填埋氣體脅迫下適生植物根際土壤微生物分子生態(tài)學(xué)研究.pdf

1、近年來，衛(wèi)生填埋作為城市生活垃圾廣泛應(yīng)用的最終處置方式日益暴露出局限性。衛(wèi)生填埋場封場植被恢復(fù)緩慢，惡臭和溫室氣體污染以及景觀生態(tài)破壞嚴(yán)重等問題，已成為影響我國城鎮(zhèn)生態(tài)文明建設(shè)的制約因素之一。因此，本論文針對目前垃圾填埋場植被恢復(fù)緩慢所帶來的若干問題，通過對杭州市天子嶺垃圾填埋場植被調(diào)查和篩選，獲得系列國內(nèi)外首次報(bào)道的垃圾填埋場適生植物，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一種污泥或污泥堆肥強(qiáng)化覆土肥力適生植物適配種植的垃圾填埋場植被恢復(fù)技術(shù)，通過實(shí)驗(yàn)室

2、模擬試驗(yàn)，探討了填埋氣體脅迫下適生植物白藜和高羊茅根際土壤微生物種群結(jié)構(gòu)多樣性及功能變化，闡明了填埋氣體脅迫下污泥及堆肥污泥覆土改良及提升適生植物根際土壤甲烷氧化微生物分子生態(tài)學(xué)機(jī)理。研究結(jié)果為垃圾填埋場植被快速恢復(fù)和溫室氣體減排提供技術(shù)與理論依據(jù)。 以杭州市天子嶺垃圾填埋場為研究對象，運(yùn)用植物分類學(xué)與植物生態(tài)學(xué)相結(jié)合的方法，調(diào)查分析了垃圾填埋場35科86種植物及其分布狀況，發(fā)現(xiàn)填埋場植被自然恢復(fù)周期較長，約需7～8年，植被主

3、要以耐干旱貧瘠，具有強(qiáng)侵占性和破壞性的草本植物為主，灌木次之，藤本植物和喬木的種類相當(dāng)稀少，演替趨勢符合廢棄地植被演替的一般趨勢。提出以人工控制天然草本植物的繁衍為基礎(chǔ)，適當(dāng)引入耐干旱貧瘠的抗性淺根系植物品種，通過強(qiáng)化填埋覆土肥力，促進(jìn)植物生長，加速垃圾填埋場封場植被恢復(fù)進(jìn)程的措施和建議。 以垃圾填埋場植被調(diào)查為依據(jù)，結(jié)合生物多樣性與景觀生態(tài)設(shè)計(jì)原則，選取喬、灌木植物20種和草本植物9種，人工篩選獲得女貞、濕地松、珊瑚樸、白藜

4、、高羊茅等11種耐性適生植物，其中珊瑚樸、黃連木、大葉櫸、紅葉石楠、紫荊和白藜為國內(nèi)外首次報(bào)道的垃圾填埋場適生植物。創(chuàng)建了以女貞、濕地松、珊瑚樸，紅葉石楠、紫荊、高羊茅和畫眉草等耐性適生植物為基礎(chǔ)的“喬木+灌木+草本”組合適配填埋場覆土植被種植方案，自主研發(fā)了一套污泥強(qiáng)化覆土填埋場植被快速恢復(fù)技術(shù)，可縮短垃圾填埋場植被恢復(fù)時(shí)間2年以上。 以垃圾填埋場適生植物白藜為試材，在實(shí)驗(yàn)室條件下，研究并探討填埋氣體脅迫下，適生植物白藜的生

5、長發(fā)育對填埋覆土甲烷氧化活性和微生物種群結(jié)構(gòu)多樣性的影響及其相互關(guān)系。研究結(jié)果表明，白藜的種植可顯著提高土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量(P<0.05)。在填埋氣體脅迫下，自白藜生長的花期(90天)，覆土可培養(yǎng)甲烷氧化菌數(shù)量和甲烷氧化活性均顯著高于未經(jīng)填埋氣體處理的對照土壤(P<0.05)。在白藜生長發(fā)育進(jìn)入果期(150天)時(shí)，填埋氣體脅迫下白藜根際土壤甲烷氧化菌數(shù)量和甲烷氧化活性最高。變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)-分子克隆的研究結(jié)果表明，

6、填埋氣體脅迫下白藜根際土壤細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)多樣性與純土、純土種植白藜和純土加填埋氣體處理土壤存在顯著性差異。甲基八疊球菌屬(Methytosarcina)是填埋氣體脅迫下白藜根際土壤優(yōu)勢甲烷氧化菌群，而甲基球菌屬(Methylococcus)、甲基孢囊菌屬(Methylocystis)、甲基彎曲菌屬(Methylosinus)則是未種植白藜的填埋覆土的主要甲烷氧化菌群。因此，填埋氣體脅迫下，白藜根際對優(yōu)勢甲烷氧化菌群具有選擇性，白藜的種植可

7、顯著提高覆土的甲烷氧化活性和細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)及多樣性。 選取垃圾填埋場適生植物高羊茅為研究對象，研究探討了填埋氣體脅迫下污泥和堆肥污泥等覆土添加劑對植物生長、光合性能、根際土壤甲烷氧化活性、根際土壤微生物種群結(jié)構(gòu)多樣性的影響及其相互關(guān)系。研究結(jié)果表明，填埋氣體脅迫下，污泥或堆肥污泥的添加，可顯著提高植物葉片葉綠素含量和光合特性，促進(jìn)植物生長。末端限制性片段長度多態(tài)性分析(T-RFLP)技術(shù)分析結(jié)果表明，填埋氣體脅迫下，污泥和堆肥污

8、泥的添加可改變適生植物高羊茅根際土壤細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)多樣性。添加污泥和污泥堆肥可顯著提高根際土壤可培養(yǎng)甲烷氧化菌數(shù)量及其甲烷氧化活性(P＜0.05)，相比之下，堆肥污泥添加效果更為明顯。PCR-DGGE-分子克隆分析表明，添加污泥和堆肥污泥可顯著提升高羊茅根際土壤甲烷氧化菌生物多樣性，并使II型甲烷氧化菌成為了其中的優(yōu)勢甲烷氧化菌。填埋氣體處理與植物種植前，填埋覆甲烷氧化菌主要以I型甲烷氧菌甲基球菌屬(Methylococcus)和甲基桿菌

9、屬(Methylobacter)微生物為優(yōu)勢。在填埋氣體脅迫下，添加堆肥污泥處理的高羊茅根際土壤甲烷氧化微生物甲基球菌屬(Methylococcus)、甲基暖菌屬(Methylocaldum)和甲基孢囊菌屬(Methylocystis)為優(yōu)勢，且Ⅰ型甲烷氧化菌的豐度比II型甲烷氧化菌更高；而添加污泥處理的高羊茅根際土壤甲烷氧化菌則以甲基暖菌屬(Methylocaldum)、甲基孢囊菌屬(Methylocystis)和甲基彎曲菌屬(Met

10、hylosinus)為優(yōu)勢，根際土壤甲烷氧化菌群種類明顯低于堆肥污泥處理，并以II型甲烷氧化菌為主。顯然，不同的填埋覆土改良劑對填埋氣體脅迫下，適生植物根際土壤甲烷氧化微生物多樣性的形成、數(shù)量及其活性的影響機(jī)制存在差異。盡管如此，添加污泥或堆肥污泥提升高羊茅根際土壤甲烷氧化活性的機(jī)理可能是由于養(yǎng)分促生，覆土孔隙度改善以及根系氧壓增加的結(jié)果；填埋氣體脅迫下，高羊茅根際土壤甲烷氧化菌群結(jié)構(gòu)多樣性差異是導(dǎo)致不同覆土改良劑作用下高羊茅根際土壤甲