潛流型人工濕地作為人工濕地的一種類型，因其污水處理效率高，占地面積相對較少，因而在污水處理中得到了廣泛的應(yīng)用[1]，植物是潛流人工濕地的重要組成部分[2]，目前濕地植物的研究主要主要集中在去污植物的篩選與組合配置､濕地植物的去污機(jī)理等方面，濕地植物品種主要包括為蘆葦(Phragmitesaustralis)､美人蕉(Cannaindica)､風(fēng)車草(Cyperusalternifolius)､香蒲(Typhaangustifolia)､水蔥(Scirpusvalidus)､梭魚草(Pontederiacordata)等草本濕地植物類型[3，4]，為了增加濕地植物的多樣性與冬季抗寒性，我們考慮擴(kuò)大濕地植物的篩選范圍，增加木本植物，我們還發(fā)現(xiàn)，木本植物部分品種更具有抗寒性，而且可以提高地上部分生物量､生物多樣性與景觀效果､增加立體空間[5，6]。
為此，我們利用潛流人工濕地運(yùn)行水位在表層基質(zhì)的20cm以下的特點(diǎn)，將木本植物引入潛流人工濕地中，前期研究發(fā)現(xiàn)，少數(shù)木本植物經(jīng)過根系馴化誘導(dǎo)后可以適應(yīng)潛流人工濕地環(huán)境[6，7]，但是，大部分木本植物很難適應(yīng)人工濕地水生缺氧的環(huán)境，生長受阻甚至導(dǎo)致死亡，因此，本研究擬在人工曝氣的條件下，將3種木本植物引入潛流人工濕地系統(tǒng)，比較曝氣前后木本植物的潛流人工濕地系統(tǒng)對污水處理效果､植物的生物量與對TN､TP負(fù)荷減少的貢獻(xiàn)率､丙二醛和根系活力､根系類型､根際微生物與基質(zhì)酶活性的變化，旨在為木本植物在潛流人工濕地的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
系統(tǒng)由三級串聯(lián)的潛流人工濕地單元構(gòu)成(編號為A､B和C)。每級池體內(nèi)寬0.8m，長2m，深0.6m，底部填大粒徑石灰石，厚度20cm，中間填充15cm的蛭石，比較上層填20cm厚的河砂。在床體表層下20cm處添加了微曝氣裝置(ACQ-007型，比較大供氣量100L/min)(圖1)，每天08:30—18:30曝氣10h，其余時間不曝氣。系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)為:COD64.58~207.09mg/L､NH+4 -N 33.31~49.91mg/L､TN37.5~55.64mg/L､TP2.93~3.17mg/L。A､B和C植物分布為花葉冬青(Ilexaquifolium)､月季(Rosachinensis)和八角金盤(Fatsiajaponica)，每種植物種植10行，每行10株。平均每天進(jìn)水量為1m3，未供氧前濕地系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行60d，60d后啟動曝氣裝置，同樣運(yùn)行60d。每6d取一次水樣測定，取水時間為每天曝氣停止的時間18:30。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 水質(zhì)測定
方法參照文獻(xiàn)[8]。
1.2.2 植物生長量的測定
每種植物在種前稱重，經(jīng)過12個月的生長以后再稱重，將待測樣品在80℃ 烘箱中烘至恒重后稱重，計(jì)算單株平均生長量。植物氮磷積累量的測定:將植物樣品用H2SO4-H2O2 消煮制備成溶液，總氮含量用過硫酸鉀氧化吸光光度法測定[9];總磷用釩鉬藍(lán)法測定[10]。
1.2.3 植物吸收貢獻(xiàn)率測定
單元氮磷去除量=(進(jìn)水氮磷濃度-出水氮磷濃度)×均進(jìn)水量。
單位面積氮磷去除量=單元氮磷去除量/單元面積。
植物氮磷吸收量=(整株植物全氮含量×總生物量增量)/種植面積。
植物吸收貢獻(xiàn)率=(植物氮磷吸收量/單位面積氮磷去除量)×100%。
植物單元生物量=濕地單元中植物莖葉生物量+濕地單元中根生物量。
植物單元生物增量=曝氣后單元植物生長量-種植前單元植物生長量。
1.2.4 根際微生物數(shù)量測定
選取5點(diǎn)取樣法，在植物根系附近取基質(zhì)，用MPN法分別測定其中硝化菌及反硝化菌的數(shù)量[11]。
2 結(jié)果與討論
2.1 曝氣前后系統(tǒng)對污水處理效果的比較
2.1.1 曝氣前后COD去除率比較
從曝氣前后系統(tǒng)對COD去除率(圖2)比較可以看出:在前期1個月內(nèi)曝氣前后的COD去除率差異不明顯,但去除率的比較高值曝氣后晚于曝氣前1周左右,運(yùn)行1個月后,曝氣后的COD去除率明顯高于曝氣前｡數(shù)據(jù)顯示曝氣前系統(tǒng)對COD去除率在48% ~73%之間,曝氣后系統(tǒng)對COD的去除率在56% ~80%之間,平均較曝氣前增加了6.99%,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是有機(jī)物的去除以兼性細(xì)菌和厭氧細(xì)菌的分解為主,而增加濕地含氧量,增大了濕地的有氧環(huán)境,有利于有機(jī)物的去除,曝氣后,改善了濕地環(huán)境中的含氧量保證了硝化作用的順利進(jìn)行[12,13]｡
2.1.2 曝氣前后TN去除率比較從曝氣前后系統(tǒng)對TN去除率(圖3)可以看出:去除率均在45%以上,整個實(shí)驗(yàn)期間,曝氣后的去除率都高于曝氣前,總體上,TN的去除率曝氣后>曝氣前平均增加了10.25%｡有研究證明,人工潛流濕地去除TN主要通過硝化?反硝化､水生植物和濕地微生物吸收[14],曝氣增強(qiáng)濕地植物及其根際微生物吸收[15]可能是系統(tǒng)提高TN去除的重要原因｡
