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论文通过1200m长的城市污水管网中试实验系统研究了污水管网内微生物种群的多样性分布和群落结构的分布特征,分析了管网中功能性菌群的组成变化,并探讨了微生物菌群对污水管网中有机物的转化作用,以及管网环境与基质条件对微生物菌群的影响。结果表明,附着在管网前端30~600m处内壁上的生物膜微生物多样性较高,形成了以变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Fimicutes)为主的微生物群落结构。然而在管道800~1200m处,微生物多样性急剧降低,形成了以变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主的微生物群落结构,由此发现了在城市污水管网600~800m处微生物群落的组成发生了变化。各群落的优势菌属分别由明串珠菌属(Trichococcus)、韦荣氏球菌属(Veillonella)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、Dechloromona和产甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)向黄杆菌属(Flavobacterium),厌氧绳菌属(Anaerolinea)、脱硫线菌属(Desulfonema)、Alicycliphilus和广古菌门的菌属(Euryarchaeota)转变。管网前端的ORP条件适宜于发酵和硫酸盐还原过程的发生,而管网后端的ORP更有利于产甲烷过程的进行。同时,在管网中,大分子物质被转化为小分子物质,发酵产物趋于向乙酸转化。结果表明,管网中环境条件和基质条件的改变会导致微生物群落的分布发生变化。通过对管网的熵变进行分析,引入生物熵和信息熵的概念,指出了污水管网中微生物群落构成的生命系统会不断从管网中外部环境中获得负熵,以抵消自身无限熵增而过早衰亡,其中管道前段部分的微生物群落从环境中获取的负熵明显高于管网后段部分,这与管网中微生物群落的多样性以及有机物的改变密切相关。结果表明微生物群落分布的变化也使得该管网后端熵增变缓。