填埋場好氧修復(fù)過程中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能的變化趨勢研究＊

蔡伽怡，席 爽，王思淇，姜 旺，汪 佳，陳朱琦

（1.華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

1 引言

我國早期生活垃圾主要以簡易堆放的方式進(jìn)行處理，沒有滲濾液、填埋氣收集處理等無害化污染防控措施。隨著對環(huán)境質(zhì)量重視程度的不斷提高，逐漸由此前的簡易堆放方式轉(zhuǎn)變?yōu)樾l(wèi)生填埋方式［1］。自CJJ 17—1988 城市生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)頒布起，生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)經(jīng)過40 a 的發(fā)展日漸趨于完善。但衛(wèi)生填埋技術(shù)逐漸完善的同時(shí)，早年啟用的不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的老舊垃圾填埋場逐漸接近或已達(dá)到設(shè)計(jì)庫容，進(jìn)入封場階段［2］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年生活垃圾簡易堆放量或處理量達(dá)到3.300×107t，占用土地面積達(dá)到5.5×108m2，全國非正規(guī)堆放點(diǎn)超過3 000 座［3］。簡易填埋作業(yè)方式存在著占用大量優(yōu)質(zhì)土地資源、未經(jīng)防滲處理的滲濾液污染地下水和土壤、甲烷直接排放等問題，存在很高的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)［4］。

為了解決上述問題，好氧修復(fù)技術(shù)通過對垃圾堆體進(jìn)行抽注氣［5］、滲濾液回灌［6］等方式，使垃圾堆體處于好氧狀態(tài)并擁有適宜的含水率，創(chuàng)造有利于好氧微生物生存的環(huán)境，從而加快垃圾中有機(jī)質(zhì)的降解速率，快速削減污染負(fù)荷，縮短堆體穩(wěn)定化所需要的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)垃圾填埋場土地的再利用［7］。好氧修復(fù)技術(shù)目前已被用于國內(nèi)外數(shù)座填埋場的修復(fù)工程當(dāng)中，例如：意大利Tor?retta 填埋場［8］，武漢金口垃圾填埋場［9］，武漢北洋橋、岱山、紫霞觀垃圾填埋場，北京黑石頭消納場［10］等。好氧修復(fù)雖被用于實(shí)際工程當(dāng)中，但堆體厭氧/好氧轉(zhuǎn)化過程中細(xì)菌群落的變化卻鮮有研究。

好氧修復(fù)過程中，填埋堆體污染負(fù)荷削減依賴于其中的細(xì)菌等微生物對污染物的代謝作用，不同群落的細(xì)菌代謝污染物的效率與特征有所不同。在堆體厭氧/好氧環(huán)境的轉(zhuǎn)化過程中，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能引起污染負(fù)荷削減的速率與特征的變化，最終導(dǎo)致填埋堆體的宏觀污染特征參數(shù)的變化。因此，細(xì)菌群落組成和代謝功能對于解釋填埋場穩(wěn)定化進(jìn)程具有重要意義。近來，高通量測序、宏基因組等生物技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于探究傳統(tǒng)厭氧填埋場中微生物群落組成的研究中。Wang 等［11］利用MiSeq 測序調(diào)研了揚(yáng)州某填埋場微生物的組成和結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)垃圾填埋場的微生物群落結(jié)構(gòu)與堆體的電導(dǎo)率、有機(jī)物和水分含量相關(guān)性較大。何芝等［12］利用高通量測序技術(shù)Il?lumina MiSeq 對典型生活垃圾填埋場覆蓋土中的微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，位于不同城市的填埋場覆蓋土中微生物多樣性指數(shù)不同，其中廣東深圳填埋場土樣的物種種類高于其他填埋場。黃耀民等［13］研究了短期填埋齡堆體中微生物的群落結(jié)構(gòu)特征，微生物多樣性會隨著填埋場深度的增加而逐漸降低。

高通量測序技術(shù)廣泛應(yīng)用于厭氧垃圾填埋場微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的研究中，但對于老舊垃圾填埋場好氧修復(fù)過程的細(xì)菌群落變化卻鮮有詳細(xì)研究。本研究利用第二代高通量測序技術(shù)Illumi?na MiSeq 和PICRUSt 分析來表征武漢紫霞觀垃圾填埋場好氧修復(fù)前后細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和代謝功能的變化以及群落結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子的相關(guān)性。此外，還探究了填埋場不同深度、與注氣井距離對于其中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響。

2 材料與方法

2.1 場地特征與樣品采集

垃圾樣品取自武漢市紫霞觀垃圾填埋場好氧修復(fù)區(qū)域（圖1）。該垃圾填埋場位于漢陽區(qū)漢江大堤內(nèi)側(cè)，緊鄰漢江，現(xiàn)漢水公園西側(cè)。填埋場于1991年建成運(yùn)行，2009 年關(guān)閉使用，服務(wù)年限為18 a，場地總面積約為30.2 hm2，垃圾填埋深度為8～20 m。填埋場中垃圾成分較為復(fù)雜，運(yùn)行過程中根據(jù)填埋需求，有時(shí)為生活垃圾，有時(shí)為建筑垃圾，有時(shí)二者混填。垃圾總量為3.928×106m3，其中生活垃圾占總量的53.8%，建筑垃圾占總量的46.2%。如圖1（a）所示，對填埋場西南角區(qū)域進(jìn)行好氧修復(fù)，面積為7.06 hm2。好氧修復(fù)系統(tǒng)由滲濾液抽注（余量滲濾液采用兩級DTRO+MVR 機(jī)械蒸發(fā)處理）和填埋氣抽注（抽出填埋氣采用脫硫過濾+熱風(fēng)氧化處理）兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。滲濾液抽注系統(tǒng)包含滲濾液提升井10 座和滲濾液回灌橫井20 座，總抽、注水量根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際水位和垃圾濕度情況通過PLC系統(tǒng)調(diào)節(jié)潛污泵流量實(shí)現(xiàn)自動控制。填埋氣抽注系統(tǒng)包括抽氣井98 座，注氣井95 座，間距為25 m，平均井深為15 m，布井方式為正方形網(wǎng)格狀，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)總抽、注氣量均為1 000 m3/min。

固體樣品取自好氧修復(fù)區(qū)注氣井旁，取樣單元分布如圖1（b）所示，考慮到垃圾堆體的非均質(zhì)性、不同區(qū)域填埋深度的差異，選取填埋深度由淺至深的3 個(gè)樣品單元。其中，取樣單元1、2和3 的填埋深度分別為9、13、20 m。如圖1（c）所示，每個(gè)取樣單元中，按照與注氣井間距由遠(yuǎn)至近為A、B、C 點(diǎn)，間距分別為4.5、9.0、13.5 m，每個(gè)采樣點(diǎn)鉆井深度為10 m，除去覆蓋土后分別于深度0～3 m 和4～6 m 處取得淺層垃圾樣品，每個(gè)取樣點(diǎn)（不同位置和深度）取3 個(gè)平行樣品。固體樣品取樣時(shí)間為好氧修復(fù)開始前（S0d）和好氧修復(fù)30、60 d 后（S30d、S60d）。滲濾液樣品取自填埋場滲濾液調(diào)節(jié)池和滲濾液收集井，滲濾液樣品取樣時(shí)間為好氧修復(fù)開始前（L0d）和好氧修復(fù)30、60 d 后（L30d、L60d）。采集到的樣品送回實(shí)驗(yàn)室于4 ℃保存。

圖1 填埋場分區(qū)和取樣點(diǎn)位分布Figure 1 Landfill distribution and sampling sites

2.2 DNA 提取和測序

采集到的垃圾和滲濾液樣品先經(jīng)預(yù)處理后，再進(jìn)行DNA 的抽提。5 g 的固體樣品與25 mL（pH = 7.6）的磷酸鹽緩沖液混合，在渦旋攪拌器上攪拌5 min，棄去上清液，重復(fù)3 次，得到預(yù)處理后的樣品。滲濾液樣品經(jīng)0.22μm 濾膜過濾，濾膜利用無菌剪刀剪碎。預(yù)處理后的樣品利用DNeasy@PowerSoli Pro Kit（Qiagen）試劑盒進(jìn)行抽提DNA，提取的DNA 濃度利用Nanodrop 分光光度計(jì)進(jìn)行定量，并通過1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA 提取質(zhì)量。合格的DNA 樣品委托上海派森諾生物科技有限公司對細(xì)菌16S rRNA V3-V4 區(qū)進(jìn)行PCR 擴(kuò)增（擴(kuò)增引物為F:ACTCCTACGGGAG?GCAGCA，R:GGACTACHVGGGTWTCTAAT），通過Illumina Miseq 平臺進(jìn)行測序。

2.3 數(shù)據(jù)分析

測序得到的原始數(shù)據(jù)以FASTQ 格式保存。QI?IME2 軟件用于進(jìn)行序列去噪和OTU 聚類分析，使用R 語言腳本，對全部樣本中所包含的高質(zhì)量序列的長度分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對比Greengenes 數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行物種分類學(xué)注釋。微生物群落的多樣性和豐度通過Chao1、Observed Species、Shannon 和Simp?son 多樣性指數(shù)進(jìn)行表征。PICRUSt 用于預(yù)測確定序列的功能。冗余分析（RDA）研究環(huán)境因子與群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)性。

3 結(jié)果與討論

3.1 好氧曝氣后細(xì)菌群落變化

3.1.1 群落結(jié)構(gòu)組成分析

如圖2 所示，在填埋場開始好氧修復(fù)前，堆體處于厭氧狀態(tài)，固體廢物分解中最豐富的細(xì)菌門分別為變形菌門（Proteobacteria）、厚壁菌門（Fir?micutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、放線菌門（Actinobacteria）、同力菌門（Synergistetes）、熱袍菌門（Thermotogae）、暗黑菌門（Atribacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）和柔壁菌門（Tenericutes）。其中，變形菌門、厚壁菌門和擬桿菌門是主要的細(xì)菌門類，相對豐度占整體的94%，這與此前高通量測序技術(shù)得到的結(jié)果一致［14］。滲濾液樣品中，群落組成與固體樣品有較大差異，變形菌門、厚壁菌門和擬桿菌門3 種細(xì)菌門類相對豐度僅為71%［15］。

圖2 垃圾堆體和滲濾液門水平上細(xì)菌的物種組成Figure 2 Species composition of bacteria on phylum level in landfill and leachates

堆體進(jìn)行好氧修復(fù)后，群落結(jié)構(gòu)組成發(fā)生了明顯的變化。好氧修復(fù)60 d 后，填埋場堆體中變形菌門、厚壁菌門和擬桿菌門3 種主要的細(xì)菌較完全厭氧狀態(tài)有明顯變化，其中變形菌門的相對豐度由7.0%增加為26.4%，厚壁菌門的相對豐度由77.6% 減少為38.8%，擬桿菌門的相對豐度由10.2%減少為5.3%。上述3 種填埋場主要細(xì)菌門水平上的變化趨勢符合填埋場細(xì)菌群落好氧階段的規(guī)律，填埋場好氧狀態(tài)相較嚴(yán)格厭氧狀態(tài)，細(xì)菌群落會有較多的變形菌門以及較少的厚壁菌門和擬桿菌門［16］。除了上述填埋場主要3種細(xì)菌外，好氧修復(fù)后細(xì)菌群落還出現(xiàn)了更多的放線菌門。放線菌門能承受更高的環(huán)境溫度，常出現(xiàn)在好氧反應(yīng)器中，可以分解纖維素［10］。放線菌門的出現(xiàn)進(jìn)一步說明了堆體在好氧修復(fù)后，細(xì)菌群落呈現(xiàn)好氧狀態(tài)。此外，垃圾堆體進(jìn)行好氧修復(fù)后細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中酸桿菌門（Acidobacteria）相對豐度增加，變?yōu)橄鄬ωS度較高的細(xì)菌門中的一種。

在滲濾液樣品中，好氧修復(fù)開始后細(xì)菌群落也大體呈現(xiàn)出與填埋堆體類似的變化規(guī)律。好氧修復(fù)30 d 后，變形菌門的相對豐度由31.2% 增加為75.9%，厚壁菌門的相對豐度由20.6% 減少為2.8%，擬桿菌門的相對豐度由19.7% 減少為7.9%；在好氧修復(fù)60 d 后，變形菌門、厚壁菌門和擬桿菌門分別為75.6%、9.7% 和5.6%。滲濾液樣品中放線菌門的相對豐度先升高后降低，厭氧狀態(tài)時(shí)放線菌門的相對豐度為2.2%，好氧修復(fù)30 d 后增加為12.0%，好氧修復(fù)60 d 后減少為1.3%。好氧修復(fù)30 d 后，滲濾液細(xì)菌群落中放線菌門的相對豐度變化規(guī)律與堆體樣品一致，有助于分解其中的纖維素和木質(zhì)素。好氧修復(fù)60 d 后，滲濾液細(xì)菌群落中放線菌門相對豐度的減少，可能由于該樣品中細(xì)菌群落多樣性相對于其他的滲濾液樣品出現(xiàn)增加（3.1.2 節(jié)），使其相對豐度出現(xiàn)了減少，但更詳細(xì)的原因仍需進(jìn)一步研究。

在好氧修復(fù)后，無論是堆體還是滲濾液細(xì)菌群落都呈現(xiàn)出了明顯處于好氧狀態(tài)群落的特征，說明對垃圾堆體進(jìn)行抽注氣可以有效改變堆體的厭氧狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚跎锓磻?yīng)器，有助于縮短填埋場污染負(fù)荷削減周期，使土地資源在短時(shí)間內(nèi)得到釋放。

3.1.2 群落組成Alpha 多樣性分析

Alpha 多樣性指數(shù)用于分析微生物群落的豐富度和多樣性，其中Chao1 和Observed Species 指數(shù)用于表達(dá)群落的豐富度，Shannon 和Simpson 指數(shù)用于表達(dá)群落的多樣性。樣品中細(xì)菌的Alpha 多樣性見表1。

表1 Alpha 多樣性指數(shù)Table 1 Alpha diversity index

無論是垃圾堆體還是滲濾液樣品，測序后樣品的覆蓋度（Coverage）大于0.98，稀釋曲線也趨于平臺期，表明該測序結(jié)果比較理想。在垃圾堆體中，好氧修復(fù)后無論是細(xì)菌群落的豐富度或是多樣性都有明顯的增加。在好氧曝氣60 d 后，Chao1 指數(shù)和Observed Species 指數(shù)均增加，群落中存在的物種數(shù)明顯增多。同時(shí)，Shannon 指數(shù)和Simpson 指數(shù)也出現(xiàn)了相應(yīng)的升高，群落多樣性也出現(xiàn)了明顯的增加。堆體通入氣體，由厭氧狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚鯛顟B(tài)的過程中，氧氣的通入改變了群落的外環(huán)境，使得更多好氧細(xì)菌出現(xiàn)。滲濾液樣品中，群落的豐富度隨時(shí)間的延長出現(xiàn)了明顯的增加，物種數(shù)明顯增加。值得注意的是，在好氧修復(fù)30 d 后群落的Shannon 和Simpson 指數(shù)與好氧修復(fù)前相比差異不大。但從整體上說，好氧修復(fù)后滲濾液樣品中細(xì)菌的多樣性和豐富度都略高于固體樣品。在此前的研究中，傳統(tǒng)厭氧填埋場中堆體細(xì)菌的多樣性和豐富度高于滲濾液［17］，由于一些黏附于垃圾表面形成生物膜的微生物不易進(jìn)入滲濾液中［14］，滲濾液僅保留了部分細(xì)菌群落的信息［18］。本研究中垃圾填埋場服務(wù)年限長，填埋深度深，不同深度的垃圾成分較為復(fù)雜。受限于取樣條件，只取到了0～6 m 較淺層的垃圾樣品，沒有獲取到深層垃圾的細(xì)菌群落信息，而滲濾液從庫底收集和取樣，包含了填埋場內(nèi)所有細(xì)菌群落信息?；谏鲜鲈颍瑵B濾液樣品中的細(xì)菌的多樣性和豐富度都略高于固體樣品。

3.1.3 細(xì)菌群落功能預(yù)測

好氧修復(fù)前后，垃圾樣品中細(xì)菌群落功能預(yù)測如圖3 所示，功能可以歸為7 類。其中高分子改 性（Macromolecule Modification）、 聚 糖 途 徑（Glycan Pathways）和脫毒（Detoxification）均小于1%，代謝簇（Metabolic Clusters）占比也較少，而產(chǎn)生前驅(qū)代謝物質(zhì)和能量（Generation of Precursor Metabolite and Energy）、降解/利用/同化（Degrada?tion/Utilization/Assimilation） 和生物合成（Biosyn?thesis）是細(xì)菌群落中主要的功能。在好氧修復(fù)后，主要的3 種功能都發(fā)生了相應(yīng)的變化，群落整體生物合成有機(jī)物的功能逐漸降低，由70.3% 減少為65.6%。同時(shí)，細(xì)菌群落向更傾向于產(chǎn)生前驅(qū)代謝物質(zhì)和能量（由13.6% 變?yōu)?4.5%）以及降解/利用/同化有機(jī)物（由12.4% 變?yōu)?5.4%）的方向變化。細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)功能的變化解釋了好氧修復(fù)可以在短時(shí)間內(nèi)削減填埋堆體的污染負(fù)荷、加速填埋場穩(wěn)定化進(jìn)程的現(xiàn)象。

圖3 堆體細(xì)菌功能預(yù)測Figure 3 Function prediction of solid bacteria

如圖4 所示，在滲濾液樣品中，與垃圾樣品類似，群落的主要功能集中在產(chǎn)生前驅(qū)代謝物質(zhì)和能量、降解/利用/同化和生物合成有機(jī)物，其余功能的占比也較少。隨著好氧修復(fù)的進(jìn)行，滲濾液中的細(xì)菌功能向著生物合成更少的有機(jī)物和降解/利用/同化更多有機(jī)物的方向變化，與固體樣品的變化趨勢一致。但在產(chǎn)生前驅(qū)體代謝物質(zhì)和能量的功能上變化不大，沒有明顯的變化規(guī)律。除上述不同點(diǎn)外，變化程度也相對于垃圾樣品較小。歸因于滲濾液兩個(gè)樣品中有1 個(gè)取自滲濾液調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池中的滲濾液樣品脫離好氧環(huán)境儲存了較短的時(shí)間，其中的細(xì)菌群落略微向厭氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化，群落功能變化程度相對于固體樣品較小。

圖4 滲濾液細(xì)菌功能預(yù)測Figure 4 Function prediction of leachate bacteria

3.1.4 滲濾液水質(zhì)與細(xì)菌群落的相關(guān)性分析

采用RDA 分析填埋場好氧修復(fù)過程中滲濾液細(xì)菌群落與環(huán)境因子之間的關(guān)系。6 個(gè)樣品點(diǎn)分別代表3 個(gè)不同好氧修復(fù)時(shí)間滲濾液調(diào)節(jié)池和填埋場滲濾液收集井的樣品。帶箭頭的矢量線代表相應(yīng)的環(huán)境因子（COD 和NH+4- N）。由圖5 可知，不同好氧修復(fù)時(shí)間的樣品點(diǎn)間離散程度較大，細(xì)菌群落差異較大，與圖2（b）所示細(xì)菌在門水平上分析的結(jié)果一致。矢量線長度反映樣本與環(huán)境因子的相關(guān)程度，矢量線越長，相關(guān)性越高。COD與NH+4- N 對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響相關(guān)性都比較大，與滲濾液中細(xì)菌可以降解有機(jī)物、削減污染負(fù)荷的結(jié)論一致。RDA 分析中P略大于0.05，說明環(huán)境因子和滲濾液細(xì)菌群落非顯著性相關(guān)，但上述結(jié)論與前文符合較好，從一定程度上可以反映二者的相關(guān)性。進(jìn)一步在門水平上對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子的相關(guān)性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)變形菌門、放線菌門的相對豐度與COD、NH+4- N 呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，而擬桿菌門的相對豐度和兩個(gè)環(huán)境因子呈現(xiàn)正相關(guān)。綜上所述，細(xì)菌群落中變形菌門和放線菌門的相對豐度較高有利于填埋場中主要污染負(fù)荷COD 和NH+4- N 的削減過程。

圖5 滲濾液細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的冗余分析Figure 5 Redundancy analysis(RDA)of environmental factors and bacterial community structure of leachate

3.2 填埋場深度和與注氣井間距對群落結(jié)構(gòu)的影響

3.2.1 填埋場深度的影響

在填埋場中，不同位置的垃圾成分、含水率、甲烷濃度等都會有差異［18］，為非均質(zhì)狀態(tài)，基于上述原因，在好氧修復(fù)過程中不同深度的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)也會有差異（圖6）。在去除覆蓋土后，以3 m 為1 個(gè)單位對不同深度的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。不同填埋深度會導(dǎo)致填埋場中主要的細(xì)菌門類產(chǎn)生差異。隨著填埋深度由0～3 m 變?yōu)?～6 m，細(xì)菌群落中變形菌門的相對豐度增加（由22.7% 增加為30.1%），厚壁菌門的相對豐度增加（由37.3% 增加為40.2%），擬桿菌門的相對豐度減少（由7.3%減少為3.3%）。此外，深度0～3 m 的群落相比4～6 m 有更多負(fù)責(zé)分解纖維素的放線菌。上述的差異主要來自于不同深度的垃圾新鮮程度不一致，深度淺的垃圾填埋齡較低，有機(jī)質(zhì)含量較高，垃圾穩(wěn)定化程度較低，造成群落結(jié)構(gòu)的差異［19］。

圖6 填埋深度對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響Figure 6 Effect of landfill depth on bacterial community structure

除了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，填埋深度也會使群落的Alpha 多樣性產(chǎn)生差異，埋深較淺的堆體中細(xì)菌群落的豐富度和多樣性都高于埋深較深的細(xì)菌群落。埋深由0～3 m 增加為4～6 m 時(shí)，Chao1 指數(shù)和Observed Species 指數(shù)降低，群落中存在的物種數(shù)明顯減少。同時(shí)，Shannon 指數(shù)減少，Simpson指數(shù)沒有變化，群落多樣性有所減少，如表2所示。

表2 填埋深度對細(xì)菌群落Alpha 多樣性的影響Table 2 Effect of landfill depth on bacterial community Alpha diversity index

3.2.2 與注氣井間距的影響

除填埋深度外，與注氣井的間距同樣會影響細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化（圖7）。

圖7 注氣井距離對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響Figure 7 Effect of distance from gas injection well on bacterial community structure

與注氣井間距A 點(diǎn)＜B 點(diǎn)＜C 點(diǎn)。在3 個(gè)取樣點(diǎn)的樣品中，3 種主要的細(xì)菌組成不相同。隨著與注氣井間距的增加，細(xì)菌群落中變形菌門的相對豐度減少，由A 點(diǎn)41.0%減少為B 點(diǎn)的24.6%，C點(diǎn)進(jìn)一步減少為13.7%。厚壁菌門的相對豐度增加，由A 點(diǎn)20.3% 增加為B 點(diǎn)的44.5%，C 點(diǎn)增加為51.4%。擬桿菌門的相對豐度增加，由A 點(diǎn)3.3% 增加為B 點(diǎn)的6.1%，C 點(diǎn)增加為6.5%。除了以上3 種主要的細(xì)菌外，降解纖維素的放線菌A點(diǎn)的相對豐度明顯高于B 和C 點(diǎn)。

Alpha 多樣性指數(shù)也受到了與注氣井間距的影響，無論是反映群落豐富度的Chao1、Observed Species 指數(shù)還是反映群落多樣性的Shannon 指數(shù)都隨與注氣井間距的增加而降低（表3）。與注氣井間距越近，細(xì)菌群落多樣性和豐富度越高。

表3 與注氣井間距對細(xì)菌群落Alpha 多樣性的影響Table 3 Effect of distance from gas injection well on bacterial community Alpha diversity index

填埋場抽注氣過程中，氣體存在傳質(zhì)阻力，氧氣濃度隨與注氣井間距的增加而逐漸降低［20］。氧氣濃度降低使得細(xì)菌群落中變形菌門的相對豐度減少，而厚壁菌門、擬桿菌門的相對豐度增加。此外，氧氣濃度降低使得細(xì)菌群落多樣性和豐富度減少。

4 結(jié)論

1）好氧修復(fù)前填埋場處于嚴(yán)格厭氧狀態(tài)，其中的細(xì)菌群落也呈現(xiàn)厭氧階段的主要特征。好氧修復(fù)開始后，填埋場和滲濾液中門水平上主要的細(xì)菌為變形菌門、厚壁菌門和擬桿菌門。與好氧修復(fù)前對比，變形菌門相對豐度增加，而厚壁菌門和擬桿菌門相對豐度減少。

2）好氧修復(fù)后堆體和滲濾液中細(xì)菌群落Al?pha 多樣性和豐富度都高于好氧修復(fù)前；滲濾液樣品中細(xì)菌的多樣性和豐富度都略高于固體樣品。

3）好氧修復(fù)使細(xì)菌群落的功能向更傾向于產(chǎn)生前驅(qū)代謝物質(zhì)和能量以及降解/利用/同化有機(jī)物、減少合成有機(jī)物的方向變化。功能的變化有助于在短時(shí)間內(nèi)削減填埋堆體的污染負(fù)荷，加速填埋場穩(wěn)定化進(jìn)程。

4）滲濾液細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和COD、NH+4- N 具有明顯相關(guān)性，變形菌門、放線菌門較高的相對豐度更有利于COD、NH+4- N 的降解。

5）填埋深度和與注氣井的間距同樣會影響細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化。填埋深度的增加導(dǎo)致變形菌門和厚壁菌門相對豐度增加，擬桿菌門相對豐度減少。隨著與注氣井間距的增加，細(xì)菌群落中變形菌門相對豐度減少，厚壁菌門和擬桿菌門相對豐度增加。較淺的填埋深度和較高的氧氣濃度使得細(xì)菌群落有更高的Alpha 多樣性和豐富度。