生态沟渠对典型农业面源污染物去除性能及微生物机制研究

来源：环境工程技术学报杂志2024年第6期北京时间：

作者：张慧慧, 王瑶佳, 董月群, 袁海荣, 王恒辰, 郑明霞

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（\mathrmNH_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\mathrmNH_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（\mathrmNH_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\mathrmNH_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。

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