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人工湿地微生物状况及其相关分析 Artificial wetland microbial situation and correlation analysis 郭舒昀 武夷学院环境与建筑工程系环境工程，南平 摘要：微生物是人工湿地系统中的重要角色。微生物种群结构的多样性、稳定性和种群恢复性对维护湿地处理系统的有效性起着关键作用。研究湿地中微生物的多样性，即微生物的种类和数量的多少是评价人工湿地作用的重要指标。 本文从人工湿地微生物群落的研究方法、微生物群落结构与组成、微生物群落调节作用与环境因素的关系等方面，综述了人工湿地微生物的研究进展。如何进一步加深对氮循环相关微生物多样性的研究，提高废水中氮的去除效率依然是未来人工湿地技术需要解决的重要问题之一。关于多种微生物群落互相影响、约束造成的湿地内微生物系统的特征和分布，以及对湿地去除污染物效果造成的影响也将是热点和难点。除此之外，运用先进的分子微生物生态技术对现有微生物进行驯化和改造的研究也是很有实际意义的。 目前关于微生物去除污染物因素相互影响的研究工作还很少，也将成为今后研究的重点。 关键字：人工湿地，微生物，微生物群落，分布特征 前言 人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统，最早是由澳大利亚的Mackney于1904年提出的，指人工建造和监督控制的、工程化的沼泽地，利用自然生态系统中的物理、化学和生物三重协同作用来实现对污水的净化作用。按照微生物生态系统分类，人工湿地属于陆地微生物生态系统。 人工湿地基质中微生物类群在人工湿地污水净化过程起到积极重要的作用。人工湿地成熟后，填料表面和植物根部形成生物膜，污水流经时，固体悬浮物被填料及根系阻截，有机物通过生物膜的吸附、同化作用而得以去除[1]。人工湿地中氮主要是依靠微生物的硝化和反硝化作用来去除，植物吸收和氨挥发也可以去除部分氮。废水中磷的去除是依靠填料和湿地中沉积物吸附、微生物和植物的吸收等来实现。 近年来，多数学者已对人工湿地的微生物学与生物化学特性进行了研究，但多集中于微生物生物量、呼吸作用、酶活性的研究，揭示微生物生物量及其活性在时间、空间上的分布和变化。 人工湿地系统污染物的去除是不同种类微生物共同作用的结果，而某些特定类群的微生物往往起着关键作用，认识这些具有特殊功能的微生物，以及它们在水体修复过程中的变化一直是各国学者所感兴趣的课题。 微生物群落结构与组成 3.1季节差异（及温度差异） 根际微生物在人工湿地中的分布特点、季节性动态变化：从植物间的比较看，植物根际区基质的微生物数量包括氨化细菌、亚硝酸细菌和反硝化细菌均高于无植物的对照亚硝酸细菌数量冬季小于夏季人工湿地基质所含反硝酸细菌数量冬季小于夏季微生物是维持湿地生态系统和实现生态净化功能及其物质和能量转化的重要组成部分［6］。湿地中存在大量的厌氧、好氧和兼性菌群，这些微生物存在于湿地的土壤或填料的表面以及植物的根系表面，通过参与营养物的循环和改善填料氧化还原条件，以实现湿地处理污水的功能［7］。 细菌在食物链上属于分解者。 可以将其他食物链阶层的生物所产生的废物及其尸体分解，利于环境吸收再作用。 例如：碳循环与氮循环。 a、碳循环：有机物经由细菌分解成水及二氧化碳，二氧化碳再携带着碳原子 还原至大气中以后再经由植物的光合作用进入到生态圈的循环。 b、氮循环：生物尸体或排泄物中的含氮化合物，可由细菌与菌物的氨化作用产生氨，氨溶于水可形成铵盐。 铵盐可经亚硝化细菌氧化为亚硝酸盐，亚硝酸盐再被硝化细菌氧化为硝酸盐，此过程称为硝化作用。 当土壤中充满水或缺氧时，硝酸盐在无氧狀态可经脱氮细菌还原为氮气而释放到大气中，此为脱氮作用。 -和N03-，可能出现的含氮气体为N2、N20、N02、N204、NH3[9]。 硝化作用依赖于废水中铵态氮( NH4+ -N) 浓度的大小( Paredes et al．， 2007) ，同时较高浓度的硝酸盐会促进反硝化作用( Sirivedhin ＆ Gray， 2006) 。 人工湿地中不同形式的氮之间存在着相互转变，从无机物变成有机物，从有机物再变成无机物。 这些转变形式中起主要作用的为：氨的挥发作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用、植物的吸收作用以及厌氧氨氧化作用。 (1)氨的挥发作用 氨挥发是一个物理化学过程，该过程的发生与pH有关。Reddy和P删ck指出，当pH7．5时，氨的挥发是可以忽略的，当7．5pH8时，氨的挥发经常发生，但是也不太明显，但当pH9．3时，氨的挥发作用较显著[10]。Stowell指出在氮的去除中氨的挥发速率可高达2．29N／m2·d[11] (2)氨化作用 氨化作用指将有机氮转变成氨的过程，其本质过程是氨基酸的分解过程，包括不同类型的脱氨基反应，氧化脱氨基反应过程见式(1—1)，在土壤层发生的脱氨基反应