NH4+-N對填埋場覆蓋土層CH4氧化特性的影響機制.pdf

1、針對CH4氧化活性的影響因素—NH4+-N（既可以作為甲烷氧化菌的氮源，促進甲烷氧化菌的生長和活性表達，又能與CH4競爭甲烷單加氧酶(methanemonooxygenase，MMO)的活性位點，抑制甲烷氧化菌的活性）的問題，本文采用甲烷氧化菌（Methylosinus sporium）和垃圾生物覆蓋土(waste bio-cover soil，WBS)為材料，研究了NH4+-N對甲烷氧化菌活性和種群結(jié)構(gòu)的影響，探究了CH4氧化過程中碳

2、、氮的歸趨，并綜合分析了NH4+-N濃度對體系溫室效應(yīng)潛能（global warmming potential，GWP）變化的影響。得到如下結(jié)果:
　　(1) Methylosinus sporium能夠氧化NH4+-N，生成NO3--N和NO2-N;由于NH4+-N的氧化，培養(yǎng)液的pH值出現(xiàn)了顯著下降，且甲烷氧化菌生長量越大，pH值下降幅度也越大。
　　(2)在氮濃度相同的條件下(0.14gl-1)，與NO3--N相比，N

3、H4+-N作為氮源有利于Methylosinus sporium的生長;高濃度NH4+-N(0.25-0.5 g l-1)會抑制Methylosinus sporium的CH4氧化活性，這種抑制作用隨著NH4+-N的轉(zhuǎn)化會得到緩解;低濃度NH4+-N能夠促進甲烷氧化菌分泌胞外多聚物(extr acelluar po lymericsubstances，EPS)。
　　(3) NH4+-N對WBSCH4氧化活性的促進/抑制作用受到N

4、H4+N濃度的影響。100-300mgkg-1NH4+-N的添加促進了WBS CH4氧化活性;而當NH4+-N的添加量為600-1200mgkg-1時，則對WBS CH4氧化活性具有抑制作用。實驗組CH4氧化活性都出現(xiàn)了先升高后迅速下降并維持在低水平的狀態(tài)，這可能與體系后期氮元素缺乏或EPS的分泌有關(guān)。
　　(4)300-1200mgkg-1NH4+-N的添加顯著地提高了WBS中N2O的排放量，且N2O的排放量隨著NH4+-N濃度

5、增大而增大。實驗前后主要溫室氣體(CH4、CO2和N2O)GWP分析表明300-600mgkg-1NH4+-N的添加可以削弱WBS氧化CH4過程中排放氣體的GWP，而較低(100 mgkg-1)或較高（1200mgkg-1）濃度NH4+-N的添加將增強WBSCH4氧化過程中排放氣體的GWP。這表明實際在工程中利用NH4+-N來提高CH4氧化活性的同時，應(yīng)考慮體系中硝化、反硝化反應(yīng)和N2O的產(chǎn)生量，選擇適當?shù)膮?shù)，以削弱體系溫室氣體排放的

6、GWP。
　　(5)Ⅰ型甲烷氧化菌Methylocaldum、Methylococcaceae和Methylobacter以及Ⅱ型甲烷氧化菌Methylocystis和/或Methylosinus是WBS中的優(yōu)勢甲烷氧化菌。NH4+-N的添加有利于Methylobacter成為優(yōu)勢甲烷氧化菌，而氮缺乏的環(huán)境有助于Ⅱ型甲烷氧化菌Methylosinus成為優(yōu)勢甲烷氧化菌。NH4+-N、C/N值、NO3--N、總氮（total nit

7、rogen，TN）、胞外多糖（extracellular polysaccharide，ECPS）、總有機碳（total organic carbon，TOC）和胞外蛋白（extracellular protein，ECP）的含量都會影響WBS中甲烷氧化菌的種群結(jié)構(gòu)，其影響大小依次為:NH4+-N＞C/N＞NO3--N＞TN＞ECPS＞TOC＞ECP，其中NH4+-N和C/N值對甲烷氧化菌種群結(jié)構(gòu)的變化有顯著性影響（p=0.024和0.