垃圾填埋场覆盖材料的甲烷氧化能力与甲烷氧化菌定量分析

分别采用厌氧瓶培养方法和荧光定量PCR技术定量测试了6种典型填埋场覆盖材料的甲烷氧化能力和甲烷氧化菌数量,并分析了典型覆盖材料甲烷氧化能力与甲烷氧化菌含量及物料特性的相关关系。结果表明:厌氧填埋陈腐垃圾、准好氧填埋陈腐垃圾和老覆土的甲烷氧化速率约高于粪便堆肥和垃圾堆肥1个数量级,约高于新覆土2个数量级;厌氧和准好氧填埋陈腐垃圾的甲烷氧化菌含量约高于老覆土和粪便堆肥1个数量级,约高于垃圾堆肥和新覆土2个数量级。覆盖材料的甲烷氧化菌数、甲烷氧化速率与物料填埋或驯化时间呈极显著正相关(p<0.01);甲烷氧化菌数与覆盖材料的甲烷氧化速率、含水率、总氮呈显著性正相关(p<0.05);覆盖材料的甲烷氧化速率与其理化性质之间无明显相关性,而是与覆盖材料本身的甲烷氧化菌含量显著相关。     

垃圾填埋场覆盖黄土的甲烷氧化能力及其影响因素研究

利用西安江村沟填埋场不同覆盖时间的临时覆盖黄土和新鲜黄土掺堆肥配置的土样,开展了甲烷氧化培养瓶试验,培养历时最长达22d,研究了不同覆盖时间的覆盖黄土和不同堆肥掺量的新鲜黄土的甲烷氧化能力,以及含水量对覆盖黄土甲烷氧化能力的影响,分析了甲烷氧化过程中各组分气体体积变化关系.研究结果表明:不同覆盖时间的覆盖黄土的甲烷氧化能力相差很大,覆盖3~5年的黄土最大甲烷氧化能力达26.05~53.95μg CH4/(g×h), 而未覆盖的新鲜黄土几乎没有甲烷氧化能力.在新鲜黄土中掺入堆肥,能有效提高其甲烷氧化能力,且在堆肥掺量小于50%时,土样的最大甲烷氧化能力与堆肥掺量呈正比例关系.含水量对覆盖土的甲烷氧化能力有很大影响,黄土甲烷氧化的最适宜含水量约为20% ~ 30%.在甲烷氧化过程中,甲烷氧化菌将CH4中约44%的碳氧化为CO2,其余碳转化为甲烷氧化菌胞内物质.实际工程中进行覆盖层设计时,需要根据填埋场实际产气量和覆盖层导气性确定与甲烷通量相匹配的甲烷氧化速率,进而合理确定堆肥掺量.     

覆盖层甲烷氧化动力学和甲烷氧化菌群落结构

基于实际填埋场覆盖土建立了可实时在线监测生物气的模拟覆盖层系统,连续监测了不同垂直梯度生物气浓度变化.甲烷通量不变时,覆盖层内不同梯度生物气浓度基本保持不变,系统持续稳定运行,甲烷通量变化后2~3 h生物气可再次持续稳定.考察了覆盖层甲烷氧化特性与甲烷通量的关系,深度大于20 cm,氧气浓度随甲烷通量的增大呈减小趋势,表层氧气浓度与甲烷通量无相关性,不同梯度的甲烷氧化速率与甲烷通量呈正相关(R2变化范围0.851~0.999).为避免覆盖土脱离系统环境造成的误差,以动态连续监测结果为基础,利用双基质Michaelis-Menten方程拟合了覆盖层甲烷氧化动力学(R2范围为0.902~0.955),得到覆盖土半饱和常数Km为0.157~0.729,Km随深度的增加而增大.利用高通量测序技术分析了原始覆盖土和经模拟覆盖层运行后的甲烷氧化菌群落结构,运行后甲烷氧化菌OUT数量显著增多,优势菌群为Ⅰ型菌的Methylobacter和Methylophilaceae及Ⅱ型菌Methylocystis.     

垃圾填埋场甲烷释放及氧化技术研究进展

温室气体的大量释放导致全球温室效应日趋加剧。垃圾填埋场作为人类活动最大的甲烷（CH₄）释放源,其甲烷排放和控制技术的基础研究对缓解温室效应意义重大。从甲烷氧化研究进展、垃圾处理现状和垃圾填埋场甲烷释放影响因素等方面对国内外研究进展进行综述。甲烷好氧氧化已经形成了完整的研究体系,而硫酸盐还原型(SAMO)及反硝化型甲烷厌氧氧化(DAMO)原理亟待研究。垃圾填埋场甲烷的产生受垃圾组分、含水率、温度以及pH等因素影响。控制影响因素,综合利用经济可行的减排策略是今后研究的主要方向。     

填埋场甲烷氧化传输与释放预测模型研究进展

基于目前填埋场甲烷氧化与释放过程的影响因素研究,综合评述了填埋场甲烷氧化、传输与释放模型的研究进展,分析了导致填埋场甲烷释放预测模型准确性、可靠性差的主要原因;通过系统分析植被对填埋场甲烷传输与氧化过程的影响规律,揭示了植被传输机制在提高填埋场甲烷预测模型准确性方面的重要作用.     

填埋场终场覆盖层甲烷氧化行为实验室模拟研究

利用和强化填埋场终场覆盖层土壤的甲烷氧化能力是控制填埋场温室气体排放的一种经济和有效的手段.以杭州天子岭填埋场终场覆土为研究对象,采用柱实验方法对填埋场终场覆盖层的甲烷氧化行为进行模拟研究.实验结果表明,模拟柱整体甲烷氧化速率由实验初始的3.33 mol·m-2·d-1增至8.33mol·m-2·d-1,表征了甲烷氧化菌群的生长与增殖;覆土层氧气的空间分布与其中的甲烷氧化活动有显著的交互影响,甲烷氧化活动在10～20 cm深度最为强烈;整个实验过程中,甲烷氧化后转化为二氧化碳的比例为51%,其余的碳被微生物所固定.     

垃圾填埋场覆土层Ⅱ型甲烷氧化菌的群落结构

采用基于16S rDNA 的变性凝胶梯度电泳(DGGE)技术研究了生活垃圾卫生填埋场和生物反应器填埋场覆土中Ⅱ型甲烷氧化菌群落结构,比较了不同填埋操作方式对Ⅱ型甲烷氧化菌的影响.结果表明,覆土铺有HDPE 膜、无填埋气体渗入的填埋覆土中未发现Ⅱ型甲烷氧化菌;而有填埋气体渗入时,进行渗滤液亚表面灌溉的生物反应器填埋场,无论是否同时进行层内回灌,其覆土中均检测到甲烷孢囊菌(Methylocystis).卫生填埋场填埋龄长达5a 的填埋覆土中发现了甲基弯菌(Methylosinus),填埋龄较低的填埋场覆土中未发现II 型甲烷氧化菌.渗滤液亚表面灌溉及长时间填埋气体驯化能促进Ⅱ型甲烷氧化菌的生长.有机质等营养物质丰富而NH4+-N浓度较低的填埋覆土有利于Ⅱ型甲烷氧化菌的生长.     

填埋场覆盖材料的甲烷氧化能力及其影响因素研究

通过室内模拟试验比较了填埋场典型覆盖材料的CH4氧化特性,并进一步分析了温度、含水率和接种措施等对覆盖材料CH4氧化性能的影响.结果表明,覆盖材料的CH4氧化能力依次为陈腐垃圾＞老覆土＞堆肥＞新覆土;含水率对物料CH4氧化速率的影响较大,且影响程度与物料的物理特性有关,最佳含水率在25%左右;覆盖材料的CH4氧化能力随...     

硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群驯化及其群落特征

甲烷的温室效应是二氧化碳的26倍,高浓度硫酸盐废水对水体、土壤和植物均有危害.硫酸盐为氧化剂的甲烷厌氧氧化是减少甲烷的主要途径之一.本研究以硫酸盐作为电子受体,驯化培养硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群,采用PCR-DGGE技术分析细菌和古菌菌群多样性和群落结构特征,并对其中的优势菌进行系统发育分析.DGGE指纹图谱结果表明,硫酸盐的加入使微生物群落结构和优势种群数量发生了明显的改变,其增强了甲烷氧化古菌和硫酸盐还原细菌的丰度,加入硫酸盐驯化的菌群,其细菌群落多样性增加而古菌群落多样性略微减少.典型条带测序结果显示,驯化后菌群的优势菌种主要包括螺旋体门(Spirochaetes),除硫单胞菌目(Desulfuromonadales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)和甲烷丝状菌属(Methanosaeta)等.驯化菌群的甲烷厌氧氧化研究结果显示,甲烷厌氧氧化的同时伴随硫酸盐的还原,甲烷的氧化产物为二氧化碳,硫酸盐的转化产物为硫化氢和硫单质.     

典型生活垃圾填埋场覆盖土微生物群落分析

采用第二代高通量测序技术Illumina MiSeq对典型生活垃圾填埋场覆盖土样(山东莱芜,SD;广东深圳,GD;上海老港,SH;重庆长生桥,CQ)进行16S rDNA V3~V4区高通量测序,并分析了Alpha多样性、物种组成和丰度、菌群结构及环境因子对群落结构的影响.结果表明:取自垃圾填埋场GD土样的物种种类多于其他土样,GD、SD、SH、CQ土样的Shannon指数分别为5.52±0.026、4.76±0.030、4.89±0.037、3.43±0.027;所有覆盖土样的优势菌为Alphaproteobacteria(α-变形杆菌纲)和Betaproteobacteria(β-变形杆菌纲),所占比例范围分别为12.67%~25.54%,14.35%~18.88%;SD、GD和SH三种覆盖土样的优势菌为Sphingomonas(鞘氨醇单胞菌属),分别占7.25%、10.67%、11.30%; Deltaproteobacteria(德耳塔变形杆菌纲)和Gammaproteobacteria(γ-变形菌杆纲)的相对丰度分别与TN(r=1.00,P<0.001)和TP(r=1.00,P<0.001)呈正相关关系,且结合RDA图,TN、TP和OM含量可能是SD土样区别于其他土样群落组成的主要因素.     

有机无机缓释复合肥对不同土壤微生物群落结构的影响

缓控释肥料作为一类新型肥料已成为近年来的研究热点,但对土壤微生物群落多样性影响规律的研究甚少.研究采用磷脂脂肪酸法分析缓释复合肥(SRF)、化肥(CF)和普通复合肥(CCF)分别施入酸性土和微碱性土恒温培养10、30、60和90d后的微生物群落结构多样性.结果表明,缓释复合肥等肥料施入2种土壤恒温培养(10~90 d)后检测到多种细菌(13:0,i14:0,14:0,i15:0,a15:0,i16:0,16:12OH,16:1w5c,16:0,i17:0,a17:0,cy17:0,17:02OH,i18:0,18:0,cy19:0w8c),2种放线菌(10Me17:0和10Me18:0)和1种真菌(18:1w9c).SRF在酸性土壤培养前期(10 d和30 d)较CF显著增加真菌PLFA含量8.3%和6.8%,在培养后期(60 d和90 d)较CCF显著增加真菌PLFA含量22.7%和17.1%;SRF较CF和CCF显著增加微碱性土壤在整个恒温培养期(30 d除外)土壤细菌、真菌和革兰氏阳性菌PLFA含量.酸性土壤培养30 d和90 d时一般饱和脂肪酸/单烯不饱和脂肪酸PLFA值以SRF显著高于不施肥(CK)、CF和CCF,而在微碱性土壤上SRF仅在恒温培养60d时显著高于CK、CF和CCF;SRF较CCF显著降低酸性土壤(30~90 d)和微碱性土壤(10~60 d)异构PLFA/反异构PLFA值.从2种土壤PLFA种类、含量以及相对丰度等可知缓释复合肥较化肥和普通复合肥提高了土壤微生物PLFA种类和含量以及减弱对微生物生存环境的胁迫,缓释复合肥在2种土壤中尤其对酸性土的作用明显.通过研究缓释复合肥对土壤微生物群落结构多样性的影响,以期为农业生产上广泛施用缓释复合肥提供科学依据.     

戴云山南坡不同海拔森林土壤微生物群落结构特征和影响因素

土壤微生物作为森林生态系统主要驱动力,是影响生态系统物质循环和养分转化的重要因素.探讨不同海拔和季节森林土壤微生物群落的分布规律,对理解土壤生态过程和预测土壤生态系统功能具有重要研究意义.以戴云山南坡不同海拔森林土壤(海拔900～1 500 m)为研究对象,探讨夏季和冬季不同海拔土壤微生物群落结构和功能多样性,揭示驱动土壤微生物群落变化的主要因素.结果表明：(1)夏季土壤微生物群落中革兰氏阳性菌含量最高,冬季土壤真菌含量最高,海拔1 200 m处土壤总磷脂脂肪酸含量均高于其它海拔.随海拔升高,冬季土壤微生物群落中土壤真菌群比细菌群占据更大优势.(2)冗余分析表明,夏季7个海拔土壤微生物群落磷脂脂肪酸(PLFA)含量主要受环境因子和地形因子共同作用,累计解释量达56.72%;冬季土壤微生物群落磷脂脂肪酸含量主要受环境因子驱动,单独解释量达52.23%,环境因子和地形因子累计解释量为55.37%.(3)土壤全碳含量、土壤pH和多酚氧化酶是驱动夏季土壤微生物群落变化的主要因子;土壤有效磷、全钾、全碳含量和土壤pH是驱动冬季土壤微生物群落变化的主要因子.     

施肥与季节更替对黑土微生物群落的影响

研究不同施肥处理与季节更替条件下黑土微生物群落结构与活力,揭示影响黑土肥力质量的重要因素.以未施肥耕作（CK）与休闲（fallow）处理为对照,研究不同季节有机肥（MCK）处理与氮磷钾肥配施（NPK）处理对土壤微生物群落数量与结构影响,测定微生物量碳（氮）（C_mic或N_mic）及不同菌群磷脂脂肪酸（PLFA）含量.结果表明,有机肥处理显著提高土壤养分、C_mic及各菌群PLFA含量;休闲处理真菌PLFA（均值8.40 nmol·g^-1）、C_mic（均值322.5 mg·kg^-1）和N_mic（均值57.9 mg·kg^-1）等含量显著高于CK（分别为5.4 nmol·g^-1、 152.6 mg·kg^-1、 32.1 mg·kg^-1）或NPK（分别为3.5 nmol·g^-1、 144.3 mg·kg^-1 、30.7 mg·kg^-1）处理;NPK处理C_mic、N_mic及各菌群PLFA低于CK处理.相关分析表明,土壤各养分含量与C_mic、各菌群PLFA含量、G^-/总细菌显著正相关,与G⁺/G^-显著负相关（p<0.05）.PLFA的主成分分析表明,各季节不同施肥处理微生物群落结构显著不同.土壤基本理化性质显著受季节更替影响,耕作土壤与休闲处理微生物群落结构各自严格依取样时间而变化;C_mic于仲春最高（295.6 mg·kg^-1）,而N_mic（49.3 mg·kg^-1）与各菌群PLFA含量则在夏季最高,C_mic（184.2 mg·kg^-1）、N_mic（30.63 mg·kg^-1）与各菌群PLFA含量在春季较低.施肥与季节更替显著影响农田黑土肥力质量及微生物群落结构、活力.     

甲烷厌氧氧化协同硝酸盐还原菌群驯化及其群落特征

伴随硝酸盐还原的甲烷厌氧氧化是协同减少环境中硝酸盐及甲烷的有效途径.利用实验室废水处理厌氧污泥、污水处理厂厌氧污泥和填埋场覆土驯化富集硝酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群.考察菌群的甲烷氧化效果,结果发现接种污水处理厂厌氧污泥体系甲烷转化量最大,为0.05 mg·d-1.微生物群落结构分析显示,该体系中甲烷微菌和甲烷八叠球菌是甲烷氧化菌,假单胞菌、梭状芽胞杆菌和热单胞菌参与了硝酸盐的还原反应.硝酸盐的量影响甲烷的转化率及菌群结构.当硝酸盐浓度为200 mg·L-1时,体系中的硝酸盐还原菌为假单胞菌和梭状芽胞杆菌;浓度增加至500 mg·L-1时,硝酸盐还原菌则是假单胞菌和热单胞菌.同时,甲烷转化率增加34.7%.研究结果为该菌群应用于含甲烷废气与含硝酸盐废水的协同处理提供科学依据.     

水稻种植对黑土微生物生物量和碳源代谢功能的影响

采用磷脂脂肪酸方法和Biolog-ECO微平板检测法,以吉林省长春市双阳区农业技术推广站实验区的土壤为对象,研究了水稻种植对黑土微生物生态结构和功能的影响.结果表明空地中有机质含量最高,其次为田间土,根际土中有机质含量最低;在夏季的样品中有机质含量最高,土壤中全氮的变化趋势与土壤有机质比较相似.土壤微生物群落功能多样性指数则表现为夏季显著高于秋季和春季,春、秋两季差异不明显,冬季最低,空地中微生物群落的Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数高于田间和根际.全部样品微生物生长步入稳定期时间和碳源的颜色平均变化率变化范围不同,时间分别为216、192、216、120 h,范围分别为0.52~0.84、0.82~1.28、0.40~0.84、0.05~0.48,表明春秋季微生物步入稳定期和对碳源的代谢量比较相似,夏季最大,冬季最小.研究结果为科学评价典型水稻种植黑土区土壤生境质量退化与恢复过程中微生物特征的变化提供参考.     

雄黄矿区不同砷污染土壤中微生物群落结构及碳源利用特征

土壤砷污染是我国乃至世界范围内比较严重的环境问题.有关砷污染的生态毒理效应有很多研究,但对砷污染土壤中微生物群落的关注相对较少.本文以我国湖南省石门县雄黄矿地区长期砷污染土壤为例,采用PLFA及BIOLOG微平板技术考察了7个砷(As)污染程度不同的样点以及一个对照样点土壤微生物群落结构及碳源利用特征.结果发现,雄黄矿区存在多种重金属复合污染,除As含量较高以外,镉(Cd)和镍(Ni)的含量也超过了国家土壤环境质量三级标准.雄黄矿区土壤微生物的群落结构受到土壤有机碳(SOC)、有效磷(AP)、p H以及镁(Mg)、Cd、铁(Fe)、铜(Cu)含量的显著影响.各样点土壤微生物群落均以细菌为主,占微生物总量的71.54%~80.66%,真菌次之,放线菌最少.雄黄矿区土壤中的有效砷对微生物造成了较严重的胁迫.严重砷污染降低了微生物对于碳源利用的多样性以及均匀度.各样点微生物对于碳源的利用也表现出明显的差异.31种碳源中微生物利用较多的只有7类,分别属于糖类、胺类、羧酸类与多聚物,并且以糖类为主.     

纳米零价铁(NZVI)对厌氧产甲烷活性、污泥特性和微生物群落结构的影响

重点比较了纳米零价铁(NZVI)和微米级铁(ZVI)短期暴露条件下,厌氧产甲烷过程中污泥产甲烷活性、污泥生理生化特征、细胞膜磷脂组成和微生物群落结构的变化.结果表明,NZVI组中累积产甲烷量随着NZVI投加浓度的增加降低.5 000mg·L~(-1)ZVI组累积产甲烷量未受影响.5 d时NZVI(100~5 000 mg·L~(-1))组铁离子浓度是空白组的1.6~7.4倍,5 000mg·L~(-1)ZVI组铁离子浓度略高于空白组.5 000 mg·L~(-1)NZVI组胞外聚合物总量大幅下降为空白组的21.1%,而活菌比仍可保持在空白组的79.7%.辅酶F420和辅酶M含量在5 000 mg·L~(-1)NZVI组中为空白组的40.2%和61.6%,但100 mg·L~(-1)NZVI组和5 000 mg·L~(-1)ZVI组中辅酶F420含量升高为空白组的1.3倍.不同实验组污泥支链脂肪酸和不饱和脂肪酸的总含量为:ZVI-5 000(21.18%)空白组(19.37%)NZVI-1000(16.69%)NZVI-5000(15.94%)NZVI-100(12.08%).NZVI可使环境中铁离子浓度升高和细胞膜流动性下降,降低细胞活性和产甲烷关键辅酶活性,从而对产甲烷过程造成抑制;主成分分析和冗余分析表明,厌氧系统中微生物群落组成可受到NZVI的影响发生较大变化,Nakamurella、Bacillus、Trichococcus和Petrimonas对NZVI耐受性高.     

阿维菌素杀虫剂对甘蓝叶际微生物群落结构的影响

植物的叶际存在各种类型微生物包括不同种类的细菌、丝状真菌、酵母、藻类等,它们发挥着重要的生态功能.本研究首次利用磷脂脂肪酸分析（PLFA）和末端限制性片断长度多态性分析（T-RFLP）2种非培养方法评价2种不同剂量的阿维菌素杀虫剂喷施甘蓝后对叶际微生物群落的影响.结果表明,低剂量阿维菌素农药处理对甘蓝叶际微生物的生物量和群落结构影响不显著,而高剂量阿维菌素杀虫剂处理明显地改变了甘蓝叶际微生物的群落结构和组成,减少了总叶际微生物生物量、细菌生物量和革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌特征磷脂脂肪酸之间的比值,而真菌生物量变化不大.PLFA分析结果表明经高剂量阿维菌素农药处理后增加了不饱和脂肪酸16:1ω9t、 18:1ω7和环丙烷脂肪酸cy17:0、 cy19:0的含量,而减少了饱和脂肪酸i15:0、 a15:0、 i16:0 和 a17:0的含量.T-RFLP分析结果表明经高剂量阿维菌素农药处理后出现一些新的酶切片段（如58、 96、 236和420 bp）,这些片段所属的微生物对甘蓝叶片上阿维菌素的降解可能发挥重要的作用;而一些酶切片段消失（如51、 89、 99、 338、 66、 223和482 bp）,这些片段所属的微生物可能对阿维菌素类农药残留的指示具有重要意义.