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垃圾填埋场覆土层植物根围甲烷氧化活性研究

作　者: 赵长炜
导　师: 梁英梅
学　校: 北京林业大学
专　业: 环境科学
关键词: 垃圾填埋场甲烷氧化菌植物甲烷氧化速率 PCR-DGGE
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

垃圾填埋场覆土层中的甲烷氧化菌可氧化温室气体甲烷,其氧化活性受地被植物等多种因素影响。采用滚管计数法、气相色谱法以及分子生物学方法PCR-DGGE,研究了阿苏卫、桃树岗、老虎冲和赵家沟四个垃圾填埋场封场覆土层中甲烷氧化菌的数量、种类多样性以及甲烷氧化活性。研究发现在富集培养过程中甲烷氧化菌的生长繁殖经历了4个时期：调整期,指数期,稳定期以及衰亡期,在培养的第7天左右甲烷氧化菌的密度达到峰值,进入稳定期。垃圾填埋场土壤中甲烷氧化菌的数量范围在107～108 cfu·g-1干土,甲烷氧化速率在10-7～10-8 mol·h-1·g-1之间。各填埋区土样氧化甲烷速率的平均值从高到低的顺序为：阿苏卫垃圾填埋场>桃树岗垃圾填埋场第3期>老虎冲垃圾填埋场>桃树岗垃圾填埋场第2期>桃树岗垃圾填埋场第1期>赵家沟垃圾填埋场。垃圾填埋场的封场时间与甲烷氧化菌数目呈显著负相关,与甲烷氧化速率呈极显著负相关；填埋场植被覆盖率与甲烷氧化菌数量存在极显著负相关,与氧化速率呈显著负相关；覆土层土壤含水率与甲烷氧化速率等具有一定的负相关；本试验结果显示覆土的pH、有机质与铵态氮等指标与甲烷氧化菌数目、甲烷氧化速率均无显著相关性,夏季较春季更有利于甲烷氧化菌的繁殖及氧化甲烷,但季节性差异并不大,年度差异对甲烷氧化菌的影响也较小。甲烷氧化菌数量和甲烷氧化速率呈显著正相关,但二者在数值上并不构成明显的正比例关系,说明甲烷氧化菌的数量并非影响土壤甲烷氧化活性的唯一决定因素。同一个填埋场各土样之间无论是Ⅰ型还是Ⅱ型甲烷氧化菌,都具有较高的相似性,相似度基本都在60%以上。填埋场覆土层植物根围土样中甲烷氧化菌条带的数量和亮度明显多于无植物区域的空白对照土样,并且植物的根围覆土中甲烷氧化菌群落的多样性总体上大于无植物生长区域土壤。不同植物之间根围土壤中甲烷氧化菌的多样性指数差异不明显。Ⅰ型、Ⅱ型甲烷氧化菌的多样性指数与丰度均存在正相关性,甲烷氧化菌种类的丰度影响了其多样性,但甲烷氧化菌种类的丰度并不能决定其多样性,二者的相关性并不显著。甲烷氧化菌的多样性与其甲烷氧化速率具有一定的正相关性,但二者并不成线性的正比例关系,这说明了多样性指数并非影响甲烷氧化速率的唯一因素,甲烷的氧化也与环境条件等其它因素相关。植物可促进甲烷氧化菌的数量、多样性及甲烷氧化活性的提高,打碗花、小飞蓬、刺儿菜和鸡眼草等植物对甲烷氧化菌的促进作用更加明显,建议将其作为填埋场封场后的先锋植物种植。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-16
  1.1 研究的意义和目的  9
  1.2 国内外研究进展  9-14
    1.2.1 大气中甲烷的源和汇  9-10
    1.2.2 甲烷氧化菌的性质及分类  10-11
    1.2.3 甲烷氧化菌氧化甲烷的研究  11-12
    1.2.4 甲烷氧化菌氧化甲烷的主要影响因素  12-14
    1.2.5 甲炕氧化菌的研究方法  14
  1.3 仪器和设备  14-15
  1.4 实验内容与技术路线  15-16
2 材料与方法  16-28
  2.1 材料  16-23
    2.1.1 采样时间与地点  16
    2.1.2 采样地概况  16-19
    2.1.3 样品的采集与处理  19-23
  2.2 方法  23-28
    2.2.1 土样主要性质的测定  23
    2.2.2 甲烷氧化菌选择性培养基的制备  23
    2.2.3 甲烷氧化菌的富集分离培养  23-24
    2.2.4 甲烷氧化菌的计数培养  24
    2.2.5 甲烷氧化活性的测定  24
    2.2.6 PCR-DGGE方法对垃圾填埋场覆土层中甲烷氧化菌的研究  24-28
3 研究结果  28-55
  3.1 土样的主要性质  28
  3.2 甲烷氧化菌富集分离培养观测结果  28-29
  3.3 甲烷氧化菌在培养过程中的生长曲线  29-31
  3.4 甲炕氧化菌对甲烷的降解曲线  31-32
  3.5 甲烷氧化菌数量及甲烷氧化速率  32-39
    3.5.1 阿苏卫填埋场各土样中甲炕氧化菌数量及甲烷氧化速率  32-33
    3.5.2 桃树岗填埋场各土样中甲烷氧化菌数量及甲烷氧化速率  33-37
    3.5.3 老虎冲和赵家沟填埋场各土样甲烷氧化菌数量及甲烷氧化速率  37-39
  3.6 PCR-DGGE试验结果  39-55
    3.6.1 土样总DNA提取和甲烷氧化菌PCR扩增  39-40
    3.6.2 阿苏卫填埋场土样DGGE分析  40-43
    3.6.3 桃树岗填埋场土样DGGE分析  43-48
    3.6.4 老虎冲填埋场土样DGGE分析  48-51
    3.6.5 赵家沟填埋场土样DGGE分析  51-55
4 甲烷氧化菌与各影响因素间的相关性分析  55-63
  4.1 植被覆盖率及土壤因素与甲烷氧化菌数量及氧化速率的相关性分析  55-56
  4.2 植被对甲烷氧化菌的影响  56
  4.3 采样季节差异对甲烷氧化菌的影响  56-57
  4.4 采样年度差异对甲烷氧化菌的影响  57-58
  4.5 垃圾填埋场封场时间对甲烷氧化菌的影响  58-60
  4.6 甲烷氧化菌数量及氧化速率的相关性分析  60
  4.7 植物根围土样与空白对照土样中甲烷氧化菌群落结构对比  60-61
  4.8 不同植物根系土样Ⅰ型、Ⅱ型甲烷氧化菌多样性对比  61
  4.9 甲烷氧化菌的丰度与多样性指数的关系  61-62
  4.10 甲烷氧化菌多样性指数与甲烷氧化速率之间的关系  62-63
5 结论  63-64
参考文献  64-68
个人简介  68-69
导师简介  69-70
致谢  70

垃圾填埋场覆土层植物根围甲烷氧化活性研究

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