一种地形逆温区域灰霾空气污染程度检测预警方法技术

本发明专利技术涉及一种地形逆温区域灰霾空气污染程度检测预警方法。本发明专利技术通过检测样本中生物标记的种类及菌浓度确定样本的空气污染程度及预测未来空气污染变化趋势。本发明专利技术首次公开了灰霾空气污染程度与特殊菌之间具有相关性，并明确了不同菌体浓度与灰霾空气污染程度之间的关系，由于微生物的环境敏感性，因此可以作为空气质量的生物传感器，通过对菌的变化趋势来预测灰霾的发展过程，极大提高了灰霾预测的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种地形逆温区域灰霾空气污染程度检测预警方法
本专利技术涉及一种地形逆温区域灰霾空气污染程度检测预警方法，属于大气污染检测

技术介绍
大气灰霾污染严重威胁着人类健康和经济可持续发展。空气颗粒物聚集是导致灰霾天气发生的主要原因之一，与区域土壤、水源的严重面源污染及微生物种群密切相关。复合污染的叠加效应形成了具有地域特征的微生物种群。微生物气溶胶是空气颗粒物的重要组成部分。在空气和水的自然驱动下，微生物及其所携带的基因发生迁移，带来微生物生物地理学上的分布变化。这种巨变以一种不可预估的方式改变着我们的生活环境，影响着地球生态。由于差异生态环境(地理位置，地形地势，气候条件，水土资源等)中大气灰霾污染形成机理研究的匮乏及有害成分尚不明确，目前部分地区空气污染问题仍然突出。大气污染防治总体形势严峻。现有空气微生物的研究集中在不同污染过程(灰霾、沙尘)、不同空间(城区、近海或高空)、不同季节的微生物浓度、粒径分布、群落多样性及其与环境因子(温度、湿度)和污染物(NO2、CO)之间的相关性方面。空气环境微生物的研究比其它环境如土壤、水体研究滞后，仍非常薄弱。不同地形区域环境对灰霾空气微生物差异性的影响及其与PM污染物的相关性尚属未知。位于渤海与黄海之滨的中国山东省的省会城市济南，具有三面环山的典型地形特征，特殊地形造成的逆温作用，加之沿海省份受到暖气团平流逆温的影响，灰霾不易消散，是极具代表性的大气灰霾污染生态系统。2015年，此省空气首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5的地区占比高达96.35％，且空气PM2.5污染程度具有明显的区域差异性，由东部沿海至西部内陆逐渐加重。以特殊地形环境为例，采用不同灰霾污染程度(首要污染物PM2.5)下空气微生物种群特征及变化规律，挖掘指示性物种(群)与PM关联性，建立大气灰霾污染微生物气溶胶预警模型，对完善生态安全评价指标、制定大气污染防治有效措施、改善环境空气质量和脆弱生态恢复具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种地形逆温区域灰霾空气污染程度检测方法。术语说明：地形逆温区域，即具有典型山谷地形的区域，由于山坡表面积增加了空气降温快的土地地面的总表面积，冷空气下沉，把山谷相对温暖的空气抬高，加之缺少对流，因此，山脚下的城市，如济南、重庆，均是灰霾难以消散的典型地形逆温区域。本专利技术技术方案如下：一种地形逆温区域灰霾空气污染程度的检测方法，通过检测样本中生物标记的种类及菌浓度确定样本的空气污染程度：当检测样本中的生物标记中含有蓝细菌(Cyanobacteria)和/或另枝菌属(Alistipes)时，且蓝细菌丰度占比为≥3.0％范围时和/或另枝菌属丰度占比为≥1.0％范围时，样本为无污染空气；当检测样本中的生物标记中含有蜡样芽胞杆菌(Bacilluscereus)、环状芽孢杆菌(Bacilluscirculans)、嗜热脂肪土芽孢杆菌(Geobacillusstearothermophilus)和/或无乳链球菌(Streptococcusagalactiae)时，且蜡样芽胞杆菌丰度占比为≥4.0％范围时、环状芽孢杆菌丰度占比为≥2.0％范围时、嗜热脂肪土芽孢杆菌丰度占比为≥1.5％范围时和/或无乳链球菌丰度占比为≥0.5％范围时，样本为轻度污染空气；当检测样本中的生物标记中含有罗斯氏菌(Roseburia)时，且罗斯氏菌丰度为≥1.0％范围时，样本为中度污染空气；当检测样本中的生物标记中含有赖氏菌属(Leifsonia)时，且赖氏菌属丰度为≥5.0％范围时，样本为重度污染空气。根据本专利技术优选的，所述无污染空气是指大气污染指数AQI<100。根据本专利技术优选的，所述轻度污染空气是指大气污染指数101<AQI<150。根据本专利技术优选的，所述中度污染空气是指大气污染指数151<AQI<200。根据本专利技术优选的，所述重度污染空气是指大气污染指数201<AQI<300。根据本专利技术优选的，所述检测为采用MiSeq平台16S扩增子高通量测序分析或流式细胞检测技术进行检测。采用MiSeq平台16S扩增子高通量测序分析具体参见：Rapin,A.,Pattaroni,C.,Marsland,B.J.,Harris,N.L.(2017).MicrobiotaAnalysisUsinganIlluminaMiSeqPlatformtoSequence16SrRNAGenes.Currentprotocolsinmousebiology,7(2),100-129.一种地形逆温区域灰霾空气污染程度的检测方法，通过检测样本中代表性物种的菌浓度确定样本的空气污染程度：当检测样本中的代表性物种含有贪铜菌属(Cupriavidus)，并且当检测样本中的代表性物种含有丰度为≥15％范围的乳球菌(Lactococcus)时，样本为轻度污染空气；并且当检测样本中的代表性物种含有雷氏菌属(Ralstonia)和/或丰度为≥20％范围的乳酸菌(Lactobacillus)时，样本为中度污染空气；并且当检测样本中的代表性物种含有雷氏菌属(Ralstonia)和/或丰度为≥5％范围的赖氏菌属(Leifsonia)时，样本为重度污染空气；当检测样本中的代表性物种含有贪铜菌属(Cupriavidus)，且并且当检测样本中的代表性物种含有丰度为≥7％范围的伯克霍尔德菌(Burkholderia-paraburkholderia)时，样本为轻度污染空气；并且当检测样本中的代表性物种含有Ralstonia且丰度为5-12％范围的时，样本为中度污染空气；并且当检测样本中的代表性物种含有雷氏菌属(Ralstonia)且丰度为>12％范围的雷氏菌属(Ralstonia)时，样本为重度污染空气；当检测样本中的代表性物种含有贪铜菌属(Cupriavidus)，且并且当检测样本中的代表性物种含有丰度为≥3％范围的巨球型菌属(Megasphaera)时，样本为中度污染空气；当检测样本中的代表性物种含有贪铜菌属(Cupriavidus)，且并且当检测样本中的代表性物种含有丰度为≥2％范围的肠球菌(Enterococcusitalicus)时，样本为重度污染空气；当检测样本中的代表性物种含有贪铜菌属(Cupriavidus)，且并且当检测样本中的代表性物种含有丰度为≥0.5％范围的苯系物降解菌(BTEX-degradingbacterium)时，样本为重度污染空气；检测上述样本中的正常活细胞比例(％)代入如下公式，计算PM2.5浓度(μg/m3)：y＝-0.34x+107.41(R2＝0.92)；其中，y值为正常活细胞比例(％)，x值为PM2.5浓度。根据本专利技术优选的，所述检测为采用MiSeq平台16S扩增子高通量测序分析或流式细胞检测技术进行检测，检测正常活细胞采用细胞凋亡检测试剂盒进行检测。根据本专利技术优选的，所述无污染空气是指大气污染指数AQI<100。根据本专利技术优选的，所述轻度污染空气是指大气污染指数101<AQI<150。根据本专利技术优选的，所述中度污染空气是指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地形逆温区域灰霾空气污染程度的检测方法，其特征在于，通过检测样本中生物标记的种类及菌浓度确定样本的空气污染程度：当检测样本中的生物标记中含有蓝细菌(Cyanobacteria)和/或另枝菌属(Alistipes)时，且蓝细菌丰度占比为≥3.0％范围时和/或另枝菌属丰度占比为≥1.0％范围时，样本为无污染空气；当检测样本中的生物标记中含有蜡样芽胞杆菌(Bacilluscereus)、环状芽孢杆菌(Bacilluscirculans)、嗜热脂肪土芽孢杆菌(Geobacillusstearothermophilus)和/或无乳链球菌(Streptococcusagalactiae)时，且蜡样芽胞杆菌丰度占比为≥4.0％范围时、环状芽孢杆菌丰度占比为≥2.0％范围时、嗜热脂肪土芽孢杆菌丰度占比为≥1.5％范围时和/或无乳链球菌丰度占比为≥0.5％范围时，样本为轻度污染空气；当检测样本中的生物标记中含有罗斯氏菌(Roseburia)时，且罗斯氏菌丰度为≥1.0％范围时，样本为中度污染空气；当检测样本中的生物标记中含有赖氏菌属(Leifsonia)时，且赖氏菌属丰度为≥5.0％范围时，样本为重度污染空气。...

【技术特征摘要】
1.一种地形逆温区域灰霾空气污染程度的检测方法，其特征在于，通过检测样本中生物标记的种类及菌浓度确定样本的空气污染程度：当检测样本中的生物标记中含有蓝细菌(Cyanobacteria)和/或另枝菌属(Alistipes)时，且蓝细菌丰度占比为≥3.0％范围时和/或另枝菌属丰度占比为≥1.0％范围时，样本为无污染空气；当检测样本中的生物标记中含有蜡样芽胞杆菌(Bacilluscereus)、环状芽孢杆菌(Bacilluscirculans)、嗜热脂肪土芽孢杆菌(Geobacillusstearothermophilus)和/或无乳链球菌(Streptococcusagalactiae)时，且蜡样芽胞杆菌丰度占比为≥4.0％范围时、环状芽孢杆菌丰度占比为≥2.0％范围时、嗜热脂肪土芽孢杆菌丰度占比为≥1.5％范围时和/或无乳链球菌丰度占比为≥0.5％范围时，样本为轻度污染空气；当检测样本中的生物标记中含有罗斯氏菌(Roseburia)时，且罗斯氏菌丰度为≥1.0％范围时，样本为中度污染空气；当检测样本中的生物标记中含有赖氏菌属(Leifsonia)时，且赖氏菌属丰度为≥5.0％范围时，样本为重度污染空气。2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述无污染空气是指大气污染指数AQI<100；优选的，所述轻度污染空气是指大气污染指数100≤AQI<150；优选的，所述中度污染空气是指大气污染指数150≤AQI<200。根据本发明优选的，所述重度污染空气是指大气污染指数200≤AQI<300。3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述检测为采用MiSeq平台16S扩增子高通量测序分析或流式细胞检测技术进行检测。4.一种地形逆温区域灰霾空气污染程度的检测方法，其特征在于，通过检测样本中代表性物种的菌浓度确定样本的空气污染程度：当检测样本中的代表性物种含有贪铜菌属(Cupriavidus)，并且当检测样本中的代表性物种含有丰度为≥15％范围的乳球菌(Lactococcus)时，样本为轻度污染空气；并且当检测样本中的代表性物种含有雷氏菌属(Ralstonia)和/或丰度为≥20％范围的乳酸菌(Lactobacillus)时，样本为中度污染空气；并且当检测样本中的代表性物种含有雷氏菌属(Ralstonia)和/或丰度为≥5％范围的赖氏菌属(Leifsonia)时，样本为重度污染空气；当检测样本中的代表性物种含有贪铜菌属(Cupriavidus)，且并且当检测样本中的代表性物种含有丰度为≥7％范围的伯克霍尔德菌(Burkholderia-paraburkholderia)时，样本为轻度污染空气；并且当检测样本中的代表性物种含有Ralstonia且丰度为5-12％范围的时，样本为中度污染空气；并且当检测样本中的代表性物种含有雷氏菌属(Ralstonia)且丰度为>12％范围的雷氏菌属(Ralstonia)时，样本为重度污染空气；当检测样本中的代表性物种含有贪铜菌属(Cupriavidus)，且并且当检测样本中的代表性物种含有丰度为≥3％范围的巨球型菌属(Megasphaera)时，样本为中度污染空气；当检测样本中的代表性物种含有贪铜菌属(Cupriavidus)，且并且当检测样本中的代表性物种含有丰度为≥2％范围的肠球菌(Enterococcusitalicus)时，样本为重度污染空气；当检测样本中的代表性物种含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：季蕾，张强，傅晓文，王加宁，宋繁永，李天元，
申请(专利权)人：山东省科学院生态研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37