Table of Contents
מדוע Soil Microbes Matter ב- Geotechnical and Environmental Reports
Soil הוא הרבה יותר מתערובת של מינרלים, מים ואוויר; הוא מערכת אקולוגית חיה עם מיקרואורגניזמים. Soil מיקרוביאלי פעילות משפיעה ישירות על התכונות הפיזיות והכימיקליות שהמהנדסים והמדענים הסביבתיים מסתמכים על כאשר בוחנים אתר.מהיציבות של בסיס להתמוטטות הטבעית של שפך זיהום, מיקרובים משחקים תפקיד מרכזי יותר ויותר מוכר בדוחות מקצועיים.
מה זה Soil Microbes וכיצד הם עובדים?
Soil microbes כוללים חיידקים, פטריות, ארכאה, ופרוטוזוזה. Bacteria הם בשפע ביותר, עם מיליוני אנשים בגרם יחיד של אדמה. פטריות יוצר רשתות של היפופא שקושר חלקיקים אדמה ו decompose תרכובות אורגניות מורכבות. ארצ'א, לעתים קרובות נמצא בתנאים קיצוניים, לשחק תפקידים בחנקן ייצור מתאן.
אורגניזמים אלה הם המנועים של רכיבה על אופניים תזונתית - פורצים את החומר האורגני, תיקון חנקן, solubilizing זרחן, ורכיבי אופניים קשיחים, הפעילות המטבולית שלהם משנה את הסביבה הכימית של אדמה: הם מייצרים חומצות שמתמוססות מינרלים, פולימרים חשאיים שקושרים חלקיקים, ומשנים את רמת ה- pH ואת תנאי החמצן האדמיניסטרופתיים ביותר.
בהקשרים סביבתיים, מיקרובים הם סוכני העיקרי של התעלות טבעית. חיידקים מוגמנים-דהגרד לשבור שפך שמן, בעוד פטריות יכולות להפוך פותרים כלור.חלק microbes לא להטמיע מתכות כבדות על ידי הנחת sulfides או מודעות מפרסום בצל על קירות התא.
פעילות מיקרוביאלית לדיווחים
כולל נתונים מיקרוביאליים בדוחות גיאוטכניים וסביבתיים דורשות דגימה ואנליזה אמינה.
- (FLT:0) מספריות: FLT:1 ספירת לוח מספר סביר ביותר (MPN) טכניקות להעריך מספרי תאים קיימא.
- מדד FLT:0 (Biomass Measure: FLT:1 , Phospholipid חומצה ניתוח חומצה (PLFA) מספק פרופיל של מבנה קהילתי מיקרוביאלי ו ביומסה כוללת ללא טיפוח.
- (FLT:0) מעשיות כפי שמעיד: FLT:1 Respirometry מודד CO2 אבולוציה או צריכת חמצן כ Proxy לפעילות מטבולית. Enzyme Assays (למשל, dehydrogenase, urease) מצביע על יכולות פונקציונליות ספציפיות.
- (FLT:0) טכניקות מולקולריות: FLT:1 Quantitative PCR (qPCR) מטרות גנים פונקציונליים ספציפיים, כגון אלה urease (ureC) או ירידה פחמנית (alkB) 16S rRNA גן עדן amplicon Sequencing מגלה את ההרכב ואת המגוון. Metagenomics יכול לזהות את כל הגנים פונקציונליים הנוכחי.
- מחקר:0Microcosm: FLT:1 מעבדה incubations בתנאים מבוקרים לבדוק את הפוטנציאל עבור MICP, biodegradation, או תהליכים אחרים.
לכל שיטה יש נקודות ומגבלות.עבור דוחות גיאוטכניים המתמקדים בפוטנציאל MICP, פעילות מרגיעה ו- qPCR עבור גנים של ureC הם מעשי.עבור הערכות סביבתיות של ההתעלות הטבעית, שילוב של הארה של degraders, respirometry, ו-JackPCR הוא נפוץ.המפתח לשיטות בחירת התשובה הספציפית: פעילות מיקרו-ממדית היא יעילה?
פעילות מיקרוביאלית בדוחות גיאוטכניים
דוחות גיאוטכניים מדגישים באופן מסורתי את המאפיינים הפיזיים - בגודלם של פלסטיק, קומפקטיות וכוח הרהר.אבל תהליכים ביולוגיים יכולים לשנות את התכונות הללו לאורך זמן.
Soil Stabilization באמצעות biomineralization
MICP היא שיטת הייצוב המיקרוביאלית הטובה ביותר.בשבת, זה קורה בטבעיות שבו מים קרקעיים עשירים ו סידן נמצאים כיום. מהנדסים עכשיו לחקות את התהליך הזה לשיפור הקרקע: חומרים מזינים וחיידקים ureolytic (או לעורר ילידים) לתוך חולות רציפים או סילקויים. בתוך ימים, משקעים קללהיים יכולים להגדיל את המשקעים לא מאובטחים על ידי 10 גורמים של ייצוב, לדוגמה, בדיקות חסימתיות, כולל בדיקות חסימתיות או ירידה של ייצוב, כגון ייצוב.
שינויים ב-Clogging וביכולת
צמיחה מיקרוביאלית וייצור ביופילם להפחית את יכולת הקרקע.זה יכול להיות מועיל עבור דליפות חותם (למשל, בקופיטל או קרנות סכרים) אבל בעייתי כאשר זה קרישה מערכות ניקוז. דוחות גיאוטכניים לפרויקטים מעורבים קירות סלוריים, שכבות ניקוז, או זריקה צריך לשקול פוטנציאל אחסון מיקרוביאלי.
השפעה על Soil Aggregation ו Shear Power
פטריות הימפ וחיידקים חומרים פולימריים חוץ סלולריים (EPS) נקשרים חלקיקי אדמה לתוך מצטברים.זה מגביר את העקביות ואת ההתערבות, במיוחד בחולות ומטמים שבהם תוכן חימר נמוך. בעוד לעתים קרובות להתעלם במבחנים משולשים סטנדרטיים, אדמה אורגנית ופסגות עם ביומסה כיפית גבוהה יכול להציג כוח מפתיע.
פעילות מיקרוביאלית בדוחות סביבתיים
הערכות אתר סביבתי (ESAs) להעריך זיהום, סיכונים, ואפשרויות תיווך. פעילות מיקרוביאלית היא מרכזית הן הבעיה והן הפתרון.
התעלות טבעית ועקב אחר התאוששות טבעית
(ב) ,[[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[[[1924]], [[1924]]]], [[[[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]
עבור מתכות כבדות, מיקרובים יכולים להפוך מינים לצורות פחות ניידות.לדוגמה, חיידקים sulfate לייצר סולפט כי precipitate מתכות כמו אבץ ו קדמיום כמו insoluble sulfides. לחלופין, חיידקים מסוימים להפחית Cr(VI) (toxic ונייד) ל Cr(III) (פחות רעילים ו- tcular). דוחות גיאומטרידים צריכים לכלול נתונים כימיים פוטנציאליים (מדומים, מיקרוביוריאנטים, לצד ברזל).
המונחים: bioremediation Feasibility and design
אם הפחתת חומרים טבעיים אינה מספיקה, ביו-מתווך ממונדס עשוי להיות נדרש.דיווחים סביבתיים על ביו-סנסציה (חומרים מזינים או תורמי אלקטרונים / accepators) או ביו-היגוי (המתפרקים ספציפיים) חייבים להוכיח כי מיקרו-ביטציה ישגשגו (למשל, לא ירחיבו את רמת הפחתת הנתונים המיקרו-מערכת החיסונית), זיהוי של גורמים (למשל, חנק נמוך, היעדר אלקטרו-אופטיקה), אלא אם הם יתמכות-אלקטרונים של נתונים; לדוגמה, למשל, למשל, הם יתמכו על-אלקטרונים של נתונים;
זמינות ביולוגית ואקוטוקרטיות
מיקרובים גם משפיעים על זמינות ביולוגית גבוהה יותר.פעילות מיקרוביאלית יכולה להגדיל את הזמינות הביולוגית על ידי ייצור גולשים כי solubilize נפט פחמימנים. אבל עדיין להציג סיכון ארוך טווח.conversely, פעילות מיקרוביאלית יכולה להגדיל את הזמינות הביולוגית על ידי ייצור גולשים כי solubilize נפט פחמימנים. דוחות סביבתיים צריכים לדון כיצד פעילות מיקרוביאלית משפיעה על הערכת הסיכון - במיוחד עבור אתרים שבהם שוכנים נמצאים במאגרים.
מדדי מיקרוביאלי של בריאות סויל וזיהום
אינדיקטורים ביולוגיים סטנדרטיים המשמשים בדוחות סביבתיים כוללים:
- (FLT:0Microbial Vari: FLT:1 div) מגוון גבוה בדרך כלל מצביע על אדמה בריאה, גמישה. מתח או זיהום לעתים קרובות להפחית את המגוון ואת השינויים במבנה הקהילה. הדור הבא של 16S rRNA מספק אינדקס עשיר (למשל, שאנון או סימפסון).
- (ב) ויקרא י"א): "ה' (ב') ויקרא י"ד): "ה' (ב') ויקרא י"ד): "ה' (ב':5) , ויקרא י"ד): "וַיְהַּרְהַהְהִיתָּבְהָעָבָרֶתְהָבְהָבְתָּבְתִּים" (בְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבָרֶבָרֶבְתּבְתּבָרֶבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבָרֶבְהִנִנִנִנִנִנִנִנִנִנִנִנּבְהִנּבְהִנִנָּבְתָּבְהִנִנָּבְהָבְתָּבְתָּבְהָבְתּבְ
- (FLT:0Microbial Respiration: ⁇ 1) ,BSal Respiration (CO2 אבולוציה) משקף פעילות מטבולית הכוללת.קצב גבוה עשוי להצביע על השפלה פעילה, בעוד שקצב נמוך מאוד מציע רעילות או מתח.
- (FLT:0) פעילויות של אנזימים: 1FLT:1 Dehydrogenase (פעילות מיקרוביאלית), נזילות (פוטנציאל של MICP), ו-phosphatase (רכיבה תזונתית) רגישים לזיהום ושימוש בקרקע.
- (FLT:0)ביומסה C ו-N:FIRLT:1 ; פחמן ביומסה מיקרוביאלי מוחלט (הקבוע על ידי טיהור) תואם חומר אורגני הקרקע ובריכות תזונתיות.
עבור אתרים מזוהמים, אינדיקטורים אלה יכולים להבחין בין תנאי רקע לבין השפעות.לדוגמה, מחסני דלק לשעבר עשוי להראות שפע גן גבוה אלקליין דהגרדנר (alkB) ליד אזור המקור ונשימה מוגברת, בעוד אדמה כבדה מתכת-מחוסמת עשוי להפגין פעילות אנזים מדוכאת וגיוון מופחת.
אתגרים המשלבים נתונים מיקרוביאליים לדיווחים
למרות הערך, שילוב פעילות מיקרוביאלית לדיווחים גיאו-טכניים וסביבתיים עומד בפני מכשולים מעשיים.
עלויות ומורכבות
ניתוחים מולקולריים מתקדמים (למשל, metagenomics) נשארים יקרים, ותוצאות יכולות לקחת שבועות. עבור פרויקטים שגרתיים, בדיקות פשוטות יותר (סעיפים, respirometry) הן זולות יותר, אך לספק מידע מוגבל.יש צורך בשיטות מהירות, שדה-דה-מסוגיות כגון ATP או מערכות qCR ניידות. דוחות חייב איזון עם תקציב; גישה עניבה (ניתוח מפורט אז) אם יש צורך.
פרשנות וסטנדרטיזציה
בניגוד לבדיקות גיאוטכניות סטנדרטיות (למשל, גבולות Atterberg), נתונים מיקרוביאליים אינם כוללים הנחיות מאוחדות.מה רמת פעילות המיזוג גבוהה?כמה FLT:0DehalocoideFLT:1 להורדת תאים חשמליים לגרם אוניברסליים כגון קידוד TCEECT של RNA יעיל? בעוד ספציפי לאתר, התעשייה נעה לכיוון מדדים של מחקר.
הטרוגניות והפחדה
קהילות מיקרוביאליות הן מטושטשות בקנה מידה הסנטימטר. מדגם יחיד עשוי לא לייצג תנאים באתר. דגימות Composite או גישות גיאטטיסטיות (למשל, רשת sampling עם kriging) לשפר את האמינות אבל להגדיל את העלות. דוחות צריך בבירור המדינה sampling אסטרטגיה ולהכיר בגמישות מרחבית.
המונחים: differentability
פעילות מיקרוביאלית משתנה עם עונות, לחות וטמפרטורה.אירוע אחד דגימה עשוי להחמיץ פעילות שיא או תקופות רדום. עבור פרויקטים לטווח ארוך, שוב ושוב דגימה (למשל, רבעון לשנה) מספק נתונים חזקים יותר.דיווחים סביבתיים עבור אינטנסיביים של אינטנסיביות טבעית לעתים קרובות דורשים קווים מרובים של ראיות לאורך זמן.
כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות
ההתקדמות במיקרוביולוגיה וחיישנים הופכת את הנתונים המיקרוביאליים לנגישים יותר וניתן לפעול עבור דוחות.
המונחים: bioinformatics
16S rRNA ו- Shotgun metagenomic ריצוף עכשיו עולה כמה מאות דולרים לדגימה. צינורות ניתוח מבוסס ענן (ראה FLT:0MothurcioFLT:1, QIIME 2) לאפשר זיהוי של כלי חיזוי פונקציונליים (PICRUSt) למעט פוטנציאל מטבולי מ 16S דוחות כוללים יותר ויותר פרופיל מיקרוביאלי "דומה טביעת אצבע כימית.
פיקוח Situ
ביוסנסורים חדשים מאפשרים מעקב בזמן אמת של פעילות מיקרוביאלית.חיישנים אלקטרוכימיים עבור CO2, O2, או מתאן ניתן לקבור בשדה ומחוברים לגלי נתונים.בדיקות אופטיות סיבים מזהים שינויים ב- pH מפעילות מיקרוביאלית.
מהנדס Microbial Consortia
עבור יישומים גיאוטכניים, קונסורטוריטיה סינתטית עם יחס מוגדר של חיידקים ureolytic ו- EPS יצרנים יכולים לספק ייצוב עקבי. חברות מתפתחות ניסוחים שהוקפאו, שניתן להקים מחדש באתר, לפשט את היתרונות הביולוגיים הסביבתיים של חומרים מהונדסים גנטית עם יכולות השפלה משופרות, אם כי מכשולים רגולטוריים נשארים.
שילוב עם מודלים גיאוטכניים
מודלים ביו-גיאוגמיים-מכניים מתהווה.אלה סימולציה כיצד MICP מגביר את העוצמה תוך חשבונאית להובלת סידן ו-urea, צמיחה מיקרוביאלית, ודיווחי משקעים קללה הכוללים מודל כזה מספקים כלי רב עוצמה עבור מהנדסי עיצוב.TheFLT:0literature על MICP ModelingFLT:1 מרחיב, עם קוד מעשי זמין בפלטפורמות פתוחות כמו קוד פתוח.
קבלה
סוכנויות הסביבה של ארה"ב וסוכנות הסביבה הבריטית כוללות כעת פרמטרים מיקרוביאליים בהנחיית הפחתה טבעית במעקב.לדוגמה, פרוטוקול EPA:0technical פרוטוקול להערכת התרחבות טבעית של כלור מחדש של פותרים מחוסנים FLT:1 כולל אסימונים מיקרוביאליים.
המלצות מעשיות למקצוענים
בעת הכנת דו"ח גיאוטכני או סביבתי העוסק בפעילות מיקרוביאלית, יש לשקול את הפעולות הבאות:
- (ב) השאלה:0 (Define: 1) האם אתה מעריך פוטנציאל ההפחתה טבעי? הערכת יכולת ה- MICP?
- (FLT:0) קולופורט עם מיקרוביולוגיה: ראטאל 1: ; למהנדסים גיאוטכניים מעטים יש מומחיות מיקרוביולוגיה עמוקה.שותף עם מעבדה המתמחה במיקרוביולוגיה אדמה כדי לעצב תוכנית דגימה וניתוח נית ניתוק.
- (FLT:0)Use מספר שורות של ראיות: FLT:1 משלב נתונים כימיים (חומרים, contaminants, מוצרי לוואי מטבוליים) עם אסימונים ביולוגיים (גני עותקים, שיעורי פעילות).
- (FLT:0) הגבלות חוקה: FLT:1 המדינה בבירור נציגות המרחבית והזמנית של דגימות.אם באמצעות ספירת צלחות, שימו לב כי הם לוכדים רק אורגניזמים אורגניזמים מטפחים.
- (FLT:0) בין-תחומי בהקשר: 1) השוואה בין נתונים מיקרוביאליים לקרקעות ההתייחסות (בקרות לא מזומנות או פרמטרים גיאוטכניים בבסיס). פעילות של נזילות גבוהה היא רק משמעותית ביחס לכדאיות הטבעית של הקרקע היעד.
- (FLT:0) עיין קדימה: ⁇ FLT:1 אם הפרויקט כרוך בהנהלה ארוכת טווח (למשל, מקרקעין לאחר טיפול), מומלץ להעריך מחדש תקופתי של פעילות מיקרוביאלית.
מסקנה
פעילות מיקרוביאלית אינה גורם היקפי בדוחות גיאוטכניים וסביבתיים; היא נהג מרכזי של התנהגות הקרקע.בין אם חיזוק הקרקע באמצעות משקעים קלקוליים, מחיתה של חומרים אורגניים, או מקשה על מתכות כבדות, מיקרובים מציעים כעת הזדמנויות וסייכונים מודרניים - מ- qCR ועד למטגנימות - מתרגלים ללכידת ממד ביולוגי זה עם צמיחה של מהנדסים כימיים ובאופן מקיף יותר, ללא ספק, ולא לספק יותר חומרים כימיים.