一种污染场地修复过程中微生物群落变化信息的采集方法

1.本发明涉及地下水污染治理技术领域，尤其涉及一种污染场地修复过程中微生物群落变化信息的采集方法。


背景技术：

2.有机物是最常见、治理最困难的一类污染物，由于其广泛使用和处理方法不当，经常对土壤和地下水造成严重污染物，对生态环境和人类健康危害极大。在有机污染原位修复过程中，生物降解法是一种去除有机物的有效方法。相对于物理法和化学法，生物法具有环境友好、经济可行、操作简单等优点而受到广泛的关注。
3.地下微生物包括附着在含水层中固体颗粒上的，以及悬浮于地下水中的微生物。一般认为，原始和受污染的含水层中，悬浮微生物仅占总生物量的0.01-10％，因此地下悬浮微生物不能完全代表地下群落，而附着在沉积物上的微生物才更能代表含水层的微生物群落特征，如主要附着在沉积物上的金属还原菌和反硝化细菌，这些细菌很难在地下水中检测到。
4.附着在沉积物上的微生物可以通过钻孔进行采样得到，但该取样过程昂贵和耗时，且不能重复采样。bio-trap是污染场地修复过程中常用的微生物采样装置，近年来，研究者利用活性炭、尼龙、芳纶、石英砂等制作bio-trap，但该方法富集的微生物数量较少，并且与沉积物相比，取样器中微生物群落与原位地下水中微生物群落更接近，不能完全代表沉积物附着微生物。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种污染场地修复过程中微生物群落变化信息的采集方法，采集得到的微生物群落变化信息更接近实际环境，而且无需频繁进行原位钻孔取样，采集效率更高，成本更低。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种污染场地修复过程中微生物群落变化信息的采集方法，基于采集绳以及连接在采集绳上的采集装置进行，采集装置具有透水性；
8.采集过程包括如下步骤：
9.在污染场地修复前，获取污染场地原位沉积物，将所获取原位沉积物填装至若干采集装置中，随后将采集装置均下放并浸没至监测井内的地下水之中，驯化采集装置所填装原位沉积物中的微生物群落；
10.在污染场地开始修复后，根据修复工程的进度，在不同的时间点将若干采集装置取出，并送回实验室对所填装原位沉积物中的微生物群落进行后续的测试分析。
11.进一步的，所述原位沉积物在污染场地通过手持式土壤取样钻机获得。
12.进一步的，在污染场地修复前，获取的原位沉积物密封、避光保存，保存温度为0-6℃，并在厌氧箱中填装至每一采集装置中。
13.进一步的，在污染场地修复后，取出的采集装置抽真空密封、避光保存，保存温度低于0℃。
14.进一步的，所述采集装置为带孔管体或纱布。
15.本发明的有益效果为：
16.本发明的优点在于：采集装置填装原位沉积物后，通过采集绳将其悬挂在监测井内，每隔一段时间取出采集装置以获得微生物群落节点数据，进而开展微生物群落变化分析工作，本发明采集得到的微生物群落变化信息更接近实际环境，而且无需频繁进行原位钻孔取样，采集效率更高，成本更低。
附图说明
17.图1为本发明采集绳与采集装置组装后的结构示意图；
18.图2为不同处理条件下bio-trap装置沉积物中微生物数量变化图。
19.标注说明：1、采集绳，2、采集装置。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明作进一步说明。
21.请参阅图1所示，一种污染场地修复过程中微生物群落变化信息的采集方法，基于采集绳1以及连接在采集绳1上的采集装置2进行，采集装置2具有透水性。此处的透水性是指采集装置2填装沉积物并放置在水体之中后，水可以透过采集装置2与沉积物接触。一般的，采集装置2为带孔管体或纱布，或采用其他具有透水性的材料制成。
22.为顺利进行污染场地修复，污染场地设有监测井，以进行各项监测。
23.采集过程包括如下步骤：
24.在污染场地修复前，获取污染场地原位沉积物，将所获取原位沉积物填装至若干采集装置2中，随后将采集装置2均下放并浸没至监测井内的地下水之中，驯化采集装置2所填装原位沉积物中的微生物群落，也就是使采集装置2中的微生物群落更接近实际环境。一般的，驯化时间至少为15天。
25.其中，原位沉积物在实际修复场地通过手持式土壤取样钻机获得。在污染场地修复前，原位沉积物密封、避光保存，保存温度为0-6℃，并在厌氧箱中填装至每一采集装置2中。一般的，保存温度为4℃。
26.具体的，原位沉积物在实际修复场地通过手持式土壤取样钻机获得，采集的每一段沉积柱，取上来后两端缠上保鲜膜，并使用黑胶套封口，透明胶带密封，黑色样品袋避光，带回实验室保存。
27.在污染场地开始修复后，根据修复工程的进度，在不同的时间点将若干采集装置2取出，并送回实验室对所填装原位沉积物中的微生物群落进行后续的测试分析。作为其中一种实施方式，一根采集绳1上设有若干采集装置2，在某一时间点将若干采集装置2取出后，其余采集装置2放回监测井中，且应保证迅速放回；作为其中另一种实施方式，一根采集绳1上设有一个或多个采集装置2，准备若干上述采集绳1-采集装置2组合，在某一时间点将若干采集绳1-采集装置2组合取出后，其余采集绳1-采集装置2组合保留在监测井中。为避免采集过程中的采集装置2过度曝氧，常选择后一实施方式。
28.其中，在污染场地修复后，取出的采集装置2抽真空密封保存，保存温度低于0℃。实际作业时，抽真空密封保存一般采用真空袋，低温保存一般采用干冰。
29.需要说明的是，采集装置2的数量、容积以及采集装置2取出的时间间隔、数量均根据采集需要而定。
30.在一具体的实施例中，在受氯代烃污染的场地，通过向水井中曝气，创造不同的氢气和氧气存在条件，探究不同的氢气和氧气条件对微生物群落结构和功能的影响，以及bio-trap装置(采集绳1、采集装置2以及原位沉积物的组合)对指示野外工程实验过程中微生物群落动态变化的适用性。
31.一、实验场地及方法
32.研究区域位于天津市的一个化学污染场地。设置3口监测井，用于提供不同的h2和o2环境，分别为h2/o2、h2、o2，井深7m，井间距2m。地下水为中性，ph值在7.35～7.83之间。
33.采集装置2由10ml离心管制成，在管壁戳若干小孔，便于地下水与离心管中的沉积物接触。离心管用原位沉积物完全充填，原位沉积物在该场地深度-5m处采集。离心管用尼龙绳系好，将离心管悬挂在监测井中。
34.利用电解槽装置向监测井中提供不同的h2和o2。首先将井口密闭，将电解产生的h2和o2分别通入3口井中。将电解产生的h2和o2同时通入h2/o2井中，h2井只通入单独的h2，o2井只通入单独的o2。定期从3口井中取出离心管，用于分析微生物群落结构和理化指标的变化。
35.二、不同条件bio-trap装置沉积物中的微生物丰度
36.微生物在有机污染场地修复过程中起着至关重要的作用。对不同h2、o2条件下bio-trap装置沉积物中的微生物，通过16s rrna序列的qpcr技术分析了微生物总量的变化，通过16s rrna基因扩增序列的高通量测序技术分析了微生物群落的变化。从图2可以看出，在混合h2/o2条件下，沉积物中微生物数量明显增加(6.7-7.6)。在h2条件下，微生物数量在前8天下降，然后在接下来的4天增加到初始的微生物数量。在o2条件下，微生物数量在前4天呈下降趋势，之后8天呈上升趋势，最终较初始微生物数量略有增加。混合h2/o2条件下微生物数量增加的最多。
37.三、不同条件bio-trap装置沉积物中的微生物群落变化
38.表1和表2显示了不同h2、o2条件实验过程中，丰度前10的微生物菌门和菌纲的变化情况。
39.表1：不同h2、o2条件下门水平微生物相对丰度变化(％)
[0040][0041]
表2：不同h2、o2条件下纲水平微生物相对丰度变化(％)
[0042][0043]
经过12天的试验，3种不同h2、o2条件下bio-trap装置沉积物中的微生物群落结构发生了显著变化。在h2/o2条件下，proteobacteria(以gammaproteobacteria菌纲为主)和epsilonbacteraeota(以campylobacteria菌纲为主)菌门的相对丰度显著增加，而firmicutes菌门的相对丰度降低。在o2条件下，优势微生物的组成出现较大波动，在第4、8、12天分别以epsilonbacteraeota，actinobacteria，firmicutes菌门为主。h2条件下，proteobacteria(以gammaproteobacteria菌纲为主)、bacteroidetes(以bacteroidia菌纲为主)和chloroflexi(以anaerolineae和dehalococcoidia菌纲为主)菌门的相对丰度显著增加，actinobacteria菌门的相对丰度显著降低。
[0044]
epsilonbacteraeota为化能自养生长，可以利用硫代硫酸盐、单质硫和氢气作为能源，并且将产生的电子通过反硝化传递至硝酸盐生成氮气。该菌门在h
2/
o2条件下明显的增多，可能是由于氢气为能源促进了该类微生物的生长。
[0045]
总的来说，本发明采集得到的微生物群落变化信息更接近实际环境，而且无需频繁进行原位钻孔取样，采集效率更高，成本更低。
[0046]
当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。