Page 24 - 《渔业研究》2025年第3期

第 3 期 姚海燕等： 两种工况对人工湿地模型微生物群落结构及脱氮除磷的影响 281

oxygen demand，COD）和重金属等污染物有着良 为人为调控湿地微生物结构，完善人工湿地系统的
好的去除效果，例如通过构建垂直潜流人工湿地系 建设提供参考资料。

统净化草鱼（Ctenopharyngodon idellus）和大口黑
1 材料与方法
鲈（Micropterus salmoides）养殖尾水的结果显示，
对草鱼尾水中的 TN、TP 去除率分别可达 68.72%、 1.1 水平潜流人工湿地系统的构建
85.93%，对大口黑鲈尾水中的 TN、TP 去除率分别 实验装置如图 1 所示，在小型跑道池（400 cm×
达到 41.77%、90.23% 。 120 cm×40 cm）内构建模拟人工湿地系统，池内设
[4]
在人工湿地系统中，基质对磷的吸附是除磷的 置 pH 传感器、温度传感器，以进行实时监测；上
[5]
主要途径 ，如通过选择锰砂作为基质，表现出优 方水车设置减速机，用来调整水流速度并增加水体
秀的脱氮除磷效果，TP 达标率为 100%，氨氮达标 溶解氧（Dissolved oxygen，DO）含量。在跑道池
[6]
率为 75% ；以新型钙化海藻作为基质，其潜流型 一侧放置 8 个塑料筐（59 cm×41 cm×28 cm）模拟
人工湿地系统对 TP 去除率可达 98%，明显高于以 单个水平潜流湿地（图 2） ，筐内由下至上铺设
[7]
砾石作为基质的湿地 ；通过在复合土柱中添加催 15 cm 无烟煤和 5 cm 细河沙作为湿地基质，并用
化氧化材料和生物炭，氨氮（ NH -N） 、COD 的 100 目筛绢布包裹筐体，以防止基质流失，基质物
+
4
[8]
去除率得到了明显提升 。植物也在人工湿地系统 理性质如表 1 所示。湿地植物选用蕹菜，种植密度
2
中对污染物的去除起到了重要作用，相比无植物状 为 25 株/m 。湿地进水采用模拟尾水，于湿地旁配
态，种植植物后对 TN、TP 的去除率分别高出 水箱进行人工配置，主要由氯化铵、磷酸二氢钾和
[9]
13.6% 和 19.5% 。湿地植物的选择倾向于从天然 葡萄糖等分析纯物质配成，其主要水质指标如表 2
湿地中筛选抗污能力强、净化效果好以及具有一定 所示。正式实验开始前，通过预实验将曝气 24 h
经济价值的观赏植物。目前，适宜中国南方湿地 的模拟尾水通过水泵抽至人工湿地系统内，减速机
系统的植物有再力花（Thalia dealbata） 、美人蕉 调整至开启，使模拟尾水均匀分布，该时期通过无
（Canna indica ） 、蕹菜（Ipomoea aquatica）等 [10] 。 烟煤和细河沙与模拟尾水的接触，提高人工湿地系
此外，微生物的脱氮和除磷作用也不容忽视，参与 统对模拟尾水的适应能力，构建稳定的湿地微生物
脱氮的微生物主要包括氨化细菌、亚硝化细菌、硝 群落结构，使基质的吸附作用趋于饱和。预实验为
化细菌和反硝化细菌，其去除效果与上述硝化细菌 期 1 个月，共进行 4 个轮次的预实验，2 个相邻周
等微生物的数量均呈正相关 [11] ；参与除磷的关键 期间隔 2 d，将模拟尾水通过出水口排空以创造间
微生物则包括不动杆菌属（Acinetobacter） 、气单 歇的好氧、厌氧环境。后续运行的第 5 轮次为水平
胞菌属（Aeromonas）和假单胞菌属（Pseudomonas） 潜流正式实验，装置运行周期为 4 d，每个周期共
等。但是人工湿地的运行工况如水平潜流（污水在 处理水量为 760 L，水力停留时间为 0.96 d，水流
基质层以下持续流动 [12] ）和潮汐流（污水在基质 速度为 0.15 m/s，实验期内水温范围为 20.8~24.4 ℃。

层中交替地充满、排空 [13] ）等会对其微生物群落 1.2 潮汐流人工湿地系统的构建
组成产生一定的影响，从而间接影响湿地的脱氮除 J3 系统基础装置同 J2 系统（图 1~图 2） 。在
磷效率。研究表明，潮汐流湿地中微生物群落具有 起始运转 J3 系统时，需将人工湿地系统内的尾水
较高的多样性，有助于增强湿地的脱氮作用 [14] ； 排空，经 8 h 闲置后，通过水泵将配水箱内配置的
间歇曝气供氧可显著改变水平潜流人工湿地系统的 模拟尾水抽至人工湿地系统内，整个进水过程为
微生物群落结构，影响优势菌群的丰度，进而影响 15 min。经过 16 h 的淹没运行后，模拟尾水经水泵
湿地对污染物的净化效率 [15] 。然而目前现有研究 再抽回配水箱中，第 1 周期的“潮汐”运行完成。
主要针对 1 种湿地类型，进行微生物对不同污染物 人工湿地进入闲置阶段，8 h 后随着闲置的结束，
去除效果的相关性分析，但对于不同工况下人工湿 湿地开始第 2 周期的“潮汐”运行，随后配水箱内
地系统微生物类群的差异性报道较少。因此，本文 的水重新由水泵抽至床体。J3 系统在进行正式实
构建 1 套人工湿地模拟系统进行预实验和正式实 验（第 7 轮次）前，已开展了 6 轮次的实验 [4 轮
验，通过分析预实验前（J1） 、水平潜流工况（J2） 次水平潜流预实验+1 轮次水平潜流正式实验+1 轮
和潮汐流工况（J3）下的湿地基质细菌群落结构， 次潮汐流预实验（第 6 轮次）]，以获得较稳定的
探讨其与人工湿地尾水净化效果之间的关系，以期 细菌群落结构，其进水水质指标如表 3 所示。