关键词:
农业面源污染
脱氮除磷
生态沟渠
基质填充
植物组配
高通量测序
摘要:
近年来生态沟渠技术在农业面源污染净化方面受到关注,但仍存在污染物去除效率低的问题,有待优化其结构与提升对典型污染物的处理效率。针对典型面源污染物特征,构建由不同基质和植物组配组成的生态沟渠(ED1与ED2以石灰石、火山石、沸石和麦饭石为填充基质,ED3以沸石、陶粒、炉渣为填充基质;ED1与ED3种植菖蒲、梭鱼草和铜钱草,ED2种植菖蒲、美人蕉和铜钱草),探索其在不同条件下对典型面源污染物氨氮(N H_(4)^(+)-N)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除性能,并通过高通量测序探究污染物去除与微生物种群之间的关系。结果表明:以石灰石、火山石、沸石和麦饭石为填充基质与种植菖蒲、美人蕉和铜钱草(ED2)是较优的组配形式,其对N H_(4)^(+)-N、TN和TP的去除率分别可达100%、86.89%和87.42%,与ED1和ED3相比较,ED2对面源污染物去除效果最好。进水污染物浓度、水力停留时间(HRT)、水位对生态沟渠去除污染物的效果均有较大影响,在HRT为12 h、中水位(6 cm)和高进水浓度(N H_(4)^(+)-N、TN和TP浓度分别为15、40和1.2 mg/L)条件下生态沟渠对污染物N H_(4)^(+)-N、TN和TP去除率最高,分别为99%~100%、41%~50%、81%~88%。由微生物多样性分析可知,变形菌门、放线菌门和绿弯菌门为生态沟渠中主要优势菌门,这些菌门对氮、磷的去除发挥了关键作用;运行后ED2中优势菌种的物种相对丰度最高,其中ED2中美人蕉具有较高的特异性微生物物种丰度,其微生物群落多样性最高,ED2中铜钱草物种丰度最高,其变形菌门的相对丰度由运行前的25.49%提升至运行后的45.11%,微生物群落丰度变化与污染物去除率呈正相关关系。研究结果对于优化生态沟渠设计和运行管理具有重要实践意义。