荆门某填埋场渗滤液的微生物群落结构及功能分析

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-1180

摘要/Abstract

摘要：

采用Illumina MiSeq高通量测序技术对荆门某垃圾填埋场渗滤液的微生物群落组成、相对丰度和代谢功能进行研究。结果显示，渗滤液细菌种类隶属于23个门、62个纲、130个目、195个科和315个属，优势类群为Proteobacteria门（50.25%）和Pseudomonas属（20.25%）；真菌种类隶属于4个门、12个纲、21个目、31个科和38个属，优势类群为Basidiomycota门和Apiotrichum属，相对丰度为26.04%和21.62%。基于Tax4Fun软件预测垃圾渗滤液中微生物的代谢功能，结果表明KEGG途径代谢有最丰富的代谢群，基于FAPROTAX预测渗滤液细菌微生物的生态功能，表明细菌群落主要以碳（C）、氮（N）和硫（S）元素循环代谢型和动物病原型微生物为主，为深入了解垃圾渗滤液中微生物群落的组成和功能特征提供了重要信息。

关键词: 垃圾渗滤液, 种群结构, 高通量测序, 代谢功能

Abstract:

Illumina MiSeq high-throughput sequencing technology was used to investigate the microbial community composition，relative abundance and metabolic functions in landfill leachate from a landfill in Jingmen. The results showed that the species of leachate bacterial belonged to 23 phyla，62 classes，130 orders，195 families and 315 genus. The dominant groups were the phylum of Proteobacteria（50.25%） and the genus of Pseudomonas（20.25%）. The fungal species belonged to 4 phyla，12 classes，21 orders，31 families and 38 genus. The dominant groups were the phylum of Basidiomycota and the genus of Apiotrichum，with relative abundance of 26.04% and 21.62%. The predicted metabolic functions of microorganisms in waste leachate based on Tax4Fun software showed that the KEGG pathway metabolism had the most abundant group，and the predicted ecological functions of bacterial microorganisms in leachate based on FAPROTAX showed that the bacterial community was mainly dominated by carbon（C），nitrogen（N） and sulfur（S） elemental cycle metabolism and zoonotic microorganisms，providing important information for understanding the composition and functional characteristics of the microbial communities in landfill leachate.

Key words: landfill leachate, microbial structure, high-throughput sequencing, metabolic functional

中图分类号:

X172

赵倩, 陈丽媛, 李小堃, 漆韫绸, 潘红忠, 祝贤彬. 荆门某填埋场渗滤液的微生物群落结构及功能分析[J]. 工业水处理, 2023, 43(12): 101-108.

Qian ZHAO, Liyuan CHEN, Xiaokun LI, Yunchou QI, Hongzhong PAN, Xianbin ZHU. Microbial community structure and function analysis of leachate in a landfill in Jingmen[J]. Industrial Water Treatment, 2023, 43(12): 101-108.

https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I12/101

图/表 9

表1 渗滤液微生物群落结构特征

Table 1 Characterization of microbial communities in leachate

地区	样品	细菌门	优势属	参考文献
英国	渗滤液	Fibrobacters		〔8〕
美国	渗滤液	Firmicutes，Proteobacteria		〔9〕
巴西	渗滤液	Firmicutes	Syntrophomonas，Sedimentibacter，Pelotomaculum，Ureibacillus， Anaerobranca，Desulfitibacter，Paenibacillus，Proteiniphilum， Petrimonas	〔10〕
中国两大沿海城市	渗滤液	Thermotogota，Firmicutes，Bacteroidota	Defluvititoga， Hydrogenispora， Lentimicrobium	〔11〕

表2 渗滤液理化指标

Table 2 Physicochemical parameters of leachate samples

项目

COD/

（mg·L^-1）

TN/

（mg·L^-1）

NH₃-N/

（mg·L^-1）

NO₃ ^--N/

（mg·L^-1）

TP/

（mg·L^-1）

乙酸盐/

（mg·L^-1）

丙酸盐/

（mg·L^-1）

表3 渗滤液微生物α多样性

Table 3 Alpha diversity of microorganism in leachate

细菌					真菌
OTUs	Chao-1	Shannon	Coverage/%		OTUs	Chao-1	Shannon	Coverage/%
622	694.22	4.35	99.79		120	119.97	2.97	99.98

图1 α多样性

Fig.1 Alpha diversity

图2 渗滤液微生物群落结构

Fig.2 Microbial community structure of leachate

图3 基于KEGG数据库的功能基因注释

Fig.3 Functional gene annotation based on the KEGG database

图4 细菌群落功能预测

Fig.4 Prediction of bacterial community function

图5 α多样性相关性分析

Fig.5 Correlation analysis of α diversity

图6 渗滤液样品中理化指标与微生物的相关性注：Bacte指Bacteroidota，Cloac指Cloacimonetes，Firmi指Firmicutes，Prote指Proteobacteria，Spiro指Spirochaetes，Syner指Synergistetes，Therm指Thermotogae。

Fig.6 Correlation coefficents between physicochemical indicators and microbial in leachate

参考文献 24

1	何佩霖，高雅，刘新. 磁化改性吸附剂去除废水中污染物的研究进展［J］. 工业水处理，2022，42（12）：47-54. doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-1137
	HE Peilin， GAO Ya， LIU Xin. Research progress on the removal of pollutants in wastewater by magnetized modified adsorbents［J］. Industrial Water Treatment，2022，42（12）：47-54. doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-1137
2	陈俊任，张立斌，刘晴晴，等. 垃圾渗滤液培养微藻研究进展：向碳中和迈进［J］.工业水处理，2022，42（11）：32-39 . doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-1033
	CHEN Junren， ZHANG Libin， LIU Qingqing，et al. Research progress in the cultivation of microalgae with landfill leachate：A step change towards carbon neutrality［J］. Industrial Water Treatment，2022，42（11）：32-39. doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-1033
3	ZHAO Renxin， LIU Jie， FENG Jie，et al. Microbial community composition and metabolic functions in landfill leachate from different landfills of China［J］. Science of the Total Environment，2021，767：144861. doi:10.1016/j.scitotenv.2020.144861
4	朱爽，陈大志，刘顺会，等. 垃圾填埋场中真细菌群落16S rRNA基因的分析［J］. 环境科学与技术，2012，35（S2）：8-11.
	ZHU Shuang， CHEN Dazhi， LIU Shunhui，et al. Characterization of eubacteria community in landfill by determining restriction fragment length polymorphisms of 16S rRNA genes［J］. Environmental Science & Technology，2012，35（S2）：8-11.
5	张雪，乔雪姣，苏佳，等. 垃圾渗滤液处理厂活性污泥微生物种群结构和功能分析［J］. 北京大学学报（自然科学版），2021，57（5）：927-937. doi:10.13209/j.0479-8023.2021.069
	ZHANG Xue， QIAO Xuejiao， SU Jia，et al. Microbial structure and function of activated sludge in landfill leachate treatment plant［J］. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis，2021，57（5）：927-937. doi:10.13209/j.0479-8023.2021.069
6	SONG Liyan， WANG Yangqing， TANG Wei，et al. Bacterial community diversity in municipal waste landfill sites［J］. Applied Microbiology and Biotechnology，2015，99（18）：7745-7756. doi:10.1007/s00253-015-6633-y
7	DOUGLAS G M， MAFFEI V J， ZANEVELD J R，et al. PICRUSt2 for prediction of metagenome functions［J］. Nature Biotechnology，2020，38（6）：685-688. doi:10.1038/s41587-020-0548-6
8	MCDONALD J E， LOCKHART R J， COX M J，et al. Detection of novel Fibrobacter populations in landfill sites and determination of their relative abundance via quantitative PCR［J］. Environmental Microbiology，2008，10（5）：1310-1319. doi:10.1111/j.1462-2920.2007.01544.x
9	STAMPS B W， LYLES C N， SUFLITA J M，et al. Municipal solid waste landfills harbor distinct microbiomes［J］. Frontiers in Microbiology，2016，7：534. doi:10.3389/fmicb.2016.00534
10	KÖCHLING T， SANZ J L， GAVAZZA S，et al. Analysis of microbial community structure and composition in leachates from a young landfill by 454 pyrosequencing［J］. Applied Microbiology and Biotechnology，2015，99（13）：5657-5668. doi:10.1007/s00253-015-6409-4
11	KE Han， LI Jinghang， ZHANG Xuanqi，et al. Bacterial community structure and predicted metabolic function of landfilled municipal solid waste in China［J］. Sustainability，2022，14（6）：3144. doi:10.3390/su14063144
12	徐芯渝，李伟民，叶姜瑜. 光合细菌强化SBR系统处理垃圾渗滤液及生物群落结构分析［J］. 环境工程，2020，38（1）：99-104.
	XU Xinyu， LI Weimin， YE Jiangyu. Treatment of landfill leachate by photosynthetic bacteria in sbr system and analysis on biological community structure［J］. Environmental Engineering，2020，38（1）：99-104.
13	赵晴，刘梦莹，吕慧，等. 耦合短程硝化反硝化的垃圾渗滤液厌氧氨氧化处理系统构建及微生物群落分析［J］. 环境科学，2019，40（9）：4195-4201. doi:10.13227/j.hjkx.201901247
	ZHAO Qing， LIU Mengying， Hui LÜ，et al. Setup and microbial community analysis of ANAMMOX system for landfill leachate treatment coupling partial nitrification-denitrification process［J］. Environmental Science，2019，40（9）：4195-4201. doi:10.13227/j.hjkx.201901247
14	吴长淋. 垃圾渗滤液生化处理系统中微生物群落多样性对比分析［J］. 环境与发展，2018，30（4）：39-41.
	WU Changlin. Comparison and analysis of microbial community diversity in the biochemical treatment system of landfill leachate［J］. Environment and Development，2018，30（4）：39-41.
15	黄立南，周惠，陈月琴，等. 垃圾填埋场渗滤液中古细菌群落16S rRNA基因的ARDRA分析［J］. 生态学报，2002，22（7）：1085-1090. doi:10.3321/j.issn:1000-0933.2002.07.017
	HUANG Li’nan， ZHOU Hui， CHEN Yueqin，et al. ARDRA analysis of 16S rRNA genes from the archaeal community in landfill leachate［J］. Acta Ecologica Sinica，2002，22（7）：1085-1090. doi:10.3321/j.issn:1000-0933.2002.07.017
16	DOS SANTOS V H J M， DE MEDEIROS ENGELMANN P， MARCONATTO L，et al. Exploratory analysis of the microbial community profile of the municipal solid waste leachate treatment system：A case study［J］. Waste Management，2022，141：125-135. doi:10.1016/j.wasman.2022.01.014
17	李明，李忠和. 自然水体生物膜中微生物群落结构与组成分析［J］. 科学技术与工程，2018，18（15）：345-348. doi:10.3969/j.issn.1671-1815.2018.15.054
	LI Ming， LI Zhonghe. Microbial community structure and composition in the natural biofilms［J］. Science Technology and Engineering，2018，18（15）：345-348. doi:10.3969/j.issn.1671-1815.2018.15.054
18	JU Feng， ZHANG Tong. Bacterial assembly and temporal dynamics in activated sludge of a full-scale municipal wastewater treatment plant［J］. The ISME Journal，2015，9（3）：683-695. doi:10.1038/ismej.2014.162
19	FANG Dexin， ZHAO Gen， XU Xiaoyi，et al. Microbial community structures and functions of wastewater treatment systems in plateau and cold regions［J］. Bioresource Technology，2018，249：684-693. doi:10.1016/j.biortech.2017.10.063
20	BATES S T， CLEMENTE J C， FLORES G E，et al. Global biogeography of highly diverse protistan communities in soil［J］. The ISME Journal，2013，7（3）：652-659. doi:10.1038/ismej.2012.147
21	NIKOLAIVITS E， DIMAROGONA M， FOKIALAKIS N，et al. Marine-derived biocatalysts：Importance，accessing，and application in aromatic pollutant bioremediation［J］. Frontiers in Microbiology，2017，8：265. doi:10.3389/fmicb.2017.00265
23	SONG Liyan， SHI Lei， ZHAO Youcai，et al. Novel engineering controls to increase leachate contaminant degradation by refuse：From lab test to in situ engineering application［J］. Ecological Engineering，2011，37（11）：1914-1919. doi:10.1016/j.ecoleng.2011.06.023
24	SEKHOHOLA-DLAMINI L， TEKERE M. Microbiology of municipal solid waste landfills：A review of microbial dynamics and ecological influences in waste bioprocessing［J］. Biodegradation，2020，31（1）：1-21. doi:10.1007/s10532-019-09890-x

[1]	李金, 仇璐, 刘锐, 李军, 李瀚屹, 颜兵, 何江, 梁贤金, 易彪. 垃圾渗滤液处理系统方案评价模型研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(3): 121-128.
[2]	钟全发, 钟琳, 徐国徽, 金青海, 余瑾, 徐飞, 何頔. 垃圾渗滤液膜浓缩液全量化处理中溶解性有机物分子水平转化特征[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 109-117.
[3]	谷立坤, 郝建新, 岳金葳, 许贺铭, 曹冬辉, 李奕潮, 彭赵旭, 张建云. 垃圾发电厂渗滤液厌氧反应器启动污泥适应性研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(9): 75-84.
[4]	陈海, 许森飞, 朱焕铮, 张春远, 张涛, 陆洁平, 何仕均. 电子束技术处理垃圾渗滤液研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(2): 166-171.
[5]	张惠祥, 张学敏, 孙三祥, 李丽. 超高压反渗透技术处理西北某垃圾渗滤液小试研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(12): 104-108.
[6]	顾晓扬, 汪晓军, 陈振国. 老龄垃圾渗滤液厌氧氨氧化处理工程运行效能分析[J]. 工业水处理, 2024, 44(11): 182-187.
[7]	钱朕, 何战友, 金鹏康, 金鑫, 宗宇凯, 杨超, 许兰洲. 垃圾渗滤液的延时搅拌造粒混凝处理特性研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(1): 88-95.
[8]	丁西明, 闵海华, 高波, 汤萌萌. 垃圾渗滤液处理节能增效技术措施探讨[J]. 工业水处理, 2023, 43(8): 193-197.
[9]	宋恒玥, 刘芝宏, 周爱娟, 岳秀萍, 崔颖. 吹脱超声强化垃圾渗滤液碱性厌氧发酵产酸研究[J]. 工业水处理, 2023, 43(12): 155-161.
[10]	陆飞鹏, 孔芹, 古创, 王博, 肖诚斌, 陈方方, 李向东, 郑晓宇, 安瑾. 老龄填埋场渗滤液精馏脱氮处理过程碳排放分析[J]. 工业水处理, 2023, 43(12): 181-187.
[11]	贺磊, 周涛, 赵由才. 气态膜法回收垃圾渗滤液氨氮技术进展与机理探讨[J]. 工业水处理, 2023, 43(12): 52-57.
[12]	相延铮, 何成达, 朱腾义, 何瑜. 碳源对除磷颗粒污泥除污效能和微生物特性的影响[J]. 工业水处理, 2023, 43(12): 89-95.
[13]	杨超,金鑫,郭雨阁,金鹏康. 渗滤液处理站升级改造方案研究与工艺设计[J]. 工业水处理, 2023, 43(1): 151-156.
[14]	戴昕, 高尚, 刘军, 郭燕. 类Fenton氧化法用于填埋场垃圾渗滤液的深度处理[J]. 工业水处理, 2022, 42(8): 108-112.
[15]	章万喜, 潘乔晖, 黎忠, 詹广峰, 梁慧敏, 何丽君, 孔成功. UASB—MBR—NF/RO工艺处理焚烧发电厂垃圾渗滤液[J]. 工业水处理, 2022, 42(8): 157-162.

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容