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浙江省嘉兴市地处长江三角洲平原河网地区，其饮用水直接取自河流。但河网密集，污染源众多，水体呈有机微污染特征。构筑根孔湿地是仿照白洋淀自然湿地而构建的饮用水源处理湿地，其景观格局布设借鉴了白洋淀天然芦苇型水陆交错带，核心技术是人工湿地生态根孔技术与多级塘/植物床-沟壕系统协同净化技术，以植物床-沟壕系统为主要净化结构单元，其中各种塘系统和植物床-沟壕系统的复合串并联景观结构的异质性、人造生态根孔的微观结构异质性和优先导流效应以及合理变化的水力调控手段使得湿地中存在着较多的物质持留和生物化学反应的“关键区域”。大规模生态根孔人工湿地在南方平原水网地区水源地保护和修复中的推广和应用，迫切需要我们对该湿地系统中各功能区和结构单元的净化机理进行深入研究。 本文将从氧化还原状况的角度，研究构筑根孔湿地水质净化与氧化还原状况变化存在的密切响应机制及耦合作用，研究构筑根孔湿地中特定氧化还原状况下的微生物群落结构、浮游植物群落结构、微生物碳源利用情况、土壤酶分布、温室气体减排效应及对特征污染物如重金属、多环芳烃等的去除效果，深入探讨根孔湿地的水质净化机理。通过本文的研究，深刻阐释构筑根孔湿地的根孔作用机制，为构筑根孔湿地的优化运行提供新的理论指导，为身处源水微污染地区的发展中国家解决城乡饮用水安全问题提供了示范经验。 本文主要结论如下: (1)湿地中氧化还原环境与土壤酶的分布:不同的氧化还原形态特征在构筑根孔湿地中已经初步形成，人造根孔周围土壤为氧化还原贫化区，呈还原状态，而自然根孔周围土壤氧化还原形态特征为氧化还原新生体，呈局部氧化状态。长水塘中试湿地不同功能区中，随着水力流程的进行，水体中的溶解氧增加，湿地介质的氧化性不断增加。石臼漾湿地沉积物中二价铁含量远高于三价铁含量，表明湿地总体上为还原状况，而氧化还原状态随着水力流程发生了剧烈的变化。Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)的变化趋势表明湿地经历了还原性增加，后氧化性增加的趋势。贯泾港湿地前段二价铁含量和Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)较高，源水沉积物还原性极强。根孔净化区植物床土壤中的还原性物质二价铁与铁离子对含量发生剧烈的波动，根孔净化区是氧化还原的剧烈交替区域。石臼漾湿地沉积物中过氧化氢酶、脱氢酶、多酚氧化酶和过氧化物酶等多种氧化还原酶活性受湿地的污染负荷和氧化还原状况影响，在根孔净化区呈现剧烈的波动。常规土壤酶脲酶、β-葡糖苷酶、磷酸酶等相关分析表明酶活性受底物水平和氧化还原状况因素影响较多。湿地中段的根孔净化区是氧化还原的剧烈交替区域，运行多年的石臼漾湿地中氧化还原状况变化比运行初期的贯泾港湿地更加剧烈。 (2)湿地中微生物群落结构特征分析:以Biolog ECO板和磷脂脂肪酸(PLFA)技术为基础，分析石臼漾构筑根孔湿地岸边带表层沉积物和植物根际土壤中的微生物群落结构特征。湿地入口有极高的生物量，随着水力流程的变化，湿地内部生物量逐渐增加。湿地以磷脂脂肪酸表征的微生物生物量在表层沉积物中(7.19nmol/g)高于岸边带土壤(6.47 nmol/g)，高于植物床-沟壕土壤(5.81 nmol/g)。湿地不同功能区具有不同的群落结构特征和代谢功能，核心根孔区的末端植物床土壤中微生物活动最剧烈，平均颜色变化率(AWCD)值和多样性指数最大，其次是湿地岸边带前段预处理区沉积物及芦苇植物床-沟壕系统核心区土壤，反应相对最小的为湿地的后段表层沉积物和湿地中少数存在的香蒲植物床根际土壤。石臼漾湿地六种碳源的利用效率依次为糖类＞氨基酸类＞聚合物类＞双亲化合物类＞羧酸类＞胺/氨基化合物类。湿地内反映氧化还原状况的微生物群落结构产生空间差异性，氧化还原状况剧烈交叠的根孔区微生物反应最为剧烈，磷脂脂肪酸、碳源利用等手段可有效表征构筑根孔湿地氧化还原状况的空间分布格局。 (3)湿地对典型污染物重金属、多环芳烃的累积作用:在嘉兴地区广泛性开展水体环境中的重金属普查，重金属元素的溶解总量大小依次为Sr＞Zn＞Ni＞Li＞Mn＞Ti＞Cu＞Sb＞Cr＞V＞As＞Co＞Sn＞Hg＞Pb＞Cd＞T1，大多分布在水体中的颗粒物。长水塘中试构筑根孔湿地中，金属元素在中试湿地内部多累积在预处理区和根孔净化区，湿地对源水中的Cu、Ni、Zn和Pb有很高的去除率。湿地重金属沉积的量占到总量的63.30％，植物床土壤累积量占到36.67％。植物吸收量仅不到0.1％。湿地自运行起经过494天，总共可累积约86.18 kg的重金属。预处理塘为多环芳烃主要的沉积区，根孔生态净化区发挥重要的截留作用。随着水力流程，低分子量/高分子量(LMW/HMW)比值显著增加。植物床-沟壕系统中，多环芳烃总量呈现高位沟＞低位沟＞植物床的分布，LMW/HMW比值在植物床土壤中明显高于高、低位小沟中的比值。塘系统沉积物对多环芳烃持留量占38.63％，高于植物床土壤累积(34.52％)，高于沟壕沉积物(26.86％)。因此构筑根孔湿地富集可富集典型污染物重金属和多环芳烃，大大增加水体中的去除效率、降低其生态风险，而还原性较强的湿地前段预处理区和氧化还原状况剧烈交叠的根孔净化区是作用的关键区域。 (4)湿地夏季浮游植物群落结构分析与水质净化效果:运行初期的贯泾港湿地共鉴定出浮游植物5门70种，运行五年的石臼漾湿地共鉴定浮游植物6门68种。贯泾港湿地浮游植物群落结构属于绿藻-蓝藻型，细胞数量均值为9374.69×104 cells/L;石臼漾湿地浮游植物群落属于绿藻-硅藻型，细胞数量整体低于贯泾港，均值为2526.36×104 cells/L。浮游植物群落多样性指数表明贯泾港和石臼漾湿地水体水质基本处于β-中污型到α-中污型，根孔净化区后水质显著好于湿地入口。浮游植物群落指标受水体氧化还原电位、pH和各种营养盐指标影响较大，整体上石臼漾湿地水质优于贯泾港湿地。贯泾港构筑根孔湿地的水质净化效果较好，经过根孔净化区和深度净化区处理后的水源水质相对较好。湿地对营养物质、各种叶绿素、藻类密度和重金属元素具有很高的去除效率，且受到湿地氧化还原状况的影响，主要发生在根孔净化区。 (5)湿地温室气体排放效应及影响因素:构筑根孔小试湿地中，甲烷整体上为吸收特征，二氧化碳和氧化亚氮为排放特征。二氧化碳在不同日期、不同季节的通量变化幅度最大。二氧化碳的排放通量随着水力流程不断增加，氧化亚氮与甲烷在中段水力流程上有最大通量。大气温度显著影响了二氧化碳和氧化亚氮的排放特征。甲烷的吸收通量在4％粗秸秆和4％细秸秆高于对照组，且粗秸秆的吸收通量更大，与随着混合秸秆比例成正比。二氧化碳排放通量排序为4％细秸秆组＜空白对照组＜4％粗秸秆组，2％混合组＜对照组＜4％混合组＜3％混合组。氧化亚氮的排放通量排序为4％细秸秆＜4％粗秸秆＜空白对照组，2％混合组＜4％混合组＜3％混合组＜空白对照组。构筑根孔湿地对三种温室气体呈现出不同程度的减排效应，且与埋植秸秆粗细、混合比例有关。微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物生物量磷、脲酶、β-葡糖苷酶、磷酸酶、磷脂脂肪酸、生态板碳源利用等手段表征了微生物对温室气体通量的影响。