矿化垃圾层微生物群落结构及多样性分析

矿化垃圾层含有的丰富微生物群落在稳定渗滤液理化性质中发挥重要作用。为深入理解矿化垃圾中微生物群落对渗滤液有机物的降解作用,采用16S rRNA基因高通量测序技术和分析方法,研究了不同点位矿化垃圾微生物群落结构和多样性。结果表明:矿化垃圾含有丰富的微生物群落,各点位的丰富度相近,但多样性差别较大;各点位均含有(相对丰度>1.0%)厚壁菌门(Firmicutes)、广古菌门(Euryarchaeota)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、互养菌门(Synergistetes)、放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、热孢菌门(Thermotogae)和Atribacteria;厚壁菌门在K1、K2、K3和K4点位相对丰度最高,分别为39.10%、31.79%、47.09%和33.84%,为优势菌门;广古菌门在渗滤液有机负荷较高的K1、K2点位以及水力停留时间较长的K4点位相对丰度较高,而在中部K3点位的相对丰度较低。微生物群落结构和多样性与渗滤液负荷相关,在渗滤液负荷较高的矿化垃圾层,微生物群落多样性较高。     

短期填埋龄垃圾堆体内微生物群落结构与种群分布特征

填埋垃圾的稳定化过程一般经历好氧过渡、水解酸化、初期产甲烷及稳定产甲烷阶段,固相垃圾的厌氧水解酸化阶段常被视为垃圾降解的限速步骤,而这一阶段微生物的降解作用是影响垃圾稳定化进程的关键.以青岛市小涧西生活垃圾填埋场短期填埋龄垃圾为研究对象,采用MiSeq高通量测序研究了填埋龄0～1、1.0～1.5、1.5～2 a垃圾堆体内微生物的群落结构多样性及种群分布特征.结果表明,0～1 a填埋龄垃圾微生物多样性高于1.0～1.5 a和1.5～2 a垃圾堆体,且微生物多样性整体上随填埋深度呈降低趋势.参与垃圾降解细菌多样性比真菌更丰富,而真菌多样性随填埋区域、填埋龄的不同呈现更显著的差异.参与短期填埋龄垃圾降解的细菌中,Firmicutes在填埋层上层为优势菌门,最大比例达到65%,Proteobacteria在填埋层中下层为优势菌门,最大比例达到88%.填埋上层细菌菌属以Defluviitoga、Aerococcus、Clostridium III和Proteiniphilum为主,而在中下层以Thiopseudomonas、Sporosarcina和Eionea为主.真菌主要包括3个菌门,Ascomycota在各点位均为最优势菌门,属水平上Kernia及Aspergillus作为常见的腐生菌属,在不同点位均有较高的丰度.冗余分析表明短期填埋龄垃圾堆体内微生物不同时空分布存在显著差异性,且细菌群落结构的变化受pH值影响较大,而真菌群落结构的变化与垃圾有机质密切相关.     

湿地植物-沉积物微生物燃料电池阳极微生物群落多样性研究

阳极微生物种类及群落结构都会对微生物燃料电池的产电及底泥修复效果产生显著影响,因此,对微生物燃料电池阳极微生物群落多样性进行研究分析显得尤为重要.本研究利用风车草(Clinopodium Urticifolium)或短叶茳芏(Cyperus Malaccensis)两种植物结合受污染河涌底泥构建了湿地植物-沉积物微生物燃料电池(P-SMFC),同时构建无植物的沉积物微生物燃料电池(SMFC)作为对照,共3个电极处理组,每组3个平行.系统运行7个月后,分析其产电特性,并利用高通量测序对3个电极处理组生物膜微生物群落多样性进行分析,以探讨P-SMFC产电特性、阳极生物膜群落多样性及不同处理组之间群落结构的差异.结果表明,3个处理组中微生物群落结构存在明显差异,风车草和短叶茳芏两种植物的引入均会对微生物燃料电池系统中的细菌及古菌群落结构产生影响.植物的存在一方面有助于阳极生物膜各类细菌及古菌的生长,另一方面植物也有助于产电系统中阳极生物膜细菌及古菌群落多样性的增加,且风车草相比短叶茳芏而言,更能增加系统的古菌群落的多样性.在细菌群落分析中,3个处理组中都以变形菌门Proteobacteria为优势菌群,其次为绿弯菌门Chloroflexi,在所有菌属中以土杆菌属Geobacter的相对丰度最高,分别为PSM1处理组11.50%、SM处理组14.33%、PSM2处理组8.53%,为其优势菌属,但P-SMFC中该菌属的丰度相对较低.在古菌群落分析中,3个处理组中都以广古菌门Euryarchaeota的相对丰度最高,分别为PSM1处理组79.83%、SM处理组80.20%、PSM2处理组81.67%,成为优势菌门,其中以甲烷八叠球菌目Methanosarcinales的Methanosaeta属、甲烷杆菌目Methanobacteriales的Candidatus Methanoregula属的相对丰度最高,为其优势菌属.且Methanosaeta的相对丰度分别达到PSM1处理组21.43%、SM处理组25.00%、PSM2处理组23.16%,P-SMFC处理组的丰度相对较低;Candidatus Methanoregula的相对丰度分别为PSM1处理组13.05%、SM处理组11.73%、PSM2处理组16.02%,P-SMFC处理组的丰度相对较高.     

处理垃圾渗滤液的SBR中微生物种群与污泥比阻

为了研究活性污泥法处理垃圾渗滤液时污泥过滤性能与微生物种群的关系,采用两组运行参数相同的SBR反应器对某垃圾焚烧发电厂的垃圾渗滤液进行处理,一组置于太阳光照下(SBR1),另一组置于室内黑暗处(SBR2).在运行过程中发现SBR1在第30~50 d出现了轮虫等捕食性后生动物,污泥比阻在第35 d出现下降;而SBR2在第40 d发生了丝状膨胀,污泥比阻一直上升.为了研究两组反应器中微生物种群的差异,取两反应器运行至第50 d的活性污泥进行高通量测序发现:SBR1真菌中Rozellomycota为优势菌门,相对丰度为83.71%.SBR2真菌中Basidiomycota和Trichosporon为优势菌门和菌属,相对丰度分别为99.84%和99.78%.SBR1中细菌丰度较SBR2高,Thauera是SBR1中主要细菌菌属,其相对丰度为39.35%;Planktosalinus、Thauera和Ottowia为SBR2中优势细菌菌属,其相对丰度分别为16.84%、16.23%和12.55%.SBR2中主要真菌和细菌菌属类型和丰度均与SBR1存在差异,可见活性污泥中的微生物种群结构是影响污泥过滤性能的主要因素,同时太阳光照会影响活性污泥反应器中的微生物种群结构.     

补给水质与社会活动对白洋淀湿地微生物的影响特征

为了阐明白洋淀湿地补水水质与社会活动对湿地生物群落的影响,研究了淀区不同区域水体中细菌、真菌和古菌群落的变化特征.分别在淀区入口的府河（NBB）、人类社会活动频繁旅游区域（NBD）和居民生活养殖区域（NBX）以及村庄稀疏区域（NBN）采集样品,对样品的理化特征及生物群落进行研究.结果表明,在NBB水体中有机污染物COD浓度为12.35 mg·L^-1,总氮浓度为10.12 mg·L^-1,污染物浓度较高;NBD和NBX水体中污染物比NBB少.NBN水质较好,其COD和总氮浓度分别为6.9 mg·L^-1和1.82 mg·L^-1.NBB细菌种类较多,多样性指数为5.86,NBN最少为4.78.所有样品中优势细菌菌群均为变形菌门,该菌门在NBN样品中占细菌群落总数的68.8%.真菌在NBB中多样性指数仅为2.14,NBN真菌种类较多,多样性指数为3.23,在NBD和NBN出现壶菌门,分别占真菌总数的5.4%和9.8%,该菌群是难降解有机碳的主要分解者.在NBN中古菌多样性偏低,所有样品中泉古菌门（Crenarchaeota）为优势门类,在NBB、NBD、NBX和NBN样品中所占比例分别39.0%、51.9%、47.3%和30.1%,其次为盐杆菌门（Halobacterota）.白洋淀湿地水体富营养化及微生物群落变化的主要因素是外源污染与内源污染共同作用结果,外源污染与内源污染使水体中有机物与氮磷含量增加,微生物群落结构发生了明显改变.     

严寒地区垃圾焚烧发电厂发酵菌群温度响应特性

针对严寒地区冬季生活垃圾发酵过程中细菌群落演替设计实验，探究发酵过程中不同温度下(0,10,15,20,30,40℃)的有机物含量变化及细菌温度响应特性。研究表明：在0～40℃内发酵前3 d渗滤液中有机物含量变化均呈先下降再上升的变化趋势，温度越高，渗滤液中有机物在第3天的COD值也越高，且3～6 d下降幅度增大，而后6～10 d内的回升幅度也增大。通过微生物测序发现，最优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes),其相对丰度为64.41%～99.74%,最优势菌属为乳杆菌属(Lactobacillus),其相对丰度为13.18%～96.95%。在0℃发酵温度下，乳杆菌属(Lactobacillus)相对丰度占比下降迅速，魏斯氏菌属(Weissella)成为最优势菌属；在其他温度下，乳杆菌属(Lactobacillus)相对丰度占比均超过68.92%。结果表明：垃圾样品中细菌种类及数量受发酵温度影响显著，在15℃以上的发酵温度下，乳杆菌属(Lactobacillus)的数量均出现上升趋势，30℃发酵温度下增长幅度最大。乳杆菌属数量的增加对有机物的降解作用也增强，并对其他菌属有明显的抑制作...     

红壤区退化林地表土真菌群落结构对土壤改良措施的响应

真菌群落结构和多样性对于土壤改良效果具有高敏感性.研究南方红壤区侵蚀退化林表土真菌群落对有机肥、生物炭和石灰+微生物肥的响应,以明晰不同改土措施的作用.结果表明：(1)3种土壤改良措施均降低了表土真菌丰富度,其中石灰+微生物肥降低作用最大,3种土壤改良措施对表土真菌多样性也有影响,但影响不显著;(2)表土中优势真菌门为子囊菌门(Ascomycota, 31.29%～46.55%)、担子菌门(Basidiomycota, 30.07%～70.71%),优势真菌属为阿太菌属(Amphinema)和单形古根菌属(Archaeorhizomyces),3种土壤改良措施对表土真菌群落结构的影响不同,有机肥提高了子囊菌门和单形古根菌属的相对丰度,生物炭提高了担子菌门和阿太菌属的相对丰度,而石灰+微生物肥则提高了担子菌门和单形古根菌属的相对丰度;(3)土壤pH是影响表土真菌丰富度的关键因子,而表土真菌群落结构则受pH、全氮和有机碳的影响.研究结果为南方红壤区侵蚀退化林地土壤改良,林下植被生态恢复提供科学指导.     

矿化垃圾生物反应器中的细菌多样性分析

为探究准好氧生物矿化垃圾床处理渗滤液过程中的微生物作用机理,研究建立了16S r DNA克隆文库及PCRRFLP技术以研究矿化垃圾反应器的细菌多样性。结果表明:矿化垃圾反应器细菌具有高度多样性,反应器内有36种细菌分别属于13个纲,变形菌纲占绝对优势占70%(其中β-变形占56.5%,γ-变形菌纲占10%),拟杆菌纲、鞘氨醇菌纲,芽孢杆菌纲也具有一定优势;3%的Nitrosomonas属是渗滤液氨氮转化成亚硝酸盐氮的主要功能微生物,由于亚硝酸盐氧化菌不存在或丰度极低,因此造成反应器内亚硝酸盐积累;Thauera属(17%)和Thiobacillus denitrificans属(10%)是反应器内主要优势微生物属,是反应器内反硝化脱氮的功能微生物,由于Thauera属在好氧条件下具有反硝化特性,Thiobacillus denitrificans为严格自养反硝化菌,因此反应器脱氮主要途径为好氧反硝化、自养反硝化。     

天然高寒草地转变为混播人工草地对土壤微生物群落特征的影响

为了研究天然高寒草地转变为混播人工草地对土壤微生物群落的影响,采用高通量测序技术分析了青海省共和县的天然以及由天然转变为混播人工草地样地土壤中的微生物群落.结果表明,天然草地转变为混播人工草地后植被物种多样性和土壤有机质含量显著下降(P<0.05).在两块样地共检测到29个细菌门和11个真菌门的微生物.天然草地转变为人工草地后,土壤细菌的多样性显著升高,细菌的香农指数从9.51增加到9.89;土壤真菌的多样性降低但差异不显著.与天然草地相比,人工草地的土壤细菌与真菌群落结构、组成均发生了明显的变化,细菌群落结构与总有机质的含量、总氮含量和土壤含水量显著相关,真菌群落结构与总有机质含量和土壤含水量显著相关.线性判别分析(LEfSe)结果表明,暗黑菌门细菌(Atribacteria)和子囊菌门真菌(Ascomycota)可作为天然草地的指示微生物类群,出芽菌属细菌(Gemmata)和发菌科真菌(Trichocomaceae)可作为人工草地的指示微生物类群.利用Tax4Fun2对细菌群落功能的预测发现,天然草地向人工草地的转变影响了细菌群落对不同碳源的利用潜力.     

光合细菌强化SBR系统处理垃圾渗滤液及生物群落结构分析

从垃圾渗滤液中分离得到一株具有脱氮除磷能力的光合细菌R1,经鉴定为沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris）,将其投加到SBR系统中,研究对其强化处理垃圾渗滤液的效果,并解析反应器中的菌群构成。结果表明:添加了光合细菌的实验组SBR反应器对COD、NH₄+-N和TP去除率分别达到76.895%、65.964%和94.036%,且污泥产量明显少于对照组。高通量测序结果表明:变形菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、酸杆菌门和拟杆菌门为主要优势菌门。在Caldilineaceae、Acinetobacter、Pseudomonas等共同作用下,R1不仅能够稳定存在于活性污泥中,还能够有效改善活性污泥中微生物群落结构,提升其脱氮除磷的性能。