准好氧填埋场垃圾样品中甲烷氧化菌的群落多样性分析

生态环境学报2012，21(8)：14621467EcologyandEnvironmentalScienceshttp：／／www．jeesci．comE—mail：editor@jeesci．com准好氧填埋场垃圾样品中甲烷氧化菌的群落多样性分析张维，岳波，黄启飞，黄泽春1．长安大学杂志社，陕西西安710064；2．中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所，北京100012摘要：为了探讨准好氧垃圾填埋场中的甲烷氧化机理，本研究利用RealTime．PCR和PCR-DGGE技术对其中的甲烷氧化菌分别进行了定量分析和群落多样性分析。研究结果表明，PCR．DGGE技术可以用于垃圾样品中甲烷氧化菌的微生物多样性分析；在距导气管0、2．5、5．0、10．0和15．0m处垃圾样品中甲烷氧化菌的数量分别为1．13x10、2．22x10、2．38x10、2．20x10和5．21×10g～，呈现逐渐降低的趋势；垃圾样品中甲烷氧化菌的丰富度和香侬多样性指数依次为：0m>2．5m>5．0m=10．0m>15．0m，此外，垃圾样品中甲烷氧化菌可归为：Methylocaldum(甲基暖菌属)、Methylobacterium(甲基杆菌属)和Methylocystis(~基孢囊菌属)，且优势菌种为TypeI~J_Methylocaldum。关键词：准好氧填埋场；甲烷氧化菌；定量PCR，DGGE，多样性中图分类号：X172文献标志码：A文章编号：1674．5906(2012)08—1462．06甲烷是引起温室效应的主要根源之一，甲烷的体积分数从工业革命前的0．6～0．8gL'L增加到1992年的1．72gL·L～，增加量约为145％。如果针对减少温室气体排放没有采取相应措施，预计到2100年全球表面平均温度可能会上升0．9-3．5℃[11。水稻田、反刍动物、垃圾堆填、煤炭开采、石油与天然气工业等是人类活动中甲烷的主要释放源【2J。其中，城市生活垃圾填埋场更是重要的甲烷释放源之-(LandfillGas，LFG)[引。Et本学者花岛正孝于2O世纪60年代提出准好氧填埋技术，通过填埋场渗滤液收集管网的不满流设计且在末端与大气相通，垃圾填埋体发酵产生的温差使外界空气自然通过渗滤液收集系统和竖直井而进入垃圾填埋层，从而使填埋场表层、集水管附近、竖直井或者排气设施周围的区域处于好氧状态，而远离上述区域的填埋层中心部分则处于厌氧状态，好氧与厌氧区域之间则形成相应的兼性好氧区域，准好氧填埋场填埋层内的微生物可以通过好氧分解、厌氧分解和兼性好氧分解等多种方式降解垃圾中的有机组分。厌氧条件下，填埋垃圾中的含碳有机物主要被分解为CO2和CH4，含氮有机物则被分解为CO2和NH3；而在好氧条件下，填埋垃圾中的含碳有机物主要被分解为CO2和H2O，含氮有机物主要被分解为NO3-和N2【4j。准好氧填埋场由于在填埋体内同时存在好氧、厌氧和兼性好氧区域，填埋垃圾中的易降解有机物得到充分降解，不但可以加快填埋场的稳定化进程，减少甲烷排放，同时有效降低垃圾渗滤液中有机污染物的浓度J。基金项目：作者简介：收稿日期：准好氧填埋场与厌氧填埋场相比极大地减少了甲烷释放。根据模型估算，准好氧填埋场气体对温室效应的贡献能够减少45％[61。目前，由于能够减少甲烷排放和加速垃圾稳定化，准好氧填埋技术越来越受到重视，在填埋场构造和功能设计，有机物降解以及稳定特性和机制等方面研究人员做了很多研究。但是，关于准好氧填埋场内甲烷氧化菌群落结构的研究却未见报道。甲烷氧化菌(Methanotrophs)是一类以甲烷为唯一碳源和能源的细菌，是甲基营养细菌(MethylotrophicBacteria)的一个分支。目前，分离鉴定的甲烷氧化菌已有100多种ll，归属于l4个属【7J，在填埋场甲烷减排中扮演重要的角色。近年来，分子生物学技术已被广泛应用于各种环境样品微生物的研究中，而利用定量PCR和PCR—DGGE技术对准好氧填埋过程中甲烷氧化菌种群多样性和动态变化的研究报道尚不多见。本研究以甲烷氧化菌pmoA基因作为分子标记，利用定量PCR和PCR—DGGE技术，对距离导气管0、2．5、5．0、10．0、15．0m处具有1a填埋龄的准好氧填埋场垃圾中的甲烷氧化菌进行分析，探讨准好氧填埋结构对甲烷氧化菌数量以及群落多样性的影响，明确其在填埋场甲烷氧化方面的重要性，以期能为诠释和控制甲烷减排以及改善准好氧填埋场设计工艺提供有力的生物学证据。1材料与方法1．1样品采集固体垃圾样品取自河北省某生活垃圾准好氧填埋场，采集填埋龄为la的固体垃圾样品(图国家自然科学基金(No．50908220)；中国科学院战略性先导科技专项(No．XDA05020601)张维(1981年生)，女，博士研究生，主要从事生活垃圾填埋及污染控制技