温度对蚯蚓处理城镇污泥过程微生物群落结构的影响

摘要

蚯蚓堆肥是利用蚯蚓与微生物协同作用降解基质中的有机质，使其腐殖化、稳定化和病原菌无害化，最终达到腐熟的代谢过程。有机质的降解和转化主要靠各种微生物（细菌、放线菌、真菌、原生动物、后生动物和微型动物等）。不同的微生物种群在堆肥过程中独立或者协作分解某种或某类有机质，蚯蚓在氮素转化、纤维素的分解和腐殖化过程中扮演着重要的角色，蚯蚓能够影响污泥的生化性质，直接或间接影响微生物群落。有研究发现添加蚯蚓会减少基质中微生物量，包括细菌和真菌，并且加速了有机质的分解。前期研究证明蚯蚓处理城镇污泥能够加快有机质的降解过程，且微生物量碳(MBC)和脱氢酶(DHA)的含量低于对照组;结合PCR-DGGE技术分析蚯蚓处理城镇污泥过程微生物群落结构的变化，可知细菌和真菌群落结构变化不大，主要是微生物的占比发生变化。但是DGGE指纹图谱中只反映1％以上的菌群，且操作误差会影响微生物群落多样性和群落结构的分析结果。因此，本研究使用Miseq高通量测序技术分析微生物群落结构和演替的变化。
　　本研究采用Miseq高通量测序技术，研究蚯蚓处理对城镇污泥稳定化过程微生物群落结构的影响，以及温度对蚯蚓处理城镇污泥稳定化过程中微生物群落结构的影响;测定蚯蚓处理堆肥稳定化过程中理化指标，研究微生物群落结构与环境因子之间的关系。结果显示:
　　(1)蚯蚓堆肥过程中微生物多样性呈现波动变化的过程。除第30天和第60天外，蚯蚓组和对照组的细菌群落丰富度和多样性指数有差异;第10天～40天，蚯蚓组的真菌群落多样性指数高于对照组，第50天～第60天，蚯蚓组的真菌群落多样性指数低于对照组，故添加蚯蚓会影响城镇污泥过程中微生物群落多样性。
　　(2)原始污泥样品的微生物群落结构与堆肥过程中微生物群落结构差异较大;蚯蚓组和对照组的细菌群落结构相差不大，真菌群落结构相差较大。蚯蚓对细菌群落的影响小于对真菌群落的影响，这可能与细菌群落的数量和种类远远大于真菌有关。蚯蚓处理城镇污泥过程中优势细菌群落为鞘脂杆菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲、放线菌纲、α-变形菌纲、黄杆菌纲、δ-变形菌纲、拟杆菌纲、厌氧绳菌纲、梭菌纲、Bacteroidetes_vadinHA17、噬纤维菌纲、暖蝇菌纲，占比之和为84.94％～92.03％。优势真菌群落为银耳纲、接合菌门分类位置未定、真菌界分类位置未定、未分类的子囊菌门、盘菌纲、酵母菌、未分类的隐秘菌门、涌泉菌亚纲、Sordariomycetes、未分类的接合菌门、未分类的真菌界、LKM15_norank。
　　(3) RDA分析蚯蚓处理城镇污泥微生物群落结构与环境因子(DOC、NH4+-N、EC、pH)的相关关系，表明溶解性有机碳和铵态氮是影响蚯蚓堆肥微生物群落结构的主要因素。蚯蚓处理城镇污泥过程主要优势微生物菌群与环境因子呈现较好的相关性。
　　(4)三个温度组细菌群落的的Shannon指数在堆肥过程中相差不大，且温度越高，蚯蚓处理城镇污泥样品中的细菌群落的丰富度更低。除第30天外，三个温度组真菌群落的丰富度相差不大。实验结束时20℃组的物种多样性指数大于15℃组和25℃组。
　　(5)15℃组和20℃组优势细菌群落的组成相似，与25℃组相差较大。三个温度组间真菌群落结构均相差较大，表明温度对真菌群落结构的影响大于细菌群落结构。三个温度组的蚯蚓处理城镇污泥的优势细菌纲为鞘脂杆菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲、放线菌纲、α-变形菌纲、黄杆菌纲、δ-变形菌纲、拟杆菌纲、梭菌纲，占比从75.89％到89.71％，这些细菌群落均与有机碳、有机氮的降解有关。优势真菌纲为银耳纲、接合菌门分类位置未定、酵母菌、未分类的子囊菌门、盘菌纲、真菌界分类位置未定，占比从59.23％到93.21％。
　　(6) RDA分析温度对蚯蚓处理城镇污泥微生物群落的影响，表明微生物群落结构与环境因子（DOC、NH4+-N、EC、pH、T）呈现较好的相关性，结果显示影响细菌群落结构的环境因素主要是DOC与EC;影响真菌群落结构的主要环境因素为DOC和温度。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题研究背景

1．2 堆肥微生物多样性的研究方法与发展

1．2．1 传统微生物学平板培养法

1．2．3 BIOLOG微平板法

1．2．4 磷脂脂肪酸法

1．2．5 高通量测序技术

1．3 蚯蚓堆肥微生物多样性的研究进展

1．4 本课题研究意义、内容

1．4．1 研究恿义

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

第2章 蚯蚓处理对城镇污泥过程微生物种群结构的影响

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验方法

2．2．3 理化指标的测定

2．2．4 高通量测序样品制备

2．2．5 数据处理

2．3 结果与讨论

2．3．1 理化指标

2．3．2 微生物多样性分析

2．3．3 细菌群落结构分析

2．3．4 真菌群落结构分析

2．3．5 样品微生物群落结构相似性分析

2．3．6 微生物群落结构组成与环境因素之间的关系

2．4 讨论

2．4．1 蚯蚓对城镇污泥的微生物多样性的影响

2．4．2 微生物多样性与环境因素的关系

第3章 温度对蚯蚓处理城镇污泥过程微生物群落结构的影响

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验方法

3．2．3 理化指标的测定

3．2．4 高通量测序样品制备

3．2．5 数据处理

3．3 结果与讨论

3．3．1 理化指标

3．3．2 菌群多样性分析

3．3．3 细菌群落结构分析

3．3．4 真菌群落结构分析

3．3．5 样品微生物群落结构相似性分析

3．3．6 微生物群落结构组成与环境因素的关系

3．4 讨论

3．4．1 温度对蚯蚓处理城镇污泥稳定化过程微生物多样性影响

3．4．2 微生物多样性与环境因素的关系

第4章 结论与展望

4．1 结论

4．2 存在的问题

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间的研究成果