人工湿地中微生物数量与污染物去除的关系

第11卷第1期湿地科学Vol.11No.12013年3月WETLANDSCIENCEMarch2013人工湿地中微生物数量与污染物去除的关系杜刚,黄磊,高旭*,鲁言言,刘明,郭劲松(重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆400045)摘要：为了探讨处理微污染河水的人工湿地中微生物数量及其对污染物净化效果的影响，在野外构建芦竹(Arundodonax)、菖蒲(Acoruscalamus)水平潜流人工湿地，并设置空白湿地为参照。研究结果表明，栽种植物对人工湿地中氨氮(NH4+—N)和总氮(TN)的去除具有一定作用，但对总磷(TP)和高锰酸盐指数(CODMn)去除影响较小。实验人工湿地中，下层基质中的微生物数量低于上层基质。芦竹湿地中，上层基质和下层基质微生物数量的典型变量具有线性关系(R2＞0.9)。人工湿地中微生物数量与水温具有显著正相关关系，栽种植物能够增加人工湿地的微生物数量。人工湿地微生物数量与NH4+—N、TP和CODMn的去除率不相关，但与TN去除率显著正相关。栽种植物能够改善人工湿地微生物数量与TN去除率之间的关系，但植物种类对微生物脱氮作用影响不明显。关键词：人工湿地；微生物；微污染水；净化效果中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1672-5948(2013)01-013-082009年中国环境状况公报显示，中国城镇生活污水排放量330.0×108t，由于缺乏合适的污水处理技术，95%的城镇农业废水、生活污水等直接排入当地河流、湖泊和水库等[1]，威胁饮用水安全。人工湿地净化技术具有环保、高效、低投资、低运转费和维护管理方便等优点[2]，已被广泛用于生活污水[3]、工业废水[4]、农业径流[5]、甚至垃圾渗滤液[6]的处理。目前，作为经济有效的生态修复技术，人工湿地也被用于微污染水体和地下水的修复[7~9]。净化污水和废水的过程中，微生物是去除有机物和含氮化合物的主要承担者[10]，对湿地除磷也起到一定促进作用[11]。越来越多的证据表明，微生物是人工湿地控制过程中的重要指标。LiangW等[12]研究发现，湿地基质中微生物数量与TKN(总凯氏氮)和高锰酸盐指数(CODMn)具有显著正相关关系(p＜0.05)。李科德等[13]对人工模拟芦苇(Phragmitesaustralis)床根际微生物的数量进行了测定，结果显示，植物根面和根际微生物数量与生化需氧量(BOD)和化学需氧量(COD)去除率间显著相关。王世和等[14]发现，湿地中硝化细菌与总氮(TN)去除率存在显著正相关关系。季节变化引起的环境条件差异会对人工湿地系统中微生物种群和数量产生影响，从而使人工湿地的净化效果发生改变。本文借鉴传统土壤微生物的研究方法和技术手段，研究人工湿地微生物数量分布，观察其季节变化，并结合人工湿地对微污染河水的净化效果，阐明人工湿地微生物时空变化与湿地去除污染物效果的关系。1材料与方法1.1实验装置实验湿地都采用水平流态，床体一端均匀布水，水体水平流过湿地床。每块湿地池体内面长、宽和高分别为3.0m、1.0m和1.0m(有效高度0.9m，超高0.1m)，湿地底面坡度为2%，底部和四周以水泥墙封闭，并进行防渗处理。每个系统都分为进水区、处理区和出水区。处理区基质由四层组成，下层为20cm厚粗糙碎石(粒径40～60mm)，中层为30cm厚废砖(粒径20～40mm)，上层为30cm厚卵石(粒径10～30mm)，上层覆土厚约10cm。进水区长0.15m，宽1.0m，并以穿孔花墙分隔进水区和处理区，以防短流。出水区长0.15m，收稿日期：2012-04-26；修订日期：2012-10-26基金项目：国家科技支撑计划项目(2012BAJ25B09)资助。作者简介：杜刚(1988-)，男，汉族，河北省邯郸人，硕士研究生，主要从事人工湿地生态修复技术研究。E-mail:du_gang2011@126.com*通讯作者：高旭，教授。E-mail:gaoxu@cqu.edu.cnDOI:10.13248/j.cnki.wetlandsci.2013.01.007湿地科学11卷宽1.0m，并以穿孔花墙分隔出水区和处理区。实验期间，湿地进水保持在0.75m3/d，停留时间为2.0d。人工湿地构造如图1。结合实验所在区域的实际情况，选择适宜于重庆地区生长的较典型、根系发达、易栽培、根系生物量较大、多年生、水生或湿生的植物构建实验湿地系统。共构建3组水平潜流人工湿地：人工湿地1、人工湿地2和人工湿地3。2008年7月，在人工湿地1，栽种禾本科植物芦竹(Arundodonax)，植物密度为12株/m2；在人工湿地2，栽种天南星科植物菖蒲(Acoruscalamus)，植物密度也为12株/m2；人工湿地3为不栽种任何植物的对照人工湿地。3个人