胞外多聚物介导的填埋场覆盖土层甲烷好氧氧化耦联反硝化的机制

Aiming at the effect of gas pollutants from landfills on environment and ecological system, the interface between landfill gas and atmosphere in landfills, landfill cover soils, was chosen as the research object in this project. On the basis of the results of the Funding for Young Scientists, the characteristics of landfill gas pollutants (i.e. CH4, H2S and others) were removed by landfill cover soils and extracellular polymeric substances (EPS) during CH4 oxidation, we will continue to use normal landfill cover soils and biocover soils as experimental materials, combining studies of filed with simulating experiment, the main factors in influencing EPS formation during CH4 oxidation in landfill cover soils was investigated; the effect of EPS during CH4 oxidation on nitrogen fate of nitrification and its feedback effect on CH4 oxidation was studied. Meanwhile, stable isotope probing techniques (SIP) will be used to study the functional microorganisms in aerobic methane oxidation coupled to denitrification mediated by EPS in landfill cover soils. The relationship among the main factors in influencing EPS formation during CH4 oxidation, the functional microorganisms in aerobic methane oxidation coupled to denitrification mediated by EPS in landfill cover soils and its functional gene expression was analyzed. The results will provide foundational information and theoretical basis to scientificly utilze environmental effect of landfill cover soils to mitigate environmental pollution from landfills

针对垃圾填埋场气体污染物对环境和生态系统影响的问题，本项目拟选择填埋场“填埋气—大气”体系的环境界面—覆盖土层为研究对象。在青年基金项目覆盖土层对填埋气中甲烷、H2S等污染物净化特性和胞外多聚物（EPS）的研究基础上，继续以常规的填埋场覆盖土和生物覆盖土等为材料，结合野外原位分析与实验室模拟试验，研究填埋场覆盖土层甲烷氧化过程中EPS形成的主要影响因子，探讨甲烷氧化过程中EPS影响下反硝化作用中氮的归趋特征及其对甲烷氧化的反馈影响，并运用稳定性同位素探针技术，研究EPS介导的覆盖土层甲烷好氧氧化耦联反硝化的功能微生物，解析覆盖土层甲烷氧化过程中EPS形成的主要环境因子、甲烷好氧氧化耦联反硝化的功能微生物与其功能基因表达间的互动关系，以期阐明EPS介导的填埋场覆盖土层甲烷好氧氧化耦联反硝化特征及其调控机制。为科学利用垃圾填埋场覆盖土层的环境效应，减少填埋场的环境污染提供基础性资料和理论依据。

针对垃圾填埋场气体污染物对环境和生态系统影响的问题，课题以甲烷氧化菌Methylosinus sporium和填埋场覆盖土层为研究对象，研究了填埋场覆盖土层甲烷氧化过程中胞外多聚物（EPS）形成的主要影响因子，探讨了O2浓度对甲烷好氧氧化耦联反硝化反应（AME-D）的影响及其甲烷氧化碳和硝态氮的归趋；并采用13CH4等微环境，结合稳定性同位素探针（SIP）与分子生物学技术、磷脂脂肪酸等技术，研究了甲烷氧化过程中甲烷氧化碳的分配及其主要的活性微生物。此外，我们也采用甲烷氧化菌模式菌株，研究了甲烷氧化菌对氮循环的影响。结果表明，覆盖土层EPS的形成受到环境因子pH、温度、甲烷、 O2、硝态氮和氨氮浓度的影响，其中O2浓度是影响甲烷氧化碳分配包括EPS形成的最重要因子。与充足的O2浓度（21%）相比，10% O2浓度的缺氧环境有利于好氧甲烷氧化与反硝化作用的耦合，AME-D体系的脱氮性能最高，且硝态氮主要转化为N2。我们研究也发现一些甲烷氧化菌具有硝化和反硝化性能，在充足O2条件，生境中甲烷氧化菌也参与反硝化反应，生成N2O。此外，结合CH4和O2在覆盖土层中的扩散、对流和假一级污染物生物降解反应，首次建立了覆盖土层甲烷减排解析模型，并提出了覆盖土层O2浓度是调控填埋场CH4和N2O排放的重要方式。这对于科学利用填埋场覆盖土层的环境效应，减少填埋气的环境污染具有一定的意义。