【摘 要】
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人工湿地技术作为污水处理的重要工艺之一,在城市废水处理、工业尾水处理、农业养殖业污水处理等方面有越来越广泛的应用。大型水生植物作为人工湿地的重要组成之一,发挥着重要的生态功能。人工湿地植物经常遭受污染浓度超标、高盐等胁迫,造成其生长不良,影响其功能的发挥,因此水生植物的筛选是人工湿地的重要工作。相关领域已开展了大量研究,不同的研究对于水生植物比较结果存在较大差异,甚至存在相反的结果,导致这些结果适
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人工湿地技术作为污水处理的重要工艺之一,在城市废水处理、工业尾水处理、农业养殖业污水处理等方面有越来越广泛的应用。大型水生植物作为人工湿地的重要组成之一,发挥着重要的生态功能。人工湿地植物经常遭受污染浓度超标、高盐等胁迫,造成其生长不良,影响其功能的发挥,因此水生植物的筛选是人工湿地的重要工作。相关领域已开展了大量研究,不同的研究对于水生植物比较结果存在较大差异,甚至存在相反的结果,导致这些结果适用范围相对较窄。针对这一问题,本文提出了一个假设:进水条件的差异是造成不同研究品比结果差异的主要原因。为验证这一假设,本研究开展了不同进水盐度条件下五种水生植物浮床人工湿地(FCW)小试试验,并分析了水生植物生长状态、净化功能、根际微生物群落特征的动态变化,以期获得以下目标:(1)量化盐度对大型植物在浮床人工湿地中污染物去除率(RE)的影响;(2)评价不同盐度下多个形态和生理参数的水生植物的生长状况;(3)比较不同盐度下水生植物根际细菌群落和多样性的差异;(4)确定水生植物特性与污染物的关系以及水生植物在确定净化功能时的主要指示特性。本研究选用5种常见水生植物:水芹(Oe)、黄菖蒲(Ir)、菖蒲(Ac)、再力花(Th)和香蒲(Ty)构建浮床人工湿地系统,在不同进水盐度条件下进行小试试验,结果表明:(1)随着盐度升高,高盐废水中的污染物去除率普遍降低,而一些大型植物,如黄菖蒲,可以有效地抵抗这种下降。低盐条件下,五种植物化学需氧量(COD)去除率范围为34.2-45.6%,高盐时COD去除率下降至-44.0-24.9%,除黄菖蒲(Ir)外其他植物平均去除率为-27.5%;硝氮(NO3--N)去除率与化学需氧量(COD)去除率变化一致,低盐时去除率范围为68.8-98.1%,高盐时去除率范围下降为16.7-73.6%,除黄菖蒲(Ir)外的植物的平均硝氮去除率仅为23.0%。植物种间化学需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)和总磷(TP)的平均变异系数从低盐度时的28.6%增加到高盐度时的91.3%,说明高盐度条件下水生植物选择更为重要。(2)基于形态和生理参数的水生植物选择因盐度和参数的不同而有较大差异,说明某一特定条件下的研究结果可能有相对较窄的适用范围。低盐条件下,与污染去除相关的参数相对较少(如根系过氧化氢酶(CAT)、观察到的细菌数(Sobs)),而随着进水盐度的增加,更多的大型植物参数(生物量(TB、UB)、根活(RA)、木质素含量(Lig)等)与污染物去除率呈显著相关性,表明单个水生植物参数选择在代表污染物去除率方面的有效性降低。因此,进水盐度是水生植物在选择和应用中需要考虑的一个关键因素,尤其是在无土条件下。(3)根际微生物在浮床人工湿地植物净化水质及应对环境变化中起到重要作用,进水盐度的增加会显著降低微生物的丰度及多样性。低盐条件下,微生物香农多样性指数(SHDI)在属水平上为5.0-6.0,随盐度增加,降至最低为3.0-3.8,然后稍微上升至4.3-4.9,观察到的细菌物种数(Sobs)中有相似的结果。进水盐度的增加会使根际细菌群落呈现趋同或趋同演变,不同水生植物物种间的演变略有差异,根际细菌群落保持稳定性的能力随大型植物种类不同而显著变化。黄菖蒲(Ir)物种显示出最高的稳定度(SIsalinity),平均为82.5%。Oe和Ty物种在不同盐度下根际细菌群落中的稳定性最低,平均分别为68.8%和69.0%。(4)盐度上升会改变微生物群落结构,低盐下,根际微生物群落组成复杂,五种植物的OTU数目为5238,各菌落占比相对均匀。随着盐度加剧,五种植物的OTU数目降至3832,微生物群落结构趋于单一。高盐下,耐盐菌落(如假单胞菌属)占据主要地位,五种植物相对丰度范围由低盐阶段的4.2-15.0%上升至高盐阶段的12.4-34.8%。物种间根际微生物结构有一定差异性,这种特性受物种和盐度共同影响,而物种是主要决定因素。
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