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CO_2—咸水—砂岩相互作用过程中微生物群落结构及多样性特征研究

卢伟  
【摘要】:近些年来,由于工业化和经济的不断发展所引起的化石燃料燃烧所排放的温室气体引起了人类的广泛关注。国际上提出了许多应对全球气候变化的新方法和新技术,二氧化碳捕获与封存技术,即CCS技术脱颖而出,是目前国际社会公认的应对气候变化的重要对策和显著减少温室气体排放量的有效技术手段之一。而在二氧化碳地质储存过程中,微生物是不可缺少的生命群落,且数量巨大,种类繁多。CO_2-水-岩相互作用过程中,微生物是不可忽视的,尤其是其动力学过程所带来的影响,一方面能够使反应速率发生改变,另一方面还可以作为反应物影响矿物溶解/沉淀的速率。因此,微生物群落的结构及其多样性会随着CO_2溶解-沉淀捕获过程做出动态的响应变化。然而,目前关于“微生物群落对CO_2-水-岩作用过程中地球化学变化的响应”的认知较少,且国内尚未见报道。本研究首先对实际场地进行了采样调研,考察了微生物宏基因组信息及水化学组分等指标。结果表明,由于CO_2的加入造成了不利于微生物生长的极端环境(高温、酸性的咸水环境),但本实验研究表明,部分微生物(如短波单胞菌、假单胞菌及柠檬酸杆菌)可在极端条件下生长,进而导致群落结构及多样性发生变化,并对CO_2捕获过程造成潜在的影响作用。其次,本文通过微生物介导的CO_2-咸水-砂岩相互作用实验,对CO_2-咸水-砂岩相互作用过程中的微生物群落结构及多样性特征进行了详尽的研究。结果表明,随着CO_2的注入,微生物菌群种类趋于单一,变形菌门的相对丰度最终达到99.77%。优势菌属在群落结构变化过程依次为假单胞菌属、柠檬酸杆菌属及短波单胞菌属。同时,CO_2注入后还存在着芽孢杆菌属、嗜氢菌属、根瘤菌属等各个时期特有的微生物菌群。另外,随着CO_2注入时间的延长,香农指数逐渐变小,辛普森指数逐渐变大,表明微生物群落结构变化过程中,微生物多样性逐渐降低。最后,本文在课题组前期微生物介导的CO_2-咸水-砂岩相互作用实验过程中对于p H变化的研究基础上,对水化学组分进行了测试。结果表明,本研究中发现的芽孢杆菌属、柠檬酸杆菌属、假单胞菌属等菌属均能够促进CO_2在微生物介导的CO_2-咸水-砂岩相互作用过程中的溶解/沉淀捕获。研究发现,以上几类菌属对钾、钠长石类矿物以及绿泥石的溶蚀有着积极的作用,同时也促进了方解石、菱铁矿等矿物的生成。反之,CO_2-咸水-砂岩相互作用过程中矿物溶解或沉淀过程导致的p H的变化,水化学组分中的阴阳离子浓度的变化等,与微生物群落结构变化存在着密切的关系。


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