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生活垃圾填埋是目前国内外主要采用的生活垃圾处理方式之一。对填埋堆体微生物分布特征和群落结构进行分析,有利于获取垃圾在现场实际环境下的真实生物分布和类群组成,有利于从微生物分布与影响因素关系、群落结构和功能等角度对垃圾降解过程中微生物作用规律进行深入研究,有利于通过培养和投加优势生物类群、调节主要的影响因子加速堆体稳定化进程。 本文采用钻井的方式从北神树填埋场采集填埋2~15年、6~36m的垃圾样品,在垃圾理化性质和化学组成分析的基础上,基于分子生物学手段开展堆体微生物分布特征和群落结构研究,分析了堆体内部微生物种类、数量随深度分布变化以及群落组成,探讨微生物分布与环境因子作用关系。 结果表明堆体底层垃圾含水率高于顶层,填埋2年后堆体呈现碱性状态。垃圾可降解组分在2年时间内可基本分解并转变为其他小分子化合物,小分子化合物缓慢的降解过程是影响堆体稳定性的主要原因。填埋2~15年垃圾中总氮、总磷、总有机碳含量分别为0.71%~1.45%、0.17%~0.58%、3.92%~20.75%,溶解性底物含量为0.015%~1.29%。受垃圾异质性影响,上述组分在堆体内部的含量呈波动变化。 变性梯度凝胶电泳(DGGE)图谱显示,随垃圾填埋时间延长,堆体内部细菌分布逐渐趋于相似性和稳定性,细菌种类数增加且各类群分布更加均匀,填埋9年可以作为垃圾稳定化的时间判据。垃圾中pH、含水率、总磷、总有机碳、淀粉、纤维素、半纤维素、蛋白是影响上述细菌种类分布变化的主要环境因子。填埋2年以上垃圾堆体内部发挥主要产甲烷作用的菌群是Methanosaeta、Methanosarcina、Methanobacteriales三类,产甲烷途径主要以乙酸产甲烷和H2/CO2产甲烷为主。 堆体内部细菌数量范围为2.45×105~7.02×1010拷贝数每克垃圾,随填埋时间的延长呈递减趋势。含水率、总氮、总磷、总有机碳、溶解性底物、淀粉、半纤维素、脂肪是影响细菌数量分布的主要环境因子,其中总氮、总磷、溶解性底物具有正影响,其他因子为负影响。 产甲烷菌,Methanobacteriales、Methanosaeta在填埋堆体内部的数量分别为4.16×105~3.00×107、6.24×104~1.12×107拷贝数每克垃圾,两类菌群随垃圾填埋时间延长呈递减趋势,影响两类菌群数量分布变化的主要因子是pH、总磷、总有机碳、溶解性底物、淀粉、纤维素。Methanosarcina在填埋堆体内部的数量范围为7.75×105~4.64×108拷贝数每克垃圾,随填埋时间的延长出现先增加后减少的分布趋势,含量最高位点在填埋4~9年垃圾,约8次方数量级。Methanosarcina在堆体内部含量比Methanobacteriales、Methanosaeta约高1~2个数量级,占产甲烷菌总量的77.5%~98.4%,是堆体内部优势产甲烷菌群。pH、总氮、总磷、总有机碳、溶解性底物、纤维素、蛋白是影响该类菌群分布变化的主要环境因子。 堆体内部参与垃圾降解的主要细菌属有16个,隶属于13个科、12个目、8个纲、6个门。Firmicutes、Proteobacteria两个门在填埋各样品组以及总序列中所占比例最高,分别为47.7%、35.3%,是填埋堆体内部的优势门类。不同填埋堆体细菌群落结构分析表明,尽管填埋工艺、填埋时间及内、外部环境因素等方面存在差异性,填埋堆体内部主要菌群结构在门分类上大致是相似的。堆体与反应器内细菌、产甲烷菌群落结构比较表明,反应器内部细菌菌群结构与运行条件密切相关,反应器温度、充氧条件等因素均会影响到菌群类型和分布比例。由于填埋堆体与反应器环境的差别,立足填埋现场对微生物分布和群落结构进行研究更具有实际意义。