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植物配置对构造湿地根际区硝化 菌群及脱氮影响 ＊ 周 炜 1 黄民生 1 年跃刚 2 1.华东师范大学环境科学系, 上海 200062; 2.中国环境科学研究院, 北京 100012 摘要 研究了 3种植物配置对构造湿地根际区硝化菌群数量及脱氮效果影响的情况。 结果表明 3 个湿地池植物根 际区数量均较多, 富营养化河水加上充足的溶解氧含量和合适的 pH 值及水温为硝化菌群的生长繁殖提供了良好的 物质及环境条件; 根须硝化菌群数量平均比基质高 1 个数量级, 溶解氧含量的不同可能是造成这种差异的主要原因; 表明微生物的硝化和植物对氮素的同化利用在湿地池脱氮中发挥了重要作用。 关键词 构造湿地 根际区 硝化菌群 脱氮 试验研究 ＊国家“863”专项 2002AA601013, 2002AA601012, 2003AA601020 资助 课题 0 引言 入湖河流携带各种污染物进入湖泊是造成湖泊 富营养化的主要原因之一 [ 1] ,2004 年 2 月太湖入湖河 流监测结果表明 88 个水质监测断面中, 劣V 类水质 的断面比例为 40. 9, 其中首要污染指标为总氮和 氨氮 。因此,应用适宜的工程技术净化入湖河流中氮 素污染物对控制湖泊富营养化具有十分重要的作用。 构造湿地通过植物、基质及微生物的共同作用完 成对污染物的净化 [ 2-6] 。氨氮的微生物硝化是湿地净 化氮素污染物的重要过程, 水质、植物 有无 、 类型及 密度 、 基质 类型及深度 、 流态和季节等是影响硝化 细菌数量及其生理活性的重要因素 [ 7 -15] 。 本研究以多种类型的构造湿地为研究对象,探索 不同的植物配置对湿地根际区 根须和基质 硝化菌 群数量、 氮素污染物净化效果的影响情况及其内在机 制,以便为构造湿地的优化设计与运行提供科学依据。 1 材料与方法 1. 1 人工湿地现场概况 本试验系统位于东五里湖大桥东侧湖岸边,占地 面积约为600 m 2 ,合计12 个池 。研究中选择其中3 个 池为对象 ,单池 20m 1. 5 m ,池与池中间通过池埂隔 开,池埂宽 1 m 。池底及池埂用粘土夯实, 再铺防水 布防止渗漏 。1 号池植物配置为茭草 ; 2 号池植物配 置为水葱; 3 号池植物配置为鸢尾 。基质为沸石; 流 态为潜流 。 湿地进水取自附近一条污染河流, 其主要水质指 标为 CODMn5. 69 ～ 9. 28 mg L; TN 1. 3 ～ 5. 62 mg L; NH3- N 0. 18 ～ 2. 40 mg L ; TP 平 均 为 0. 107 ～ 1. 44 mg L 。 水力负荷为 0. 5～ 1. 5 m 3 m2d 。 1. 2 试验方法 待试验系统投入运行并稳定后 ,进行采样分析。 现场监测指标包括水温 、DO 、pH , 水质监测指标为 TN 、 NH3-N、NO - 3- N 、NO - 2- N SKALAR5000 流动分析 仪 ,根际区 根须和基质 微生物监测指标为亚硝酸 细菌和硝酸细菌总数 [ 16] 。试验从 2005 年 4月 6日开 始到 7 月26 日结束。 2 结果与分析 2. 1 根际区硝化菌群总数 根际区亚硝化菌及硝酸菌总数见图 1～ 4 。 图 1 根际亚硝酸细菌总数 根须 2. 2 湿地脱氮效果 湿地脱氮效果见图 5～ 8。 2. 3 湿地主要环境条件 部分数据 湿地温度、 DO 浓度、 pH 值 ,见图 9～ 11。 2. 4 分析 从图 1～ 图 11 试验结果分析可知 18 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 图 2 根际亚硝酸细菌总数 基质 图 3 根际硝酸细菌总数 根须 图 4 根际硝酸细菌总数 基质 图 5 TN 去除率 图 6 NH3-N 去除率 图 7 NO- 2-N 去除率 图 8 NO- 3-N 去除率 图9 水温变化 图 10 DO 浓度变化 图 11 pH值变化 1 3 个湿地池植物根际区硝化菌群数量均较 多,亚硝酸细菌和硝酸细菌总数分 别达到 10 3 ～ 10 4 个 g 、10 4 ～ 10 5 个 g , 平均硝酸细菌总数比亚硝酸 19 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 细菌总数高1 个数量级,平均根须硝酸细菌总数和亚 硝酸细菌总数比基质高 1 个数量级 。不同的植物配 置导致湿地根际区硝化菌群数量也有一定差异,其中 茭草根际区硝化菌群数量最多 , 其次为水葱, 再为 鸢尾 。 2 3 个湿地池对河水中 TN、NH3- N 、NO - 2- N、 NO - 3- N 均有较好的净化效果 。不同的植物配置对湿 地池的脱氮效果有一定影响, 以茭草湿地池脱氮效果 最好 ,其次为水葱湿地池, 再为鸢尾湿地池 。湿地池 脱氮效果与根际区硝化菌群数量、水温具有良好的正 相关性。 3 3 个湿地池水温在 17 ～ 29 ℃之间 ; 溶解氧含 量基本上都在 2 mg L 以上; pH 值为 7. 3 ～ 7. 8 之间, 呈弱碱性 。 3 结论 1 3 个湿地池植物根际区亚硝酸细菌和硝酸细 菌总数分别达到 10 3 ～ 10 4 个 g 、 10 4 ～ 10 5 个 g , 富营养 化河水加上充足的溶解氧含量和合适的 pH 值及水 温为硝化菌群的生长繁殖提供了良好的物质及环境 条件 [ 7,9] 。 2 根际区平均根须硝酸细菌总数和亚硝酸细菌 总数比基质高 1 个数量级。植物光合作用产生的氧 气由内向外扩散导致溶解氧含量从根须到基质层逐 渐降低,硝化菌群数量也因此出现差异 [ 11,14,15] 。 3 茭草湿地池根际区硝化菌群数量最多 ,其次 为水葱 ,再为鸢尾 。不同植物其根须的长度和密度、 光合作用产氧强度也不同 ,结果导致根际区物理结构 及其硝化菌群数量的差异 。 4 3 个湿地池对河水中 TN、NH3- N 、NO - 2- N、 NO - 3- N 均有较高的去除率, 脱氮效果与根际区硝化 菌群数量、水温具有良好的正相关性, 根际区微生物 的硝化和植物对氮素的同化利用在湿地池脱氮中发 挥了重要作用 [ 13] 。 参考文献 [ 1] 赵生才. 我国湖泊富营养化的发生机制与控制对策. 地球科学 进展, 2004,19 1 138 -140. 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The experimental results indicated that ammonium nitrate NH4NO3was the predominant nitrogen source and the nutrient balance between N and P ratio for this strain kept at N∶ P4∶ 1. Keywords soil lightly contaminated by oil, predominant bacteria to degrade oil, screening isolating and nutrient balance STABILITY ANALYSIS OF AOB COMMUNITY IN NITRIFYING SUSPENSION FILLER TOWER Wang Feng Xia Siqing Shi Yan et al 10 Abstract It was studied that ammonia -oxidizing bacteria AOBcommunity in a nitrifying suspension tower for biochemical flocculation process, using PCR -DGGE technique. The change in systematic AOB community structure was examined under the regulation of aeration strength and hydraulic residence time RHT. The biofilm sampleswere takendirectly from a nitrifying filler tower. MDS was used for the analysisof DGGE electrophoretogram, and the results were displayed by 2 -D pattern. The results show that the aeration strength and RHT have a certaineffect on AOB community. The main AOB strains remain unchanged in the process of running. Keywords polyase chain reaction, concentration gradient of gel electrophoresis and AOB THE FUNCTION OF PROTOZOA SARCODINA AS NITRIFICATION INDICATOR IN THE PROCESS OF SEQUENCING BATCH REACTORDing Guoji Li Jun 13 Abstract The analysis of relationship between the density of Sarcodina and the nitrification ratio in the process of sequencing batch reactor SBR under the control of aeration showed that Arcella gibbosa, Arcella vulgaris and Pyxidicula operculata were good nitrification indicator. However, A. gibbosa and A. vulgaris were better than P. operculata as the nitrification indicator considering the relativity with nitrification ratio and the convenience of observation. Keywords SBR process, Sarcodina, nitrification and indicator PRIMARY STUDY ON PHYTOREMEDY OF CONTAMINATED WATERWITH PCOPs Wan Dajuan Chen Xian Jia Xiaoshan 16 Abstract Phytoremediation of contaminated water with PCOPs 1, 2, 4-TCB and pp ′ -DDTwere studied by the of water -culture medium. Results showed that ryegrass could absorb and degrade 1, 2, 4 -TCB and pp′ -DDT, reduce the content of PCOPs in water. The growth of ryegrass was affected by the variety and concentration of PCOPs. The absorption capability of ryegrass inwater was lower than in soil. Keywords plant, absorb, degrade, water and PCOPs EFFECTS OF PLANT SELECTIONON THE NITROBACTERIA DENSITY IN RHIZOSPHERE AND NITROGEN REMOVAL IN CONSTRUCTED WETLANDS Zhou Wei Huang Minsheng Nian Yuegang 18 Abstract Effects of plant selection on the nitrobacteria density in rhizosphere and nitrogen removal in constructed wetlands had been presented. Experimental results showed that there were very high density of nitrobacteria in the rhizospheres of wetlands planted with Zizania caduciflora, Scirpus validus, Iris pseudacorus under appropriate DO and pH conditions. Nitrobacteria density in the rhizosphere is always higher than that in the substrate of the wetlands which is due to the difference of DO levels. And the nitrogen removal efficiencies are related positively to the nitrobacteria density and water temperature, which indicates nitration of microbes and assimilation of the plants played important roles in the nitrogen removal of wetlands. Keywords constructed wetlands, rhizosphere, ntrobacteria, nitrogen removal and experimentation DEGRADATIONOFORGANOCHLORINEPESTICIDESINAMERICANGINSENGBY BIOLOGICAL WAYWang Likun Pang Jinzhao Liu Wenzhi et al 21 Abstract The bacterial strain which can degrade organochlorine pesticideswith high effect was isolatedfrom soil planted American ginseng. The solid preparation made by the strain applies to field experiments via three -year -old ginseng in one year, indicating the degradation rate of the strain for total amount of BHC up to 36. 27～ 49. 90, the degradation rate of the strain for total amount of DDT up to 25. 19～ 35. 61. Keywords organochlorine pesticides, degrading bacterium and American ginseng EXPERIMENT ON THE COUPLING BIOREACTOR FOR THE DOMESTIC WASTEWATER TREATMENT OF LOW C N RATIO IN DIFFERENT OPERATING MODES Li Jun Zhang Ning Yang Haiyan et al 23 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 3, Jun. , 2006