显著增加证明了反硝化作用的增强。(2)在硝态氮加入的系统中产电性能大大降低而石油烃的降解效率依旧增强,这是由于NO3~-作为热力学良好的电子受体能引起阳极还原和NO3~-还原之间对电子的竞争。通过对微生物群落结构分析发现硝态氮添加显著提升了系统中潜在石油烃降解菌、反硝化菌的总丰度,而产电菌几乎消失。应用FAPROTAX对微生物功能进行预测,发现系统中碳转化功能的丰度明显增加,表明硝态氮添加可提高系统中石油烃降解基因的丰度及其表达。另外微生物网络关系揭示了土壤MES中潜在降解菌与反硝化菌之间的协同作用关系,表明NO3~-参与的反硝化过程可促进烃类的降解。(3)铵态氮和有机氮中氮的有效形式都是NH4~+,而它们对系统的产电和降解性能产生了不同的影响。氯化铵以离子形式加入土壤产生的高浓度NH4~+对功能微生物产生毒性,致使系统前期产电和降解性能下降,随着NH4~+的消耗其产电和降解能力逐步升高。尿素以分子形式加入土壤增加了系统的电能输出能力以及总石油烃和烷烃的去除效率,这是由于尿素水解为微生物提供了可利用的氮源,并避免了高浓度NH4~+的产生。通过微生物群落分析发现氯化铵的加入增加了系统中反硝化菌的总丰度,而尿素的加入有利于降解菌Alcanivorax以及产电菌Bacillus的增殖。微生物注释功能分析发现碳转化功能的丰度在加入尿素组中较高,而加入氯化铵组明显降低;尿素水解功能的丰度在尿素组的第一阶段最高,表明尿素的水解主要发生在前期。本研究考察了在有无外源氮添加的条件下生物电场对土壤中微生物碳和氮转化的影响,旨在揭示土壤MES修复石油烃污染过程中的电子转移机理以及氮循环机制,为微生物电化学修复的机理研究提供依据,同时为其场地应用提供技术参考。