不同湿地模型净水效果与基质酶活性相关性的比较研究

为了研究不同植物和基质组合的小型湿地模型净水效果及其与基质酶活性(脲酶和磷酸酶)之间的相关性,并选出净水效果最佳的模型,通过对两种植物(茭白和慈姑)和两种基质(石榴石和磁铁矿)进行组合构建不同的湿地模型,对不同湿地模型进出水口水质和基质酶活性进行测定并加以分析进行优化选择。结果表明:湿地模型对亚硝态氮的去除率最高,最高能达到98.87%,最低也能达到58.06%,对高锰酸盐的去除率最低,最高37.91%,最低2.51%;湿地模型X5-X6对各污染物的去除率基本上都比X1-X4高,总氮去除率平均高3%,氨氮去除率平均高10%,亚硝态氮去除率平均高10%,总磷去除率平均高15%,正磷酸盐去除率平均高20%,高锰酸盐去除率平均高8%;在相同种植数量的情况下,茭白和慈姑混合种植的湿地模型总体上比茭白和慈姑单一种植的湿地模型具有更好的净水效果,是实验中的最佳湿地模型;湿地模型的脲酶活性与总氮去除率具有显著的相关性(相关系数为0.903—0.980),脲酶可作为判定人工湿地去除养殖水体中总氮效能的指标,湿地模型磷酸酶活性与高锰酸盐去除率总体上具有显著相关性(相关系数为0.821—0.992),磷酸酶可作为判定人工湿地去除养殖水体中高锰酸盐效能的指标。研究为人工湿地植物和基质优化选择和基质酶活性评价净水效果提供了理论依据。

人工湿地基质氧化还原酶与净水效果的相关性

为研究氧化还原酶活性对人工湿地中污染物去除率的影响,探讨将基质酶活性作为评判人工湿地整体去除效能的指标,本研究以生物陶粒和鹅卵石为基质并搭配种植再力花(Thalia dealbata)、美人蕉(Canna indica)和梭鱼草(Pontederia cordata)的复合垂直流人工湿地为研究对象,2016年6月至11月每月采样1次,对基质中4种氧化还原酶(脱氢酶、多酚氧化酶、过氧化物酶和硝酸还原酶)的酶活性进行测定,并从酶学的角度探讨这4种氧化还原酶的活性与养殖尾水中总氮(TN)、硝态氮(NO_3~–-N)、总磷(TP)、正磷酸盐(PO_4^(3–)-P)、COD_(Mn)去除率之间的关系。结果表明,氧化还原酶活性在整个实验过程中发生了显著变化,脱氢酶和过氧化物酶活性先上升后下降,酶活性分别在植物生长高峰期的8月和9月达到最高;多酚氧化酶和硝酸还原酶活性夏季(6—8月)变化不大,植物生长末期达到最高。空间分布上,脱氢酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性沿垂直方向分布表现出相同趋势,即表层最高,中层次之,底层最低。硝酸还原酶活性则表现出相反的趋势。脱氢酶活性与COD_(Mn)的去除率显著正相关(R^2=0.6783,P<0.05);硝酸还原酶活性与NO3–-N的去除率显著正相关(R^2=0.6768,P<0.05);多酚氧化酶和过氧化物酶活性与TN、NO_3~–-N、TP、PO_4^(3–)-P以及COD_(Mn)的去除率无显著相关性(P>0.05)。结论认为,脱氢酶可作为人工湿地中去除COD_(Mn)的效能指标,硝酸还原酶可作为人工湿地中去除NO_3~–-N的效能指标。

人工湿地不同植物根系及基质重金属富集特征及其与环境因子相关性

为了研究复合垂直潜流人工湿地对池塘养殖水体中重金属的去除效果,通过对水质指标以及重金属的测定,进而分析了不同植物根系及其根系附近基质对重金属富集效果的差异以及不同环境因素与重金属富集速率之间的相关性。结果表明:人工湿地对水体中铅、铜的去除效果分别为77.20%和41.70%,相比于其他类型的湿地,复合垂直潜流人工湿地对铅、铜的去除具有一定优势;砷在湿地中存在释放现象,平均释放率为8.40%。水蓼和再力花根系对铬、砷、铅、铜具有富集作用,梭鱼草仅对铬、砷存在富集作用。水蓼、梭鱼草、再力花根系附近基质均对铬有较好的富集作用,其中梭鱼草对铬的富集速率最大,为0.987 mg/(kg·d)。水蓼根系对铅和铜的富集速率与水温存在显著负相关性,对铬、铜的富集速率与pH存在显著负相关性;梭鱼草根系对铬、砷富集速率与水温存在显著负相关性;再力花根系对铅富集速率与水温、pH存在显著负相关性,对铜的富集速率与水温存在显著负相关性。本研究结果从重金属去除的角度为复合垂直潜流人工湿地的应用以及湿地植物的选择提供一定理论依据和参考。

不同湿地模型中根系微生物的多样性

为了研究不同植物和滤料组合的小型湿地模型在处理养殖池塘水体过程中根系微生物群落的特征,并分析植物对根系微生物富集的影响,本研究对两种植物(茭白和慈菇)和两种滤料(石榴石和磁铁矿)进行组合构建了6种不同的湿地模型,并利用高通量测序技术分析湿地植物根系微生物的结构特点和多样性.结果表明:不同湿地模型根系微生物的种类和数量各不相同;所有收集的微生物总体上属于52个门,118个纲,455科,905个属和1 426个种;根据Shannon指数,茭白(平均为5.77)比慈菇(平均为5.29)在微生物富集方面具有更强的能力;但是,慈菇和茭白根系微生物中变形菌门的比例分别平均为61.97%和51.78%,说明慈菇能够更好地富集变形菌.β-变形菌纲为实验期间不同植物根际富集的主要细菌类群.本研究结果为人工湿地植物优化选择提供了理论基础和湿地组合最佳构建提供了基础资料.