人工湿地典型植物根系周围微生物群落结构与净水关系的研究

来源 :东北师范大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wangchaohui
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人工湿地具有投资低、耗能低、运行费用低等特点,目前已被广泛用于处理各种类型的废水。基质、水生植物和微生物是人工湿地净水过程中发挥作用的三个主要因素,丰富的微生物资源为污水处理系统提供了充足的分解者。湿地植物种类、生长发育阶段变化等因素均会对人工湿地植物根系周围微生物群落结构、活性及空间分布产生影响,进而影响污染物的去除效率。在以往的研究中,主要集中在不同季节对人工湿地系统净水效率及微生物群落的影响方面,而对于植物营养生长期和繁殖期根系周围微生物群落动态特征及与污染物去除效率关系的研究较少。因此,本实验通过构建花蔺(Butomus umbellatus)、芦苇(Phragmites australis)和香蒲(Typha orientalis)3组人工湿地,在植物营养生长期和繁殖期,对人工湿地植物根系周围微生物群落组成及结构动态特征分析,探讨不同时期湿地植物根系周围微生物与污染物去除效率的相关关系。本文的研究结果可为人工湿地优化植物配置、提高净水效率以及湿地生态系统的保护和管理提供可靠的科学依据。主要结论如下:(1)营养生长期芦苇湿地系统对总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)的平均去除效率最高,分别为65.15%和61.24%;花蔺湿地系统对硝态氮(NO3--N)、亚硝态氮(NO2--N)、COD和总磷(TP)的平均去除效率最高,分别为85.69%、95.12%、61.58%和78.29%。繁殖期花蔺湿地系统对TN、NH4+-N、NO2--N、COD、TP的平均去除率最高,分别为72.26%、64.61%、99.07%、73.97%、86%;芦苇湿地系统对NO3--N的平均去除效率最高为91.94%。繁殖期三种植物湿地系统对NO3--N、NO2--N、COD、TP的去除效果优于营养生长期。(2)营养生长期的花蔺、芦苇和香蒲根系周围磷脂脂肪酸(PLFAs)总量随植物生长总体呈先升高后降低的动态趋势;芦苇根系周围总PLFAs、细菌PLFAs、真菌PLFAs、放线菌PLFAs、丛枝菌根真菌PLFAs(AMF PLFAs)均值最高,花蔺根系周围原生动物PLFAs均值最高。繁殖期花蔺和香蒲根系周围PLFAs总量随植物生长总体呈先降低后升高的动态趋势,芦苇湿地系统呈逐渐升高的趋势;花蔺根系周围AMF PLFAs均值最高,芦苇根系周围总PLFAs、细菌PLFAs、真菌PLFAs、原生动物PLFAs均值最高,香蒲根系周围放线菌PLFAs均值最高。营养生长期三种植物根系周围α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、酸杆菌纲(Acidobacteria)等的细菌为优势,而繁殖期以α-变形菌纲、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)的细菌为优势,不同植物种间根系周围优势细菌纲所占比例差异较大。总体上营养生长期和繁殖期10-20 cm深度根系周围微生物量最大,繁殖期的微生物量高于营养生长期。(3)营养生长期和繁殖期不同植物湿地系统污染物去除效率与不同微生物因素有关。营养生长期花蔺湿地系统对COD的去除效率与根系周围原生动物PLFAs正相关,NH4+-N、NO3--N、NO2--N与革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比值(G+:G-)等正相关;芦苇湿地系统对NO3--N、NO2--N的去除效率与G+:G-等正相关;香蒲湿地系统对TN、NH4+-N、NO2--N的去除效率与AMF PLFAs等正相关。繁殖期花蔺湿地系统对COD的去除效率与好氧菌与厌氧菌比值(Aerobic:Anaerobic)等正相关;芦苇湿地系统对TN、NH4+-N、TP的去除效率与饱和脂肪酸与单不饱和脂肪酸比值(S:M)正相关;香蒲湿地系统对TN、NH4+-N的去除效率与Aerobic:Anaerobic等正相关。(4)营养生长期和繁殖期不同植物湿地系统污染物去除效率与不同细菌门类有关。营养生长期花蔺湿地系统对COD的去除效率与变形菌门(Proteobacteria)等正相关,NH4+-N与绿弯菌门(Chloroflexi)等正相关;芦苇湿地系统对NH4+-N、COD的去除效率与拟杆菌门(Bacteroidetes)等正相关;香蒲湿地系统对NH4+-N、COD的去除效率与变形菌门正相关。繁殖期花蔺湿地系统对NH4+-N的去除效率与硝化螺旋菌门(Nitrospirae)等正相关;芦苇湿地系统对NO3--N、NO2--N的去除效率与拟杆菌门等正相关;香蒲湿地系统对NH4+-N的去除效率与变形菌门等正相关。(5)营养生长期芦苇湿地系统对氮有较好的去除效果,花蔺对磷和COD有较好的去除效果,繁殖期花蔺湿地系统氮、磷和COD的去除效果优于芦苇和香蒲湿地系统。营养生长期三种植物根系周围微生物群落与水体NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TP去除率有关;繁殖期三种植物根系周围微生物群落与水体TN、NH4+-N、NO2--N、COD去除率有关。
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