浮萍、水葫芦根际微生物的多样性与废水氨氮的相关性

摘要

本研究的目的是在平行运行的水葫芦和浮萍中试污水处理中，通过454高通量测序方法研究两种水生植物根际微生物类群及根际微生物对氮去除的贡献;最终综合比较两种水生植物应用于污水处理和高品质生物质生产方面的潜力。研究结果表明，水葫芦和浮萍TN全年吸收量分别为1.46和1.42t/ha/y，并无显著差异，但是水葫芦TN全年去除量为3.10t/ha/y,明显高于浮萍的2.37t/ha/y，同样，水葫芦全年的NH4+-N去除量(13.03t/ha/y)也显著高于浮萍(2.26t/ha/y)。由此说明，水葫芦更高的氮去除效率是来自其他脱氮途径的贡献，而非水葫芦回收的贡献。454高通量测序结果分析显示，水葫芦拥有比浮萍更高的根际微生物丰度和多样性，两者根际微生物群落差异很大，水葫芦根际含有更高的硝化菌群，固氮菌丰度则很低;而浮萍则表现出更高的固氮菌丰度，因此，水葫芦系统较高的氮去除率来自根际高丰度硝化菌群和低丰度固氮菌群的贡献，而浮萍高的固氮菌丰度可能导致浮萍系统更多的氮输入，降低其除氮效率。由此可见，根际微生物的多样性和丰度较大程度的影响了水葫芦和浮萍对于污水中TN及氨氮的去除效率。同时，本研究尝试向浮萍中试污水处理系统中添加填料，通过添加的填料固定处理系统中的功能微生物提高处理系统的处理效果。研究结果显示，添加填料不影响浮萍的生长及主要成分含量，污水中TN去除量达到2.88t/ha/y,氨氮去除量达到2.44t/ha/y，填料对TN去除率的年均促进比率高达19.97%。高通量测序结果分析显示，填料生物膜中含有较高的自养硝化细菌，浮萍根际含有较高的固氮菌，水体中硝化细菌、反硝化细菌，固氮菌丰度极低，由此可见，填料对污水氮去除的促进作用主要来自于生物膜上大量硝化菌和反硝化菌的贡献。