PART/1、研究背景

PART/2、研究(jiu)思路

PART/3、研(yan)究結(jie)果(guo)展示(shi)

結果表明(ming)，符合(he)(he)衛(wei)(wei)生標(biao)(biao)準的(de)垃(la)圾埋(mai)場(chang)和(he)不符合(he)(he)衛(wei)(wei)生標(biao)(biao)準的(de)垃(la)圾填埋(mai)場(chang)覆蓋土(tu)(tu)壤(rang)均呈堿性，符合(he)(he)衛(wei)(wei)生標(biao)(biao)準的(de)垃(la)圾填埋(mai)場(chang)土(tu)(tu)壤(rang) pH 值更穩定，DOC、AN 和(he) AS 含量略高(gao)，但是，六種重金屬含量在兩種垃(la)圾填埋(mai)場(chang)類型(xing)間無顯著差異，且均低于(yu)中(zhong)國土(tu)(tu)壤(rang)環境質量二級(ji)標(biao)(biao)準。

表(biao)1  SL和NSL垃圾填(tian)埋場覆蓋土壤的基本性質和重金屬含量

NSL和SL中的1、2、3分別表示表層土、底土和深層土，下同。a、 b表示在以下條件下土壤樣本之間的顯著差異P<0.05。

C循環

檢(jian)(jian)測基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)及其功(gong)能：共測量了(le)35個參(can)與(yu)碳循環的(de)(de)(de)(de)(de)(de)功(gong)能基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)（圖1）。結果顯(xian)示：在(zai)40-60cm土(tu)壤樣本中(zhong)未(wei)檢(jian)(jian)測到參(can)與(yu)淀粉降(jiang)(jiang)解(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de) amyX 和(he)(he)(he) Isop 基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)；參(can)與(yu)纖維素(su)降(jiang)(jiang)解(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de) naglu 基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)和(he)(he)(he)參(can)與(yu)幾丁(ding)質(zhi)(zhi)降(jiang)(jiang)解(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)exc基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)；在(zai) SL 表層(ceng)土(tu)壤中(zhong)，參(can)與(yu)木質(zhi)(zhi)素(su)降(jiang)(jiang)解(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)pox基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)和(he)(he)(he) mcrA 基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)豐度顯(xian)著高于 SL 表層(ceng)土(tu)壤；在(zai)NSL和(he)(he)(he)SL的(de)(de)(de)(de)(de)(de)底(di)土(tu)中(zhong)，與(yu)淀粉降(jiang)(jiang)解(jie)有關(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)gam；參(can)與(yu)半纖維素(su)降(jiang)(jiang)解(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)ablf、manA和(he)(he)(he)xylA；參(can)與(yu)木質(zhi)(zhi)素(su)降(jiang)(jiang)解(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)lig和(he)(he)(he)mnp；參(can)與(yu)C固定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)aclB、acsA、acsE、korA、mct和(he)(he)(he)rbcL；參(can)與(yu)甲烷產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)emGDH以及在(zai)甲烷氧化(hua)中(zhong)起作用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)mmox和(he)(he)(he)pmoA在(zai)基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)豐度上存在(zai)顯(xian)著差異（P<0.05）。就深層(ceng)土(tu)壤而言，除pox基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)，SL的(de)(de)(de)(de)(de)(de)所有基(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)豐度均(jun)顯(xian)著高于NSL（P<0.05）。

基(ji)(ji)因(yin)(yin)豐(feng)度(du)變(bian)化趨勢：在NSL和(he)SL中檢測到的(de)(de)C循(xun)環基(ji)(ji)因(yin)(yin)的(de)(de)平(ping)均(jun)拷貝數分別為1.48×109copies/g和(he)2.98×109copies/g。從SL表層(ceng)(ceng)土(tu)到深(shen)層(ceng)(ceng)土(tu)，C降(jiang)解、C固(gu)定以(yi)及甲烷(wan)代謝相關基(ji)(ji)因(yin)(yin)豐(feng)度(du)呈下降(jiang)趨勢。這(zhe)些基(ji)(ji)因(yin)(yin)在NSL表層(ceng)(ceng)土(tu)和(he)底(di)土(tu)之間差異不大(da)，但在深(shen)層(ceng)(ceng)土(tu)中基(ji)(ji)因(yin)(yin)豐(feng)度(du)明(ming)顯(xian)降(jiang)低(di)。除(chu)(chu)此(ci)之外，在深(shen)層(ceng)(ceng)土(tu)，除(chu)(chu)pox基(ji)(ji)因(yin)(yin)外，SL組所有基(ji)(ji)因(yin)(yin)豐(feng)度(du)顯(xian)著高(gao)于NSL 組。

圖1垃圾填埋場土(tu)(tu)壤(rang)中碳(tan)(tan)功能基因(yin)豐度。a碳(tan)(tan)降解(jie)基因(yin)豐度。A、 B、C、D、E和F分(fen)別表(biao)(biao)示(shi)(shi)與淀粉(fen)、半纖維(wei)素、纖維(wei)素、果膠、幾丁質和木質素有關的(de)基因(yin)。b固碳(tan)(tan)和甲(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)代謝基因(yin)豐度；A、 B和C分(fen)別表(biao)(biao)示(shi)(shi)與碳(tan)(tan)固定、產甲(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)和甲(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)氧(yang)化(hua)相關的(de)基因(yin)。*、**和***分(fen)別表(biao)(biao)示(shi)(shi)土(tu)(tu)壤(rang)樣本之間的(de)顯著差(cha)異P<0.05、P<0.01和P<0.001。誤(wu)差(cha)棒表(biao)(biao)示(shi)(shi)土(tu)(tu)壤(rang)沉積物基因(yin)豐度的(de)標(biao)準偏差(cha)（n=3）。

N循環

檢(jian)測基因及其功能：檢(jian)測了參與氮循環(huan)過程的(de)22個(ge)基因，如固(gu)氮、硝(xiao)化(hua)、反硝(xiao)化(hua)、氨化(hua)和氮氧化(hua)還原等。

基(ji)(ji)因(yin)(yin)豐(feng)度(du)變化：在不(bu)符合衛(wei)生(sheng)標(biao)準(zhun)(zhun)或符合衛(wei)生(sheng)標(biao)準(zhun)(zhun)的(de)(de)垃圾填埋土(tu)壤(rang)中(zhong)(zhong)均(jun)未(wei)檢測到(dao)hzo和(he)hzsA基(ji)(ji)因(yin)(yin)（圖2a）。NSL和(he)SL中(zhong)(zhong)檢測到(dao)的(de)(de)N循環基(ji)(ji)因(yin)(yin)的(de)(de)平均(jun)拷貝數分別為每克土(tu)壤(rang)1.42×109 copies/g和(he)2.82×109 copies/g。對這20個(ge)(ge)基(ji)(ji)因(yin)(yin)在3個(ge)(ge)土(tu)壤(rang)層中(zhong)(zhong)的(de)(de)豐(feng)度(du)進行比較后發現，SL和(he)NSL的(de)(de)表(biao)層土(tu)壤(rang)基(ji)(ji)因(yin)(yin)豐(feng)度(du)沒有顯著(zhu)差(cha)異。然而(er)，在SL底土(tu)中(zhong)(zhong)，nifH、amoA1、amoB、nirK2、nirS、nosZ、ureC和(he)gdh基(ji)(ji)因(yin)(yin)的(de)(de)豐(feng)度(du)顯著(zhu)較高（P<0.05）。在SL深(shen)層土(tu)壤(rang)中(zhong)(zhong)，除(chu)nxrA基(ji)(ji)因(yin)(yin)外，其他所有檢測到(dao)的(de)(de)基(ji)(ji)因(yin)(yin)的(de)(de)豐(feng)度(du)均(jun)顯著(zhu)較高（P<0.05）。

P循環(huan) 

參與基(ji)因(yin)及功能：檢測了與磷礦化、增溶(rong)、生物合成和水(shui)解相關的9個功能基(ji)因(yin)。

基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)豐(feng)度變(bian)化(hua)：檢(jian)(jian)測(ce)到7個基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)（不(bu)包括bpp和(he)cphy基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)），NSL和(he)SL中(zhong)檢(jian)(jian)測(ce)到的(de)P循環基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)的(de)平(ping)均(jun)拷貝數分(fen)別為1.82×109 copies/g和(he)3.54×109 copies/g（圖2b）。SL表層土(tu)(tu)壤中(zhong)phoD和(he)ppx基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)豐(feng)度明顯較高。在(zai)SL底土(tu)(tu)中(zhong)，磷(lin)礦化(hua)相關基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)phnk和(he)phoD以及磷(lin)水解相關基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)ppx顯著(zhu)較高。另外，檢(jian)(jian)測(ce)的(de)所有基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)在(zai)SL深層土(tu)(tu)的(de)豐(feng)度均(jun)顯著(zhu)高于NSL深層土(tu)(tu)（P<0.01）。

 S硫(liu)循環

參與基因(yin)及功能：共檢(jian)測5個基因(yin)，其中3個基因(yin)（apsA、dsrA和dsrB）與硫(liu)還原有關，2個基因(yin)（SoxY和edZ）與硫(liu)氧化有關。

基(ji)因豐(feng)度變化：NSL和SL中檢測到的S循環相關基(ji)因的平均(jun)拷(kao)貝數分別為(wei)1.51×109 copies/g和3.02×109copies/g（圖。2c）。在40-60cm土(tu)層(ceng)中apsA基(ji)因在SL 的表達水平顯(xian)著(zhu)較高(gao)(gao)（P<0.05）。在SL底土(tu)和深層(ceng)土(tu)壤中，SoxY和YedZ基(ji)因豐(feng)度顯(xian)著(zhu)較高(gao)(gao)（P<0.05），且SL深層(ceng)土(tu)壤中dsrA和dsrB基(ji)因豐(feng)度顯(xian)著(zhu)高(gao)(gao)于NSL（P<0.05）。

為了評估CNPS功(gong)能基因與(yu)土(tu)壤(rang)(rang)性(xing)質之間的(de)相關性(xing)，通過(guo)Mantel檢驗(yan)進行(xing)驗(yan)證(zheng)（表(biao)2）。結(jie)果表(biao)明，功(gong)能基因與(yu)一些(xie)環境因素(su)顯著(zhu)(zhu)相關（P<0.05），尤其是pH、DOC、AN和AS。此外，單獨(du)驗(yan)證(zheng)C、N、P和S基因和pH、DOC、AN、AP和AS，結(jie)果顯示(shi)，除AP外，所有營(ying)養元素(su)的(de)利(li)用性(xing)均(jun)與(yu)CNPS功(gong)能基因豐度顯著(zhu)(zhu)相關（P<0.05）。最(zui)顯著(zhu)(zhu)的(de)因素(su)是AN（P=0.001）。微生物基因與(yu)DOC或AS的(de)相關性(xing)較弱（P<0.05）。并且，土(tu)壤(rang)(rang)中存在(zai)的(de)六(liu)種重金屬均(jun)與(yu)CNPS基因豐度沒有顯著(zhu)(zhu)關系。

利用VPA分析方(fang)法，通(tong)過15種(zhong)土壤化學性(xing)質(zhi)（SOM、DOC、TN、TP、TS、AN、AP、AS、Cu、Cd、Cr、Zn、Ni和(he)(he)(he)Hg）闡明CNPS基(ji)因(yin)豐度的百分比方(fang)差(cha)。結果(guo)表(biao)明，6種(zhong)重金屬(shu)和(he)(he)(he)9種(zhong)基(ji)本性(xing)質(zhi)分別(bie)占總方(fang)差(cha)的14.1%和(he)(he)(he)62.3%（圖3a），pH值和(he)(he)(he)DOC分別(bie)占總方(fang)差(cha)的11.2%和(he)(he)(he)26.9%（圖3b），AN貢獻了總方(fang)差(cha)中的56.9%，7種(zhong)基(ji)本性(xing)質(zhi)（SOM、DOC、TN、TP、TS、AP和(he)(he)(he)AS）占總變異的55.3%，AN與(yu)7種(zhong)基(ji)本屬(shu)性(xing)之間的相(xiang)互(hu)作用占總方(fang)差(cha)（圖3c）的53.8%。Mantel檢驗(yan)和(he)(he)(he)VPA結果(guo)表(biao)明，AN（尤其(qi)是AN）、DOC和(he)(he)(he)pH是與(yu)CNPS功能基(ji)因(yin)豐度相(xiang)關(guan)的主要因(yin)素。

PART/4、總結

本(ben)研(yan)(yan)究(jiu)表(biao)明(ming)，符(fu)合(he)衛(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)標準的(de)垃(la)圾(ji)填(tian)(tian)埋(mai)(mai)場(chang)(chang)能(neng)提(ti)高(gao) CNPS 微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)功(gong)能(neng)基(ji)因(yin)(yin)(yin)豐(feng)度，與以往研(yan)(yan)究(jiu)對比，本(ben)研(yan)(yan)究(jiu)中垃(la)圾(ji)填(tian)(tian)埋(mai)(mai)場(chang)(chang)表(biao)層(ceng)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)的(de) CNPS 功(gong)能(neng)基(ji)因(yin)(yin)(yin)豐(feng)度高(gao)于(yu)農場(chang)(chang)和河(he)流沉積物(wu)表(biao)層(ceng)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)；同時，填(tian)(tian)埋(mai)(mai)類型也(ye)會影(ying)(ying)響(xiang)功(gong)能(neng)基(ji)因(yin)(yin)(yin)豐(feng)度，不符(fu)合(he)衛(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)垃(la)圾(ji)填(tian)(tian)埋(mai)(mai)場(chang)(chang)因(yin)(yin)(yin)缺乏防護(hu)導致(zhi)長期有毒厭氧(yang)環(huan)境(jing)(jing)，抑(yi)制了(le)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)功(gong)能(neng)基(ji)因(yin)(yin)(yin)表(biao)達(da)；其(qi)次，土(tu)(tu)壤(rang)(rang)深(shen)度是影(ying)(ying)響(xiang)基(ji)因(yin)(yin)(yin)豐(feng)度的(de)重要因(yin)(yin)(yin)素，深(shen)層(ceng)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)因(yin)(yin)(yin)厭氧(yang)條件限制微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)活性，導致(zhi)基(ji)因(yin)(yin)(yin)豐(feng)度下降；本(ben)研(yan)(yan)究(jiu)中功(gong)能(neng)基(ji)因(yin)(yin)(yin)豐(feng)度與土(tu)(tu)壤(rang)(rang) pH 值、DOC、AN 和 AS 顯著相關，土(tu)(tu)壤(rang)(rang)重金(jin)屬影(ying)(ying)響(xiang)不明(ming)顯（可能(neng)是由于(yu)所取樣本(ben)中的(de)重金(jin)屬濃度低）。本(ben)研(yan)(yan)究(jiu)借助高(gao)通量 qPCR 芯片技術(shu)，成功(gong)揭示(shi)了(le)符(fu)合(he)衛(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)標準的(de)垃(la)圾(ji)填(tian)(tian)埋(mai)(mai)和不符(fu)合(he)衛(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)標準的(de)垃(la)圾(ji)填(tian)(tian)埋(mai)(mai)場(chang)(chang)中 CNPS 微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)功(gong)能(neng)基(ji)因(yin)(yin)(yin)豐(feng)度的(de)差異及其(qi)與土(tu)(tu)壤(rang)(rang)性質(zhi)的(de)關系。該技術(shu)的(de)應用為垃(la)圾(ji)填(tian)(tian)埋(mai)(mai)場(chang)(chang)的(de)科(ke)學管理和生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)態保護(hu)提(ti)供了(le)精確而全(quan)面(mian)的(de)數(shu)據支持，展(zhan)示(shi)了(le)其(qi)在環(huan)境(jing)(jing)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)研(yan)(yan)究(jiu)領域的(de)巨(ju)大潛力。