红树林人工湿地基质微生物群落多样性与污水净化的关系

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红树林是生长于热带、亚热带海岸潮间带的木本植物,能够净化陆地径流,具有污水净化的潜能,可用于构建人工湿地处理城市污水,但目前对其应用仍处于可行性研究阶段。  本实验以连续运行10年的红树林人工湿地为研究对象,采用土壤原位培养、磷脂脂肪酸(PLFA)图谱、气象色谱-质谱等技术,围绕污水净化效率、微生物的数量与活性、微生物群落组成进行研究,结合土壤理化性质、基质酶活性,探讨了湿地微生物群落在结构与功能方面的多样性及其对污水净化效率的影响,为进一步揭示红树林湿地的净化机理、优化湿地的运行管理奠定理论基础。实验湿地由三个结构相同的人工湿地构成,其中两个分别种植桐花(Aegicerascorniculatum,以下简写为Ac)、秋茄(Kandelia candel,以下简写为Ko),另外一个作为空白对照(以下简写CK),持续灌入城市生活污水,连续运行10年。水质监测2月/次,主要研究成果如下:  1.Ac湿地对营养盐(NH3-N、TN、SP、TP)和有机质(COD、BOD5)的平均去除率略高于Ko湿地,两者均显著高于CK湿地(P<0.05);各湿地的污水净化效率达到稳定状态。  2.微生物量碳(以下简写为SMC)沿水流方向呈递减趋势,人工湿地近进水口处的SMC明显高于远进水口处;夏季的SMC与冬季没有显著差异,夏季绝大多数微生物处于活性状态,冬季部分微生物转为休眠状态,但微生物是否处于活性状态并不影响微生物量的多少。Ac湿地的SMC略高于Ko,差异不显著,但两者均显著高于CK(P<0.05)。  3.基质微生物的呼吸作用的大小关系为:Ac>Ko>CK,但Ac与Ko之间差异不显著,Ac与Ko均显著高于CK(P<0.05)。三个湿地的硝化作用强度都很低,与进水中氨态氮的含量低有关;沿水流方向,硝化作用强度呈减小趋势,但不同采样点之间差异不显著;不同湿地硝化作用的大小关系为:Ko>Ac>CK,Ac与Ko之间差异不显著,Ac与Ko均显著高于CK(P<0.05)。反硝化作用的转化率为20%-60%,已达到较高水平,说明反硝化菌群比较活跃,在氮的去除中发挥重要作用;桐花湿地的反硝化作用显著高于秋茄和对照(P<0.05),秋茄与对照间无显著差异;夏季的反硝化作用显著高于冬季(P<0.05)。三个湿地的氨化作用强度大小关系为:Ko极显著高于Ac(P<0.01),Ac显著高于CK(P<0.05);夏季的氨化作用极显著高于冬季(P<0.01)。  4.三种基质酶(H2O2酶、蛋白酶、脲酶)的活性均表现为:桐花和秋茄湿地差异不显著,但两者均显著高于对照(P<0.05);夏季显著高于冬季(P<0.05)。  5.人工湿地基质中检测到的磷脂脂肪酸(PLFA)主要有29种,以饱和脂肪酸、甲基脂肪酸和单不饱和脂肪酸为主,多不饱和脂肪酸和环丙烷脂肪酸较少。各种类型的脂肪酸含量已达到基本稳定状态,说明基质中微生物结构比较稳定;结合湿地的污水净化效率可以得出:湿地系统处于成熟稳定状态。根据表征微生物类群的特殊脂肪酸计算出:G+菌与G-菌的比值范围为1.3-3.82,G+菌多于G-菌;不同采样时间G+/G-的大小关系为:2015.1>2015.7>2014.7,三者之间差异显著(p<0.05),气温越低,G+/G-的比值越高;不同湿地间的G7G-无显著差异。真菌与细菌的比值范围为0.10-0.67,比值均小于1,表明真菌的丰度小于细菌;采样时间对真菌/细菌的影响差异显著(P<0.05),其大小关系为:2014.7>2015.7>2015.1,即气温越高,比值越大;不同湿地的真菌/细菌无显著差异。  桐花和秋茄湿地,连续运行10年并保持良好的运行状态,因此红树植物用于人工湿地的构建是极具优势的,今后要加强相关方面的研究,完善管理和应用技术,让红树林人工湿地早日得以广泛应用,造福人类。
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