不同濕地模型凈水效果與基質(zhì)酶活性相關(guān)性的比較研究

王 林李 冰,余家輝朱加賓朱 健,

(1. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院, 無錫 214081; 2. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心,農(nóng)業(yè)部淡水漁業(yè)和種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 無錫 214081)

不同濕地模型凈水效果與基質(zhì)酶活性相關(guān)性的比較研究

王 林1李 冰1,2余家輝1朱加賓1朱 健1,2

(1. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院, 無錫 214081; 2. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心,農(nóng)業(yè)部淡水漁業(yè)和種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 無錫 214081)

為了研究不同植物和基質(zhì)組合的小型濕地模型凈水效果及其與基質(zhì)酶活性(脲酶和磷酸酶)之間的相關(guān)性, 并選出凈水效果最佳的模型, 通過對兩種植物(茭白和慈姑)和兩種基質(zhì)(石榴石和磁鐵礦)進(jìn)行組合構(gòu)建不同的濕地模型, 對不同濕地模型進(jìn)出水口水質(zhì)和基質(zhì)酶活性進(jìn)行測定并加以分析進(jìn)行優(yōu)化選擇。結(jié)果表明:濕地模型對亞硝態(tài)氮的去除率最高, 最高能達(dá)到98.87%, 最低也能達(dá)到58.06%, 對高錳酸鹽的去除率最低, 最高37.91%, 最低2.51%; 濕地模型X5-X6對各污染物的去除率基本上都比X1-X4高, 總氮去除率平均高3%, 氨氮去除率平均高10%, 亞硝態(tài)氮去除率平均高10%, 總磷去除率平均高15%, 正磷酸鹽去除率平均高20%, 高錳酸鹽去除率平均高8%; 在相同種植數(shù)量的情況下, 茭白和慈姑混合種植的濕地模型總體上比茭白和慈姑單一種植的濕地模型具有更好的凈水效果, 是實(shí)驗(yàn)中的最佳濕地模型; 濕地模型的脲酶活性與總氮去除率具有顯著的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)為0.903—0.980), 脲酶可作為判定人工濕地去除養(yǎng)殖水體中總氮效能的指標(biāo), 濕地模型磷酸酶活性與高錳酸鹽去除率總體上具有顯著相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)為0.821—0.992), 磷酸酶可作為判定人工濕地去除養(yǎng)殖水體中高錳酸鹽效能的指標(biāo)。研究為人工濕地植物和基質(zhì)優(yōu)化選擇和基質(zhì)酶活性評價(jià)凈水效果提供了理論依據(jù)。

濕地模型; 凈水效果; 脲酶活性; 磷酸酶活性; 相關(guān)性

我國是世界上水資源嚴(yán)重缺乏的國家之一, 水質(zhì)污染和水資源浪費(fèi)問題日漸嚴(yán)峻[1]。在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中, 未經(jīng)處理的養(yǎng)殖廢水直接排放, 會(huì)污染外在的生態(tài)環(huán)境。因此, 有效的水處理措施能夠凈化污水, 對于維護(hù)健康的水域生態(tài)環(huán)境, 保障水產(chǎn)品質(zhì)量安全和漁業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等具有重要意義具有十分重要的意義。

被譽(yù)為“地球之腎”的濕地系統(tǒng), 具有強(qiáng)大的污水凈化功能和豐富的生物多樣性[2,3]。人工濕地系統(tǒng)是由自然濕地系統(tǒng)演變形成, 主要是由植物和基質(zhì)兩大部分組成, 并具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行費(fèi)用低、易于操作、易于管理等優(yōu)點(diǎn)被國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于水質(zhì)凈化[4—8]。例如: 趙晶[9]等研究了復(fù)合垂直流人工濕地對水庫水質(zhì)的凈化效果, Zhu等[10]研究了人工濕地系統(tǒng)對城市廢水的處理效果, 王加鵬等[11]研究了人工濕地凈化海水養(yǎng)殖外排水效果, Farzadkia等[12]研究了人工濕地對污水處理廠營養(yǎng)物質(zhì)的去除效果等。同樣, 人工濕地與水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘組合的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng), 能夠有效地利用人工濕地凈水效果, 將養(yǎng)殖水體凈化并循環(huán)利用, 減少了對環(huán)境的污染, 對漁業(yè)減排有著重大意義。在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)基質(zhì)中存在大量酶類, 這些酶能夠加速基質(zhì)中有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化, 并能在養(yǎng)殖水體凈化過程中起到十分重要的作用。其中, 脲酶是線性酰胺的C-N鍵(非肽)的水解酶, 磷酸酶能夠酶促有機(jī)磷化物的水解[1], 在養(yǎng)殖水體凈化過程中都具有獨(dú)特的作用。目前, 在人工濕地凈化養(yǎng)殖水體的機(jī)制研究中, 有關(guān)濕地植物的微生物學(xué)、水力動(dòng)力學(xué)和植物生理學(xué)等相關(guān)報(bào)道較多, 但是基質(zhì)酶學(xué)的研究國內(nèi)外尚不多見[1]。

人工濕地是由植物和基質(zhì)兩大部分組成, 植物具有直接吸收污染物和向根區(qū)輸送氧氣等功能[13],基質(zhì)能夠通過吸附等作用去除污染物, 也能為微生物和植物生長等提供附著面[14]。人工濕地植物和基質(zhì)的研究備受科學(xué)研究者青睞。喬木植物[15—17]和草本植物[18,19]作為濕地植物的研究和火山石、生物陶粒、沸石和活性炭等作為濕地基質(zhì)[20,21]的研究都有諸多報(bào)道。在所研究的濕地植物中, 同時(shí)具有凈水功能和經(jīng)濟(jì)價(jià)值, 又體現(xiàn)區(qū)域特色的水生植物較少; 所研究的基質(zhì)大多數(shù)都是常規(guī)應(yīng)用的人工濕地濾料。本實(shí)驗(yàn)選用慈姑和茭白作為人工濕地植物, 考慮到慈姑和茭白是長江下游常見的水生經(jīng)濟(jì)植物; 選用石榴石和磁鐵礦作為人工濕地基質(zhì), 因?yàn)橄啾扔谔沾?、鵝卵石和頁巖等常規(guī)濾料,石榴石和磁鐵礦都是化學(xué)穩(wěn)定性好的新型耐磨凈水材料, 并且磁鐵礦能夠富集有害微生物[22]。本研究通過以上兩種植物和兩種基質(zhì)的組合構(gòu)建不同的小型人工濕地模型, 通過對不同人工濕地凈水效果的比較, 篩選出凈水效果最佳的組合, 并分析基質(zhì)酶與凈水效果的相關(guān)性, 為人工濕地植物和基質(zhì)的優(yōu)化選擇提供理論依據(jù), 為采用酶活性評價(jià)人工濕地系統(tǒng)凈水效果提供基礎(chǔ)研究資料。

1 材料與方法

1.1 小型濕地模型的構(gòu)建

小型濕地模型構(gòu)建的人工濕地植物是茭白和慈姑, 基質(zhì)是石榴石和磁鐵礦。根據(jù)多變量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì), 分別對兩種植物和兩種基質(zhì)進(jìn)行組合, 共6種組合(表 1)。

濕地模型主要是由進(jìn)水口、出水口、基質(zhì)、植物和塑料桶組成(圖 1)。濕地模型的基本數(shù)據(jù)下:上端直徑為0.565 m, 低端直徑為0.455 m, 高度為0.705 m, 基質(zhì)填埋深度為0.550 m, 水力負(fù)荷為2.151 m3/(m2·d), 孔隙度為47%, 水力停留時(shí)間為0.120/d, 水體流量為0.540 m3/d, 其中水力負(fù)荷和水力停留時(shí)間計(jì)算詳見公式(1)和(2)。所有的濕地模型建立在養(yǎng)殖池塘旁, 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心大浦實(shí)驗(yàn)基地。組裝完成后的小型濕地模型, 根據(jù)表 1中的植物和基質(zhì)組成,先將已經(jīng)清洗完的基質(zhì)裝入小型濕地中, 再將植物移栽入已裝入的基質(zhì)中, 所有濕地模型中的植株數(shù)量相同。利用水泵將養(yǎng)殖池塘水接入濕地模型的進(jìn)水口, 每一個(gè)濕地模型進(jìn)水口都通過閥門控制水的流速, 保持所有實(shí)驗(yàn)組合水體流速相同。進(jìn)水口連接養(yǎng)殖池塘, 池塘養(yǎng)殖模式為主養(yǎng)鯽魚, 兼養(yǎng)鰱魚、鳙魚、草魚和青魚, 是長江下游典型的池塘養(yǎng)殖模式。

1.2 樣品采集

濕地模型構(gòu)建運(yùn)行后, 每隔10天采樣一次, 在上午10—12點(diǎn)采樣, 采集樣品前, 先用便攜式pH儀和溶氧儀測定每個(gè)濕地模型的pH、溶解氧和溫度,分別測定3次取平均值。然后分別采取進(jìn)水口水樣和每個(gè)濕地模型出水口水樣, 每一個(gè)采樣點(diǎn)平行采樣3次。再在濕地模型的根際部位采集基質(zhì)樣品,每個(gè)濕地模型平行采樣3次。采集后將樣品放入4℃冰箱待測。

1.3 測定方法

溫度、pH和溶氧(DO)分別使用便攜式pH測定儀(梅特勒SG2)、便攜式溶解氧測定儀(YSI DO200)于現(xiàn)場采樣時(shí)測定?；|(zhì)中的脲酶采用奈氏比色法, 磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法[23]。水質(zhì)理化指標(biāo)測定方法見表 2。

1.4 數(shù)據(jù)分析

水力負(fù)荷a [m3/(m2·d)]計(jì)算公式:

式中: Q-水體流量(m3/d); S-濕地模型表面積(m2)。水力停留時(shí)間HRT (/d)計(jì)算公式:式中: ε-濾料孔隙度; hm-濕地模型深度(m); a-水力負(fù)荷[m3/(m2·d)]。

圖 1 小型濕地模型示意圖Fig. 1 Diagrammatic drawing of a wetland model

表 2 水質(zhì)理化指標(biāo)的測定方法Tab. 2 Water physical and chemical parameters and the methodology for measuring each parameter

總氮、總磷、氨氮、亞硝態(tài)氮、正磷酸鹽和高錳酸鹽去除率R計(jì)算詳見公式(3):

式中: Z0表示進(jìn)水口水體各理化指標(biāo)的濃度(mg/L); Z1代表各濕地模型出水口水體各理化指標(biāo)濃度(mg/L)。

本文使用Excel進(jìn)行常規(guī)計(jì)算及作圖, 并使用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行樣品ANOVA方差分析, 采用LSD法進(jìn)行差異性多重比較。

2 結(jié)果

2.1 各濕地模型的凈水效果

本實(shí)驗(yàn)的濕地模型運(yùn)行于2015年8—9月, 每隔10天采樣一次, 表 3中的數(shù)據(jù)為進(jìn)水口和各個(gè)濕地的溫度、pH和溶解氧值。表 3的數(shù)據(jù)顯示在人工濕地運(yùn)行期間, 水溫一直在下降, 9月8號之后的水溫下降加快, 平均下降了3—4℃, 但pH和溶解氧在整個(gè)運(yùn)行期間變化較小。

圖 2為濕地模型對污染物去除率的樹狀圖, 濕地模型對亞硝態(tài)氮的去除率最高, 最高能達(dá)到98.87%, 最低也能達(dá)到58.06%; 對高錳酸鹽的去除率最低, 最高達(dá)到37.91%, 最低2.51%。這說明本實(shí)驗(yàn)中的濕地模型對養(yǎng)殖水體中的亞硝態(tài)氮去除效果最好。

2.2 脲酶和磷酸酶活性

表 4中的數(shù)據(jù)表明, 各濕地模型的脲酶活性整體呈現(xiàn)“低-高-低”的趨勢, 9月8號脲酶活性最高。表 5中的數(shù)據(jù)表明, 各濕地模型的磷酸酶活性整體呈現(xiàn)“低-高-低”的趨勢, 8月28號最高, 并且與9月8號的磷酸酶活性相差0.3 mg (C6H6O)/(24h×1 g)左右, 磷酸酶活性屬于急速下降狀態(tài)。

2.3 污染物去除率與酶活性的相關(guān)性

表 6中的數(shù)據(jù)表明, 各濕地模型的脲酶活性與總氮去除率具有顯著的相關(guān)性, 兩者之間的相關(guān)系數(shù)為0.903—0.980, 與高錳酸鹽去除率沒有顯著的相關(guān)性。表 7中的數(shù)據(jù)顯示, 各濕地模型的磷酸酶活性與總磷去除率沒有顯著的相關(guān)性, 與高錳酸鹽去除率總體上具有顯著相關(guān)性。

3 討論

3.1 各濕地模型水質(zhì)凈化的比較分析

圖 2顯示, 隨著濕地的運(yùn)行, 對于總氮、銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和正磷酸鹽的去除率總體呈現(xiàn)“低-高-低”的趨勢, 對于總磷和高錳酸鹽的去除率隨著運(yùn)行則逐漸降低。人工濕地系統(tǒng)對氮的去除主要由物理作用、化學(xué)作用和生物作用3種途徑協(xié)同作用, 其中生物作用起到主要作用, 生物作用包括微生物作用和植物的吸收[24,25]。微生物的硝化和反硝化作用的去氮量能夠占人工濕地系統(tǒng)總?cè)サ康?0%左右[26], 是人工濕地去除氮的主要途徑, 相關(guān)研究也證實(shí)了這一結(jié)果[27,28]。這能夠解釋本實(shí)驗(yàn)濕地模型對亞硝態(tài)氮的去除率最高的原因?？偟?、銨態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的去除與水溫、溶解氧、營養(yǎng)水平和微生物等有直接關(guān)系, 濕地運(yùn)行初期主要受系統(tǒng)中營養(yǎng)水平的影響, 此時(shí)適宜的水溫非常適合微生物的活動(dòng), 但是小型濕地系統(tǒng)的有機(jī)物負(fù)荷較小和植物移植后生長并不穩(wěn)定, 導(dǎo)致總氮、銨態(tài)氮和亞硝態(tài)氮去除率較低; 隨著濕地系統(tǒng)的運(yùn)行, 有機(jī)物負(fù)荷增加, 植物生長逐漸穩(wěn)定, 總氮、銨態(tài)氮和亞硝態(tài)氮去除率逐漸增加, 9月8號去除率達(dá)到最高; 運(yùn)行后期, 水溫成為總氮、銨態(tài)氮和亞硝態(tài)氮最主要的限制因素, 此時(shí)水溫大幅度下降, 不適合微生物活動(dòng), 硝化和反硝化等作用受到抑制,導(dǎo)致總氮、銨態(tài)氮和亞硝態(tài)氮去除率下降。此結(jié)果與趙晶等[9]具有相似之處。

人工濕地對磷的去除途徑有物理吸附、化學(xué)吸附與沉淀和生物作用, 其中物理吸附和化學(xué)吸附與沉淀是主要的去除途徑[29]。養(yǎng)殖水體中的總磷主要包括有機(jī)磷和無機(jī)磷等。濕地運(yùn)行初期, 基質(zhì)的孔隙度較大, 物理吸附和化學(xué)吸附與沉淀能力較強(qiáng), 總磷去除率較高, 隨著濕地的運(yùn)行, 基質(zhì)孔隙度越來越小, 物理吸附和化學(xué)吸附與沉淀能力越來越小, 總磷的去除率也就越來越小。高錳酸鹽去除率是人工濕地對養(yǎng)殖水體中有機(jī)物質(zhì)去除的重要指標(biāo), 它的去除原理和總磷的去除原理相似, 去除率也呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。正磷酸鹽的去除則是主要通過植物和微生物的吸收累積, 水溫和營養(yǎng)水平是正磷酸鹽去除率變化的主要因素, 去除原理與銨態(tài)氮相似, 呈現(xiàn)“低-高-低”的趨勢。

根據(jù)圖 2, 在5次采樣中, 濕地模型X5-X6對污染物的去除率基本上都比X1-X4高, 其中, 總氮去除率平均高3%, 氨氮去除率平均高10%, 亞硝態(tài)氮去除率平均高10%, 總磷去除率平均高15%, 正磷酸鹽去除率平均高20%, 高錳酸鹽去除率平均高8%。結(jié)合表 1中濕地模型的植物和基質(zhì)組成, 可能的原因是單一的植物和單一的基質(zhì)組成的小型濕地模型對污染物的去除率容易受外界環(huán)境因素的影響。這能夠說明, 在相同種植數(shù)量的情況下, 兩種植物混合種植的濕地模型對于污染物的去除率更高, 也更加穩(wěn)定。郭蕭等[30]研究也證實(shí)多種植物配制的人工濕地對污染物的去除率比單一植物要更高。X1-X4對污染物的去除率變化沒有呈現(xiàn)一定的規(guī)律, 而X5-X6對污染物的去除率相差較小。本實(shí)驗(yàn)中的基質(zhì)在小型濕地模型凈水效果中的作用不是非常顯著, 可能的原因是兩種基質(zhì)的孔隙度相似, 但是基質(zhì)在總磷去除、為微生物和植物根系提供附著面等方面具有十分重要的作用。

表 3 進(jìn)水口和各濕地模型溫度、pH和溶解氧值Tab. 3 Measurements of water temperature, pH and dissolved oxygen of inflow water in each wetland model

3.2 濕地模型中脲酶和磷酸酶活性變化分析

脲酶活性的變化主要與水溫、表層溶解氧、微生物活動(dòng)等有關(guān)。濕地運(yùn)行初期, 適宜的水溫促進(jìn)了微生物的大量繁殖, 氮素營養(yǎng)水平也在逐漸增加, 微生物的數(shù)量逐漸增加, 微生物分泌脲酶的能力也在逐漸增加, 導(dǎo)致酶活性逐漸增加; 9月18日之后, 水溫的大幅度下降導(dǎo)致微生物繁殖速度下降,分泌脲酶的能力下降, 脲酶活性也隨之下降。濕地的脲酶活性在同一采樣時(shí)間沒有顯著差異性, 這可能與植物的根系分泌物有一定的關(guān)系。有研究表明, 植物根系分泌物對濕地微生物群落有顯著的影響[31]。由于根系分泌物組成成分的原因, 導(dǎo)致六組濕地模型中能夠分泌脲酶的微生物數(shù)量相似, 致使?jié)竦氐碾迕富钚栽谕徊蓸訒r(shí)間沒有顯著差異性。

圖 2 各小型濕地模型對總氮、銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、總磷、正磷酸鹽、高錳酸鹽的去除率Fig. 2 Removal rate of TN,-N,-N, TP,and CODMnin wetland models

表 4 濕地模型脲酶活性變化Tab. 4 Changes of urease activities in wetland models [mg(NH3-N)/(24h·1 g)]

表 5 濕地模型磷酸酶活性變化Tab. 5 Changes of phosphatase activities in wetland models [mg(C6H6O)/(24h·1 g)]

磷酸酶活性與水溫、溶解氧、底物濃度水平和微生物活性有直接的關(guān)系。濕地運(yùn)行初期, 適宜的水溫促進(jìn)了微生物的大量繁殖, 磷素營養(yǎng)水平逐漸增加, 微生物的數(shù)量逐漸增加, 微生物分泌磷酸酶的能力也在逐漸增加, 導(dǎo)致酶活性逐漸增加; 9月8號磷酸酶活性的急速下降, 可能與反應(yīng)底物的有機(jī)磷含量下降有直接的關(guān)系; 9月18號之后水溫大幅度下降, 磷酸酶活性下降與脲酶活性下降原理相似。磷酸酶活性在同一采樣時(shí)間, 濕地模型X5-X6總體上大于X1-X4, 可能的原因是由于根系分泌物組成成分的影響, X5-X6中能夠分泌磷酸酶的微生物數(shù)量多于其他小型濕地模型。

表 6 濕地模型脲酶活性與污染物去除率的相關(guān)系數(shù)Tab. 6 Correlation between urease activity and contaminants removal rate in wetland models

表 7 濕地模型磷酸酶活性與污染物去除率的相關(guān)系數(shù)Tab. 7 Correlation between phosphatase activity andcontaminants removal rate in wetland models

3.3 濕地模型的污染物去除率與酶活性的相關(guān)性比較分析

脲酶是一種酰胺酶, 能夠酶促有機(jī)質(zhì)分子中肽鍵的水解, 在本實(shí)驗(yàn)中, 可能是總氮中的有機(jī)氮比例較高, 致使脲酶活性與總氮去除率有著顯著的相關(guān)性。高錳酸鹽去除率是人工濕地對養(yǎng)殖水體中有機(jī)物質(zhì)去除的重要指標(biāo), 雖然有機(jī)氮在總氮中的比例較高, 但是有機(jī)氮在總有機(jī)物質(zhì)中的比例可能較低, 致使高錳酸鹽指數(shù)與脲酶活性顯著性并不高。此結(jié)果與梁威等[1]研究的相似。說明脲酶可作為判定人工濕地去除養(yǎng)殖水體中總氮效能的指標(biāo)。

這說明磷酸酶不是人工濕地去除總磷的最重要途徑, 上文也提到磷去除的最主要途徑是物理化學(xué)吸附。根據(jù)磷酸酶是酶促有機(jī)磷分解的生理特性, 可能的原因是本實(shí)驗(yàn)養(yǎng)殖水體中含磷的有機(jī)物在總有機(jī)物中的比例較大。此結(jié)果與岳春雷等[32]研究結(jié)果相似。說明磷酸酶可作為判定人工濕地去除養(yǎng)殖水體中高錳酸鹽效能的指標(biāo)。

4 結(jié)論

(1) 濕地模型對亞硝態(tài)氮的去除率最高, 對高錳酸鹽的去除率最低, 對于總氮、銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和正磷酸鹽的去除率總體呈現(xiàn)“低-高-低”的趨勢, 對于總磷和高錳酸鹽的去除率隨著運(yùn)行則逐漸降低, 濕地模型X5-X6對養(yǎng)殖水體的凈水效果總體上高于模型X1-X4; (2) 濕地模型中的脲酶活性和磷酸酶活性整體呈現(xiàn)“低-高-低”的趨勢, 同一采樣時(shí)間各濕地模型中的脲酶沒有顯著差異, 但是濕地模型X5-X6中的磷酸酶活性總體上高于模型X1-X4,本試驗(yàn)中, 濕地模型的脲酶活性與總氮去除率具有顯著的相關(guān)性, 脲酶可作為判定人工濕地中去除養(yǎng)殖水體中總氮效能的指標(biāo), 濕地模型的磷酸酶活性與高錳酸鹽去除率總體上具有顯著相關(guān)性, 磷酸酶可作為判定人工濕地中去除養(yǎng)殖水體中高錳酸鹽效能的指標(biāo); (3) 人工濕地系統(tǒng)具有凈水效果好和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn), 已被應(yīng)用于工業(yè)廢水、生活廢水和農(nóng)業(yè)廢水的處理。同樣, 人工濕地與養(yǎng)殖池塘相結(jié)合形成的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)對于養(yǎng)殖水體凈化、魚類病害防控和水產(chǎn)品質(zhì)量安全等都具有良好的作用。人工濕地中的植物和基質(zhì)的選擇, 應(yīng)該在保證凈水效果良好的前提下, 體現(xiàn)節(jié)本增效。另外,人工濕地面積與養(yǎng)殖池塘面積應(yīng)按照最適比例構(gòu)建循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng), 而系統(tǒng)的最適配比還需要深入研究。

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THE COMPARATIVE ANALYSIS OF THE SUBSTRATE ENZYME ACTIVITY AND WATER PURIFICATION EFFECT IN DIFFERENT WETLAND MICROCOSM

WANG Lin1, LI Bing1,2, YU Jia-Hui1, ZHU Jia-Bin1and ZHU Jian1,2
(1. Wuxi Fisheries College Nanjing Agricultural University, Wuxi 214081, China; 2. Key Laboratory of Freshwater Fisheries and Germplasm Resources Utilization, Ministry of Agriculture, Freshwater Fisheries Research Center, Wuxi 214081, China)

The aim of current research was to determine the most efficient model for water purification, by studying different combinations of plants and matrixes and related enzyme activities (urease and phosphatase) in small wetland models. Two types of plants: Zizania latifolia and Sagittaria graminea, and two types of matrixes: garnet and magnetite were used to construct six different wetland models. Within a wetland system, the quality of inflow and outflow water and the matrix enzyme activities were measured. The results indicated the wetland models have the highest removal rate of nitrite nitrogen, ranging between 98.87% and 58.06%, and the lowest removal rate of CODMn, ranging between 37.91% and 2.51%. Compared with the single plantation model, combination of both plant species yielded a synergy effect in improving water quality, evident by the increased average removal rates of total nitrogen (by 3%), ammonia nitrogen (by 10%), nitrite (10%), total phosphorus (15%), orthophosphate (20%), and CODMn(8%). This effect was independent of the use of matrix. The filter material urease activity was highly correlated with the total nitrogen removal rate (r2: 0.903—0.980), whereas phosphatase activity was highly correlated with the CODMnremoval rate (r2: 0.821—0.992). Hence, urease and phosphatase can be used as predictors of the total content of nitrogen and CODMn, respectively, in a wetland system. This research provides a theoretical basis in optimal selection of wetland plants and matrixes and in evaluation of water purification effect by assessing substrate enzyme activities.

Wetland model; Water purification effect; Urease activity; Phosphatase activity; Correlation coefficient

X832

A

1000-3207(2017)03-0692-08

10.7541/2017.87

2016-06-06;

2016-07-27

“十二·五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD25B07); 中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(2015JBFM24); 國家大宗淡水魚類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(nyeytx-46)資助 [Supported by the National “Twelfth Five-Year” Plan for Science & Technology Support (2012BAD25B07); National Nonprofit Institute Research Grant of Freshwater Fisheries Research Center, CAFS (2015JBFM24); the Projects of National Technology System for Conventional Freshwater Fish Industries (nyeytx-46)]

王林(1993—), 男, 安徽滁州人; 碩士研究生; 主要從事水產(chǎn)健康養(yǎng)殖工作。E-mail: 1501532221@qq.com

朱健, 男, 研究員; 主要從事水產(chǎn)健康養(yǎng)殖研究。E-mail: zhuj@ffrc.cn