不同碳氮比对垃圾填埋单元中氮循环细菌数量的影响

李筱茵　崔俊涛　王书明　程伟

【摘 要】垃圾填埋单元微生物碳代谢功能既受垃圾填埋单元有机碳的影响，也与填埋单元氮素水平密切相关。这项工作的目的是研究不同碳和氮的影响比在垃圾填埋场渗滤液微生物群落的数量如氨化、硝化和反硝化细菌，为渗滤液处理提供基础数据。本文研究以黑土进行填埋的垃圾填埋层为研究对象，采用室内试验比较研究了四种施氮处理（自然状态未调碳氮比，碳氮比5：1，20：1，50：1）定期采集样品。用MPN法测定垃圾填埋单元中微生物的数量。实验结果表明：（1）低碳氮比垃圾填埋单元氨化细菌，硝化细菌和反硝化细菌数量较大，高碳氮比垃圾填埋单元则相反。（2）随着时间推移，不同碳氮比改变了垃圾填埋单元中氨化细菌，硝化细菌和反硝化细菌数量均呈现了先增加后降低的趋势。由此可知，垃圾填埋单元中氮循环细菌数量与垃圾填埋单元的碳氮比值有关。

【关键词】碳氮比；氮循环；垃圾填埋单元

【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，我国主要以卫生填埋作为垃圾的主要处理方式。垃圾渗滤液是在垃圾填埋过程中产生并存在于垃圾填埋单元的一种高浓度废水，其中的氨氮是较为难处理的最主要的有害物质之一。本实验模拟垃圾填埋过程，通过调节不同碳氮比影响微生物代谢，进而影响微生物数量变化。将垃圾填埋单元调节成不同碳氮比的垃圾填埋单元，定期测定垃圾填埋单元中氮循环细菌数量，以探究不同碳氮比对垃圾填埋单元中氮循环细菌数量的影响及其规律，以及随着时间推移，不同碳氮比填埋单元中氮循环细菌数量的变化。为避免垃圾填埋过程中渗滤液造成土壤，水体污染和生物除氮提供依据。

1 材料及方法

1.1 实验材料

实验在吉林农业大学资源与环境学院实验室内进行，供试土壤采自于吉林农业大学周边黑土。供试土壤有机碳含量为0.6573%，全氮含量为1.725g/kg，填埋单元有机碳含量为14.11g/kg，全氮含量为5.364g/kg。供试的垃圾为白菜，土豆，采购于吉林农业大学旁农贸市场。

1.2 实验设计

用塑料瓶进行垃圾填埋（垃圾采用白菜、土豆）培养2个月后调节填埋单元的碳氮比，分别为调节自然条件下的垃圾填埋单元和碳氮比5：1，20：1；50：1的垃圾填埋单元。在温度为25℃的恒温箱内培养，每28T进行一次氮循环细菌数量测定，观察其数量变化。

1.3 填埋单元氮循环细菌数量测定

用MPN法测定垃圾填埋单元中氮循环细菌数量，分别配置氮循环细菌培养基。

每个填埋单元土样做5个10倍稀释，每个稀释度做三个平行，取垃圾填埋单元土样10g于90ml的无菌水中，然后用移液管依次稀释，每个试管中接种稀释土样1ml。

在28℃条件下，氨化细菌培养7d，硝化细菌，反硝化细菌培养14d，用纳氏试剂，格利斯试剂，二苯胺试剂等检测各种形态氮的产生和消失情况，最后查MPN表，得出1ml样品中的细菌数量。

2 结果与分析

2.1 不同碳氮比的垃圾填埋单元中氨化细菌的数量变化

氮素矿化的第一步是氨化作用。从表1中可以看出，调节碳氮比后28T，测得所有处理的填埋单元中氨化细菌数量均有大幅增长，而其中未调碳氮比的自然对照增幅较小。在第二个周期各处理的垃圾填埋单元中氨化细菌数量达到峰值且氨化细菌数量大小为碳氮比5：1>20：1>50：1>自然对照。在第三个周期时氨化细菌数量均有所下降。从时间变化规律看，不同碳氮比处理均出现了氨化细菌先增高后降低的趋势。

2.2 不同碳氮比的垃圾填埋单元中硝化细菌的数量变化

硝化作用是氨在微生物的作用下氧化为硝酸根的的过程，微生物将铵态氮转化为硝态氮。如表2所示调节碳氮比后第一个周期各碳氮比填埋单元中硝化细菌数量均有所增长。在第二周期时硝化细菌数量大幅度下降，与同在第二周期个填埋单元中氨化，反硝化细菌数量增减情况相反。各周期硝化细菌数量出现先增加后减少再增加的趋势。在同一周期不同碳氮比填埋单元中硝化细菌基本呈现为5：1>20：1>50：1，但在第一周期时垃圾填埋单元50：1垃圾填埋单元中硝化细菌数量大于了20：1硝化细菌数量。

2.3 不同碳氮比的垃圾填埋单元中反硝化细菌的数量变化

反硝化反应在自然界中具有非常重要的作用。（下转第84页）（上接第80页）第一个周期后，调节碳氮比实验组的反硝化细菌数量均有所增长，其中碳氮比为5：1的垃圾填埋单元中反硝化细菌数量增长幅度最大。在第一周期和第二周期中垃圾填埋单元中反硝化细菌数量呈上升趋势并且在第二周期各处理的垃圾填埋单元中反硝化细菌数量达到最大值，其中第二周期中碳氮比为5：1的垃圾填埋单元的反硝化细菌数量较第一周期增长近10倍。在第三周期中各处理的垃圾填埋单元的反硝化细菌数量均开始下降。其数量变化趋势与氨化细菌数量变化趋势基本一致（表3）。

3 讨论与结论

不同碳氮比可以影响垃圾填埋单元中有机物质的组成，从而影响垃圾填埋单元中微生物数量的变化。本研究发现：在不同碳氮比填埋单元同一时期时，随着碳氮比的升高，氨化细菌，硝化细菌和反硝化细菌数量有降低的趋势。从时间变化规律看，不同碳氮比处理均出现了氨化细菌和反硝化细菌先增高后降低的趋势，并且趋势趋于一致。而硝化细菌数量呈现先增高后减少再增高的现象。其可能的原因：（1）碳氮比低的垃圾填埋单元即本实验中碳氮比为5：1的垃圾填埋单元有利于微生物在有机质分解过程中的养分释放，垃圾填埋单元中有效氮增加；碳氮比高的垃圾填埋单元即本实验中碳氮比为50：1的垃圾填埋单元微生物在分解有机质的过程中会出现氮受限，微生物数量降低。因此低碳氮比的垃圾填埋单元微生物数量多于高碳氮比垃圾填埋单元微生物数量。（2）在第而周期时产生较多渗滤液，使垃圾填埋单元形成厌氧条件，而硝化细菌为好氧细菌，因此硝化细菌数量下降。

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[责任编辑：王楠]