以焦化工業廢水微生物處理系統為對象，研究了不同工藝條件下微生物群落結構與汙染物降解、COD去除等處理功能的關系。利用微生物宏基因組學技術分析微生物群落結構，可以了解不同運行條件下微生物群落結構和群落功能的變化及其相互關系，為我們理解汙水處理系統功能的機理奠定基礎。例如，Thauera是壹種重要的反硝化細菌，但由於屬內各類群降解能力的差異，我們很難在屬的水平上分析降解功能的變化。我們首次建立了特異的陶拉的PCR-DGGE方法，可以區分陶拉中的大多數物種，可用於快速分析復雜群落中陶拉的種群組成和數量變化。通過比較種子汙泥和厭氧反硝化反應器中微生物菌群的組成和功能狀態的變化，找出了與喹啉降解等特定功能密切相關的種群。對從處理焦化工業廢水的活性汙泥中分離的苯酚降解菌的苯酚羥化酶(LmPH)大亞基基因進行了研究。首先，發現並報道了苯酚降解基因的高度微多樣性。與系統功能相關的微生物種群可以作為“指示微生物”來監測系統的功能和狀態。通過分析壹套實驗模擬汙水處理裝置在回流和非回流條件下指紋和汙水處理功能的變化，發現了壹些與群落功能相關的基因組片段，可以作為功能相關種群的物理標記，具有監測系統運行狀態的潛力。
我們將群落空間演替的系統軌跡分析應用於失效工業廢水處理系統的分子診斷和修復，建立了群落空間演替軌跡分析的分子方法。將回流條件下的實驗室裝置和工業裝置分別作為參考系統和未知故障系統，對其群落空間演替系統的軌跡進行分析比較，發現工業裝置的故障原因是生物膜供氧不足。這壹推斷得到了其他後續分析和隨後對該裝置的成功改造的證實。說明群落時空演替的系統軌跡分析是研究運行條件對系統群落結構影響的良好工具，對群落結構的優化具有重要的指導意義，並為今後進壹步監測汙水處理過程提供理論指導。該研究及其方法在工業領域的成功應用，為分子生態學與環境技術的對接提供了成功範例，受到國際同行的高度評價。從2004年開始，分子微生物生態學方法被積極推廣到研究油藏環境中的微生物群落組成和驅油過程中微生物群落結構的變化。分別對新疆大港油田、勝利油田和克拉瑪依油田的油井微生物群落進行了分析研究。