不同工藝人工濕地反硝化功能基因分布特征及其與氮元素去除的關(guān)系.pdf

1、氮元素去除的不足現(xiàn)已成為人工濕地實(shí)際工程運(yùn)用過程中亟待解決的問題。微生物是人工濕地重要組成部分，在污染物的轉(zhuǎn)化和礦化過程中發(fā)揮著重要作用，其中反硝化細(xì)菌在人工濕地對(duì)氮元素轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。因此研究人工濕地的反硝化細(xì)菌，有助于揭示人工濕地氮元素去除的微生物機(jī)理，為人工濕地氮去除率的提高提供理論指導(dǎo)。目前對(duì)人工濕地反硝化細(xì)菌的研究主要集中于對(duì)反硝化細(xì)菌的分布和物種多樣性的研究，然而對(duì)人工濕地反硝化功能基因豐度對(duì)物理化學(xué)性質(zhì)的響應(yīng)和

2、氮元素的去除影響的研究較少。
　　因此，本研究分別構(gòu)建了12個(gè)不同構(gòu)型的小試人工濕地和4個(gè)外加植物碳源處理復(fù)合潛流人工濕地，利用qPCR技術(shù)對(duì)反硝化過程中編碼亞硝酸鹽還原酶的基因nirS和niK，編碼氧化亞氮還原酶的基因nosZ豐度進(jìn)行定量檢測(cè)，同時(shí)對(duì)人工濕地的物理化學(xué)性質(zhì)和氮元素去除進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以評(píng)估：（1）反硝化功能基因在人工濕地中的分布和季節(jié)變化特征，設(shè)計(jì)工藝和外加碳源對(duì)人工濕地反硝化功能基因豐度的影響；（2）物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)反

3、硝化功能基因豐度間的影響；（3）反硝化功能基因豐度對(duì)人工濕地氮元素去除的影響。取得的主要研究結(jié)論如下：
　?。?）小試人工濕地中16SrRNA和反硝化功能基因 nirS、nosZ豐度分別為1.55×106-7.36×108 copies/g、2.17×104-1.91×108 copies/g和1.03×104-2.7×107 copies/g。nirS基因?yàn)閮?yōu)勢(shì)基因，nirK基因未檢出。濕地構(gòu)型對(duì)小試人工濕地nirS基因豐度存在

4、顯著影響（p<0.05）：水平潛流濕地（HFCWs）中nirS基因豐度高于下行垂直潛流濕地（DVFCWs）（p<0.05），水平潛流（HFCWs）和表面流濕地（SFCWs）基質(zhì)中則無顯著差異；植被類型、基質(zhì)類型和水力負(fù)荷對(duì)反硝化功能基因豐度無顯著影響。
　?。?）小試人工濕地中，HFCWs的TN去除率顯著高于SFCWs（p<0.05），且HFCWs出水中無NO3--N累積。物理化學(xué)因子中DO是影響人工濕地反硝化細(xì)菌豐度的最主要因素

5、，其與nirS和nosZ基因豐度存在較大的負(fù)相關(guān)關(guān)系。不同濕地中反硝化功能基因豐度與氮元素去除存在不同的關(guān)系：DVFCWs的NH4+-N去除率與nosZ基因絕對(duì)豐度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系（p<0.05）；SFCWs中氮元素去除率與基質(zhì)中nirS和nosZ基因豐度不存在顯著的相關(guān)關(guān)系；HFCWs中TN去除率與nosZ基因的豐度存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（p<0.05），出水中NO3--N的濃度與nirS基因豐度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系（p<0.05）。<

6、br>　?。?）加碳復(fù)合潛流人工濕地中，16SrRNA、nirS、nirK和nosZ基因豐度分別為1.16×106-2.49×109 copies/g、2.54×104-1.29×108 copies/g、2.23×102-9.67×105 copies/g和5.96×103-1.39×108 copies/g，nirS基因?yàn)閮?yōu)勢(shì)基因。垂直潛流濕地nirS、nirK和nosZ基因豐度顯著高于水平潛流人工濕地（p<0.01）。當(dāng)C/N為8

7、，HLR=1 m/d時(shí)，加碳濕地反硝化功能基因nirS和nosZ豐度顯著高于未加碳濕地（p<0.05）。加碳濕地TN去除率和NO3--N去除率極顯著高于未加碳濕地（p<0.01）。復(fù)合潛流人工濕地中TN和NO3--N去除率均與反硝化功能基因豐度存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（p<0.05）。
　　結(jié)論如下：（1）小試濕地中，與DVFCWs和SFCWs相比，HFCWs反硝化功能基因豐度更高；HFCWs中反硝化功能基因豐度與氮元素去除存在顯著的