旁路人工湿地不同单元沉积物反硝化潜势研究

摘要

本文以南淝河旁路多级人工湿地不同单元沉积物为研究对象，对其理化性质、反硝化速率和反硝化微生物丰度进行研究，同时对用以去除悬浮物质，避免人工湿地堵塞而进入沉积物中的聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)进行研究，探讨PAM对沉积物理化性质和硝化/反硝化作用的影响。研究结果表明:
　　通过模拟培养实验得出，沉积物中PAM残留量与全氮、氨氮、电导率呈显著性正相关（P＜0.05），分别使全氮、氨氮和电导率提高了1.93％～22.98％，12％～35.29％，33.13％～224.29％，PAM对硝氮、亚硝氮和有机质提升差异不显著，pH呈上升趋势;对微生物氮转化结果表明，PAM可以促进反硝化作用进行，与对照组相比提高了19.83％～143.92％，且反硝化速率与PAM残留量呈显著性正相关(P＜0.05)，此外PAM对硝化速率也有一定的提升。
　　通过对人工湿地四个季节沉积物理化性质分析得出，氨氮、硝氮、总氮和有机质变化范围分别在26.28～1759.25 mg/kg，0.32～102.69 mg/kg，0.20～2.43 g/kg,12.95～58.93 g/kg之间，不同单元表现为沉砂池＞表面流湿地＞氧化塘，而随季节性变化则为夏秋两季＞春冬季节，而C/N则表现为氧化塘＞表面流湿地＞沉砂池，亚硝氮四季含量较低，仅为47.31～474.28 ug/kg，氧化塘含量偏高。此外，含水量在30.96％～83.50％之间，夏季沉砂池最高，电导率则在78.50～425.33 us/cm之间，冬季和夏季沉砂池最高。pH在6.28～8.46之间，沉砂池和氧化塘之间差距不大，表面流湿地最低。
　　通过对反硝化速率研究得出，反硝化速率从22.86～140.44 mg/kg·h，夏季和秋季反硝化速率较高，而春季最低，沉砂池反硝化速率显著高于氧化塘和表面流湿地。与理化性质相关性分析得出，丰富的氮源，碳源有利于反硝化作用进行，当C/N在20左右反硝化速率较高;此外，电导率、含水率与反硝化速率之间呈显著性正相关（P＜0.05)。对反硝化功能基因丰度研究得出nirS和nirK变化范围分别在9.14×105～1.93×109 cpies/g dw，4.42×105～1.33×108 cpies/g dw，在氮源和碳源充足的沉砂池中反硝化功能基因丰度也较高，与反硝化速率之间也呈显著性正相关（P＜0.05），表明沉积物理化性质和微生物丰度都会对反硝化脱氮效率产生影响。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 人工湿地的构成单元及其作用

1．1．1 定义

1．1．2 人工湿地的分类

1．2 人工湿地的脱氮机理研究及其应用

1．2．1 人工湿地脱氮方法

1．2．2 人工湿地的应用

1．3 人工湿地脱氮的影响因子及脱氮效率

1．3．1 温度

1．3．2 溶解氧

1．3．3 氮源含量

1．3．4 有机质

1．3．5 pH

1．3．6 含水量

1．3．7 电导率

1．3．8 碳氮比

1．4 研究现状及不足

1．4．1 研究现状

1．4．2 研究中存在的问题

1．5 本研究目的、意义、研究内容及技术路线

1．5．1 研究目的和意义

1．5．2 研究内容

1．5．3 本研究的技术路线

第二章 材料与方法

2．1 研究区域概况

2．2 实验设计及采样时间

2．2．1 聚丙烯酰胺培养实验材料

2．2．2 培养实验设计

2．2．3 人工湿地野外采样设计

2．2．4 样品采集与预处理

2．3 沉积物理化性质分析测定方法

2．3．1 沉积物含水率测定

2．3．2 沉积物pH和电导率(EC)测定

2．3．3 沉积物总氮测定

2．3．4 沉积物氨氮、硝氮和亚硝氮测定

2．3．5 沉积物有机质测定

2．3．6 沉积物C／N测定

2．3．7 聚丙烯酰胺测定

2．4 沉积物硝化、反硝化潜力测定

2．4．1 反硝化潜力测定方法

2．4．2 硝化潜力测定方法

2．5 硝化反硝化功能基因丰度测定

2．5．1 沉积物总DNA提取

2．5．2 沉积物反硝化功能基因丰度测定

2．6 数据处理

第三章 PAM对沉积物理化性质和氮转化影响研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．3 不同浓度聚丙烯酰胺培养后在沉积物中残留

3．4 不同浓度聚丙烯酰胺对沉积物中理化性质的影响

3．5 不同浓度聚丙烯酰胺培养后对氮转化速率的影响

3．6 讨论

3．7 本章小结

第四章 人工湿地沉积物理化性质研究

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．3 湿地公园沉积物理化性质分析

4．3．1 秋季人工湿地各单元沉积物理化性质

4．3．2 冬季季人工湿地各单元沉积物理化性质

4．3．3 春季人工湿地各单元沉积物理化性质

4．3．4 夏季人工湿地各单元沉积物理化性质

4．4 讨论

4．5 本章小结

第五章 沉积物反硝化速率研究

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．3 沉积物反硝化速率研究

5．3．1 秋季反硝化速率

5．3．2 冬季反硝化速率

5．3．3 春季反硝化速率

5．3．4 夏季反硝化速率

5．4 讨论

5．5 本章小结

第六章 反硝化功能基因丰度研究

6．1 引言

6．2 材料与方法

6．3 沉积物反硝化功能基因丰度研究

6．4 讨论

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文和申请的专利