为探讨植物种类对人工湿地中根际细菌群落结构特征分布的影响,以 7 种木本植物细叶水团花(Adina rubella)、南川柳(Salix rosthornii)、白棠子(Callicarpa dichotoma)、夹竹桃(Nerium oleander)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis)、水蜡(Ligustrum obtusifolium)、大叶女贞(Ligustrum lucidum)为研究对象,运用 16S rRNA细菌高通量测序技术,探究垂直流人工湿地木本植物根际微生物群落结构及其主要功能类群.结果表明:细叶水团花、水蜡根际菌群的多样性、丰富度与均匀度均高于其他 5 种植物,其根系能够更好地富集微生物.门水平上,变形菌门、厚壁菌门是木本植物平均相对丰度较高的门,其次为绿弯菌门、放线菌门和蓝藻门;属水平上,乳杆菌属、片球菌属、地杆菌属为木本植物的共有优势菌属;大叶女贞、白棠子、夹竹桃菌落组成差异显著,乳杆菌属、片球菌属、乳球菌属是引起 7 种木本植物样本间菌落差异的关键物种;7 种木本植物根际硝化功能菌属丰度普遍较低,相对丰度范围为 0.11%—1.06%;反硝化功能菌属的相对丰度范围为 3.51%—10.40%,水蜡对于反硝化功能菌属的富集能力最强.基于实验得出,在模拟垂直流人工湿地条件下,根系水淹处理的木本植物为微生物反硝化作用营造了适宜的厌氧条件,使反硝化细菌在木本植物根际大量富集,供试的 7 种木本植物在适应水淹缺氧逆境胁迫的同时,仍能够保障人工湿地系统的氮去除能力.

溶解性有机质(DOM)的存在会影响纳米氧化锌颗粒(ZnO NPs)在水中的稳定性.本文通过构建垂直潜流人工湿地,以腐殖酸(HA)作为DOM的代表物质,研究了 1 mg·L-1 ZnO NPs和不同浓度HA(1、5、10、20和30 mg·L-1)共存下对人工湿地处理性能、堵塞程度以及微生物群落变化的影响.结果表明:低浓度(≤1 mg·L-1)HA溶液会促进ZnO NPs的团聚,而中高浓度(1～25 mg·L-1)HA溶液则产生相反的作用.ZnO NPs和HA共存会降低人工湿地的净化效果,尤其是1 mg·L-1 HA时,COD、氨氮和总氮的去除率分别下降了 18.07％、19.94％和26.37％.连续投加1 mg·L-1 HA浓度和1 mg·L-1 ZnO NPs 60天后,人工湿地堵塞最严重,渗透系数下降67.5％.HA和ZnO NPs共存会影响微生物分泌胞外聚合物(EPS),当HA浓度为1 mg·L-1时,EPS高达140.30±0.29 mg·g-1,而空白组仅为78.67±0.32 mg.g-1,这也是人工湿地堵塞严重的一个重要原因.此外,ZnO NPs和HA的加入会降低微生物群落的丰富度和多样性,并促进分泌EPS微生物(Thauera)的生长.研究结果可为人工湿地的堵塞机制提供新的解释.

以垂直流人工湿地为研究对象, 探讨不同生物促生剂添加量对系统中N、P以及COD去除效果的影响,并通过测定人工湿地系统中基质磷酸酶和脲酶活性来进行机理分析.结果表明, 添加生物促生剂可显著提高系统的脱氮效率, TN和-N去除效率均达到80％以上, 较对照系统分别提高了71.5％和31.7％, 对TP和COD的去除效率最高可达到36.0％和91.6％, 较对照系统分别提高了9.1％和5.9％.同时可提高系统中基质磷酸酶和脲酶活性, 对系统中基质脲酶活性更具有显著性的影响, 基质磷酸酶、脲酶活性和COD去除率间存在显著正相关.研究中所采用的生物促生剂在本系统中最适宜添加量为5 μL/L, 即每升进水中添加5 μL生物促生剂.

为了解人工湿地处理中碳/氮水平的废水时植物种类及多样性对系统氧化亚氮释放及功能基因丰度的影响,本研究构建了实验尺度的垂直流人工湿地微宇宙实验系统.选取芦苇(Phragmites australis)、千屈菜(Lythrum salicaria)和海寿花(Pontederia cordata)3种人工湿地常用、景观效果好的植物,在系统中配置了3个单种处理和1个三物种混种处理.结果 表明:芦苇、千屈菜与海寿花混种系统的氧化亚氮释放强度(24597.0 μg N2O·m-2·d-1)高于三物种单种系统的平均值(11744.8 μg N2O·m-2·d-1)(P＜0.001),同氧化亚氮释放一样,混种系统的amoA基因绝对丰度(6.33× 107 copies·g-1 soil)和nirS基因绝对丰度(1.92× 106 copies·g-1 soil)也高于三物种单种系统的平均值(5.70×107和1.58X 106 copies·g-1 soil).此外,混种系统的出水硝态氮浓度低于三物种单种系统的平均值(P＜0.05),但出水硝态氮浓度、微生物量和植物生物量在单混种系统间无显著差异(P＞0.05).3个单种系统间的氧化亚氮释放强度、amoA基因绝对丰度、nirS基因绝对丰度、出水铵态氮浓度、微生物量和植物生物量存在显著差异(P＜0.01),但出水硝态氮无显著差异(P＞0.05).通过植物种类和丰富度对各指标变异的解释度发现,植物种类和丰富度分别解释变异的比率存在一定差异,总体上,植物丰富度对氧化亚氮释放、amoA基因绝对丰度和nirS基因绝对丰度的影响大于植物种类,植物种类对出水硝态氮浓度的影响大于植物丰富度.

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)利用电极表面富集的电化学活性菌(Electrochemically ActiveBacteria,EAB)对生物堵塞的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)进行降解,并通过产电过程中形成的微弱电场来抑制微生物胞外多糖大量分泌,可在一定程度上控制人工湿地(Constructed Wetland,CW)的生物堵塞.为此,研究将阴极和阳极电极分别嵌入垂直流人工湿地的不同深度位置处,构建了人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)耦合系统.通过比较开路和闭路耦合系统的孔隙率、过水速率以及净化效果,评价CW-MFC系统的堵塞延缓能力.结果表明:相较开路系统,闭路系统的过滤速率增幅较大,孔隙率的降幅较小,在一定程度上缓解了堵塞.闭路系统对TN和NH4+-N的去除率显著高于开路系统.嵌入电极形成的CW-MFC系统可原位缓解堵塞,有较好的应用潜力.

探究了3种水力负荷(HLR)下三级串联垂直潜流人工湿地(T-VFCWs)对农村生活污水的处理效果,并解析了系统中的氮素转化机制.结果表明:当系统HLR由0.10增至0.20 m3·m-2·d-1时,T-VFCWs始终保持着对农村生活污水高效的处理效果,系统出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准.T-VFCWs中顺次连接的3个VFCW单元(标记为V-1、V-2和V-3)在限氧环境下因其进水水质的差异可形成各自不同的氮素转化途径,并通过协同作用实现系统的高效脱氮.当T-VFCWs在试验期间连续运行时,V-1、V-2和V-3中主要的脱氮途径分别为短程硝化/反硝化作用、基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)作用和反硝化作用,上述3单元对进水中总氮(TN)和NH4+-N去除的贡献率分别为(51.3±4.4)％和(63.7±2.6)％、(30.9±4.8)％和(35.5±4.5)％、(17.8±5.0)％和(0.8±0.1)％.该研究可为组合式人工湿地的研发及工程化应用提供科学依据和技术支撑.

文章以垂直流人工湿地为研究对象,探究了水位调控对湿地系统脱氮性能的影响效果及影响机制.结果表明,水位调控可以优化湿地内部的不饱和层、饱和层分布,提高系统对化学需氧量和氨氮的去除效果,进而提高脱氮能力.当饱和水位高度为70 cm时(基质床高度为90 cm),系统的总氮去除率最高,为53.6％.氮循环功能基因的结果表明,饱和水位降低后所创造的不饱和层并未对反硝化菌群造成负面影响,不饱和层中富集的亚硝酸盐氧化菌,可以实现同步硝化反硝化.但过低的饱和水位(20 cm)会引起不必要的碳源损失,导致反硝化过程受限,脱氮效率降低.由此,在垂直流人工湿地实际应用时,可以通过水位调控强化湿地系统的脱氮性能.

鸟类多样性是评价区域内生态环境质量的重要指标.2017年3月-2018年2月,采用样线法和样点法对四川黑水河自然保护区的鸟类进行了野外调查,结合历史文献资料,共记录鸟类16目51科248种,其中国家一级重点保护鸟类3种,国家二级重点保护鸟类32种,四川省重点保护鸟类6种,中国特有种12种;从居留型来看,留鸟168种,夏候鸟55种,旅鸟12种,冬候鸟13种;森林和灌丛生境中的鸟类丰富度和Shannon-Wiener指数最高,湿地和人工生境次之,草地和流石滩生境最低;保护区的鸟类存在明显的垂直分布格局,丰富度和Shannon-Wiener指数呈低海拔平台然后随海拔升高递减模式.本结果为保护区的鸟类保护和管理提供了科学依据,也为邛崃山系鸟类多样性和地理分布格局积累了资料.