不同碳氮比對垃圾填埋單元中氮循環細菌數量的影響

李筱茵　崔俊濤　王書明　程偉

【摘 要】垃圾填埋單元微生物碳代謝功能既受垃圾填埋單元有機碳的影響，也與填埋單元氮素水平密切相關。這項工作的目的是研究不同碳和氮的影響比在垃圾填埋場滲濾液微生物群落的數量如氨化、硝化和反硝化細菌，為滲濾液處理提供基礎數據。本文研究以黑土進行填埋的垃圾填埋層為研究對象，采用室內試驗比較研究了四種施氮處理（自然狀態未調碳氮比，碳氮比5：1，20：1，50：1）定期采集樣品。用MPN法測定垃圾填埋單元中微生物的數量。實驗結果表明：（1）低碳氮比垃圾填埋單元氨化細菌，硝化細菌和反硝化細菌數量較大，高碳氮比垃圾填埋單元則相反。（2）隨著時間推移，不同碳氮比改變了垃圾填埋單元中氨化細菌，硝化細菌和反硝化細菌數量均呈現了先增加后降低的趨勢。由此可知，垃圾填埋單元中氮循環細菌數量與垃圾填埋單元的碳氮比值有關。

【關鍵詞】碳氮比；氮循環；垃圾填埋單元

【Abstract】Landfill unit microbial carbon metabolism is not only organically influenced by the impact of landfill unit， but also closely related to the levels of landfill unit nitrogen. This work was undertaken with the aim of investigating the influence of different carbon and nitrogen ratio on the quantity of landfill leachate microbial communities such as ammoniation， nitrification and denitrification bacteria， and to provide a basic data for leachate treatment.In this paper， Black soil was used as the layer of landfill and we use laboratory experiments to comparative and study four kinds of nitrogen treatment which are used to collect samples periodically. Using MPN measured the number of microorganisms of the unit of landfill.Experimental results show：（1）The number of ammonifiers， nitrobacteria and denitrifying bacteria is large in the low carbon nitrogen ratio landfill，but high carbon nitrogen ratio is opposite.（2）Over time， different carbon nitrogen ratio changed the number of nitrogen cycling bacteria of the landfill unit and they are presented to increase after the decrease trend..From this， we know the number of nitrogen cycling bacteria in the landfill unit is related to the ratio of carbon and nitrogen in the landfill unit.

【Key words】Carbon nitrogen ratio； Nitrogen cycle； The unit of landfill

目前，我國主要以衛生填埋作為垃圾的主要處理方式。垃圾滲濾液是在垃圾填埋過程中產生并存在于垃圾填埋單元的一種高濃度廢水，其中的氨氮是較為難處理的最主要的有害物質之一。本實驗模擬垃圾填埋過程，通過調節不同碳氮比影響微生物代謝，進而影響微生物數量變化。將垃圾填埋單元調節成不同碳氮比的垃圾填埋單元，定期測定垃圾填埋單元中氮循環細菌數量，以探究不同碳氮比對垃圾填埋單元中氮循環細菌數量的影響及其規律，以及隨著時間推移，不同碳氮比填埋單元中氮循環細菌數量的變化。為避免垃圾填埋過程中滲濾液造成土壤，水體污染和生物除氮提供依據。

1 材料及方法

1.1 實驗材料

實驗在吉林農業大學資源與環境學院實驗室內進行，供試土壤采自于吉林農業大學周邊黑土。供試土壤有機碳含量為0.6573%，全氮含量為1.725g/kg，填埋單元有機碳含量為14.11g/kg，全氮含量為5.364g/kg。供試的垃圾為白菜，土豆，采購于吉林農業大學旁農貿市場。

1.2 實驗設計

用塑料瓶進行垃圾填埋（垃圾采用白菜、土豆）培養2個月后調節填埋單元的碳氮比，分別為調節自然條件下的垃圾填埋單元和碳氮比5：1，20：1；50：1的垃圾填埋單元。在溫度為25℃的恒溫箱內培養，每28T進行一次氮循環細菌數量測定，觀察其數量變化。

1.3 填埋單元氮循環細菌數量測定

用MPN法測定垃圾填埋單元中氮循環細菌數量，分別配置氮循環細菌培養基。

每個填埋單元土樣做5個10倍稀釋，每個稀釋度做三個平行，取垃圾填埋單元土樣10g于90ml的無菌水中，然后用移液管依次稀釋，每個試管中接種稀釋土樣1ml。

在28℃條件下，氨化細菌培養7d，硝化細菌，反硝化細菌培養14d，用納氏試劑，格利斯試劑，二苯胺試劑等檢測各種形態氮的產生和消失情況，最后查MPN表，得出1ml樣品中的細菌數量。

2 結果與分析

2.1 不同碳氮比的垃圾填埋單元中氨化細菌的數量變化

氮素礦化的第一步是氨化作用。從表1中可以看出，調節碳氮比后28T，測得所有處理的填埋單元中氨化細菌數量均有大幅增長，而其中未調碳氮比的自然對照增幅較小。在第二個周期各處理的垃圾填埋單元中氨化細菌數量達到峰值且氨化細菌數量大小為碳氮比5：1>20：1>50：1>自然對照。在第三個周期時氨化細菌數量均有所下降。從時間變化規律看，不同碳氮比處理均出現了氨化細菌先增高后降低的趨勢。

2.2 不同碳氮比的垃圾填埋單元中硝化細菌的數量變化

硝化作用是氨在微生物的作用下氧化為硝酸根的的過程，微生物將銨態氮轉化為硝態氮。如表2所示調節碳氮比后第一個周期各碳氮比填埋單元中硝化細菌數量均有所增長。在第二周期時硝化細菌數量大幅度下降，與同在第二周期個填埋單元中氨化，反硝化細菌數量增減情況相反。各周期硝化細菌數量出現先增加后減少再增加的趨勢。在同一周期不同碳氮比填埋單元中硝化細菌基本呈現為5：1>20：1>50：1，但在第一周期時垃圾填埋單元50：1垃圾填埋單元中硝化細菌數量大于了20：1硝化細菌數量。

2.3 不同碳氮比的垃圾填埋單元中反硝化細菌的數量變化

反硝化反應在自然界中具有非常重要的作用。（下轉第84頁）（上接第80頁）第一個周期后，調節碳氮比實驗組的反硝化細菌數量均有所增長，其中碳氮比為5：1的垃圾填埋單元中反硝化細菌數量增長幅度最大。在第一周期和第二周期中垃圾填埋單元中反硝化細菌數量呈上升趨勢并且在第二周期各處理的垃圾填埋單元中反硝化細菌數量達到最大值，其中第二周期中碳氮比為5：1的垃圾填埋單元的反硝化細菌數量較第一周期增長近10倍。在第三周期中各處理的垃圾填埋單元的反硝化細菌數量均開始下降。其數量變化趨勢與氨化細菌數量變化趨勢基本一致（表3）。

3 討論與結論

不同碳氮比可以影響垃圾填埋單元中有機物質的組成，從而影響垃圾填埋單元中微生物數量的變化。本研究發現：在不同碳氮比填埋單元同一時期時，隨著碳氮比的升高，氨化細菌，硝化細菌和反硝化細菌數量有降低的趨勢。從時間變化規律看，不同碳氮比處理均出現了氨化細菌和反硝化細菌先增高后降低的趨勢，并且趨勢趨于一致。而硝化細菌數量呈現先增高后減少再增高的現象。其可能的原因：（1）碳氮比低的垃圾填埋單元即本實驗中碳氮比為5：1的垃圾填埋單元有利于微生物在有機質分解過程中的養分釋放，垃圾填埋單元中有效氮增加；碳氮比高的垃圾填埋單元即本實驗中碳氮比為50：1的垃圾填埋單元微生物在分解有機質的過程中會出現氮受限，微生物數量降低。因此低碳氮比的垃圾填埋單元微生物數量多于高碳氮比垃圾填埋單元微生物數量。（2）在第而周期時產生較多滲濾液，使垃圾填埋單元形成厭氧條件，而硝化細菌為好氧細菌，因此硝化細菌數量下降。

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[責任編輯：王楠]