潮汐流人工濕地除污效果和基質(zhì)酶活性

陳鳴 閆春妮 王瑤瑤 黃娟

摘要： 為探究植物和水位對(duì)潮汐流人工濕地凈化能力的影響，對(duì)無(wú)植物和不同水位運(yùn)行的黃菖蒲濕地除污效果、污染物降解動(dòng)力學(xué)和基質(zhì)酶活性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，黃菖蒲使總氮（TN）和總磷（TP）去除效果分別提高26.56個(gè)百分點(diǎn)和21.35個(gè)百分點(diǎn)，低水位使銨態(tài)氮（NH+4-N）去除效果提高12.77個(gè)百分點(diǎn)，飽和黃菖蒲濕地整體除污效果最佳，化學(xué)需氧（CODCr）量、NH+4-N、TN和TP平均去除率分別為89.00%±2.68%、68.08%±2.90%、75.23%±2.81%和94.35%±1.18%。CODCr、NH+4-N和TP在淹沒(méi)1 h內(nèi)高效去除，無(wú)植物濕地淹沒(méi)46 h后會(huì)發(fā)生磷解析，而TN去除需要較長(zhǎng)的淹沒(méi)時(shí)間。無(wú)植物濕地、半飽和及飽和黃菖蒲濕地脫氮限制路徑分別為硝化作用、反硝化作用和硝化/反硝化協(xié)同作用。此外，不同基質(zhì)酶對(duì)黃菖蒲和水位響應(yīng)不同，黃菖蒲能提高脲酶和磷酸酶活性，這2種酶可作為濕地水質(zhì)凈化效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，且脲酶對(duì)水位較為敏感。

關(guān)鍵詞： 潮汐流人工濕地;黃菖蒲;水位;污染物降解;酶活性

中圖分類號(hào)： X52?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A?? 文章編號(hào)： 1000-4440（2021）04-0919-10

Decontamination effect and substrate enzyme activities of tidal flow constructed wetland

CHEN Ming1， YAN Chun-ni2， WANG Yao-yao2， HUANG Juan2

（1.Nanjing Research Institute of Environmental Protection， Nanjing 210013， China;2.Department of Municipal Engineering， School of Civil Engineering， Southeast University， Nanjing 210096， China）

Abstract： To explore the effects of plants and water level on performance of tidal flow constructed wetland （TFCW） for wastewater treatment， the pollutant removal， contaminants degradation kinetics and substrate enzyme activities were studied under the presence of Iris pseudacorus and different water levels. The results demonstrated that the presence of I. pseudacorus increased total nitrogen （TN） and total phosphorus （TP） removal by 26.56 percentage point and 21.35 percentage point， respectively， while low water level showed 12.77 percentage point increase for ammonium nitrogen （NH+4-N） removal. The saturated TFCW planted I. pseudacorus showed the optimal performance，? and the average removal rates of chemical oxygen demand （CODCr）， NH+4-N， TN and TP were 89.00%±2.68%， 68.08%±2.90%， 75.23%±2.81% and 94.35%±1.18%， respectively. The majority of CODCr， NH+4-N and TP could be decontaminated during one hour flooded time. It was found that the long flood could cause absorbed phosphorus in anaerobic environment return into wastewater， while it benefited TN degradation. The nitrogen removals in unplanted TFCW， unsaturated TFCW and saturated TFCW were mainly affected by microbial nitrification， denitrification and synergistic effect of nitrification/denitrification， respectively. In addition， there were different response of enzyme activities to I. pseudacorus and water level. The presence of I. pseudacorus can improve the activities of urease and phosphatases， and these two enzymes can be used as evaluation indicators for pollutant removal in constructed wetlands. The urease is found to be high sensitivity to water level.

Key words： tidal flow constructed wetland; Iris pseudacorus;water level;pollutant degradation;enzyme activities

人工濕地作為一種綠色環(huán)保的生態(tài)處理技術(shù)，具有投資低、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、易操作等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于不同種類污水處理[1-2]。垂直流人工濕地占地面積小，在土地資源受限地區(qū)具有明顯應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[3]，但其除污效果仍受床體復(fù)氧能力限制。潮汐垂直流人工濕地是近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的人工濕地系統(tǒng)，以“進(jìn)水-淹沒(méi)-排水-閑置”周期運(yùn)行，通過(guò)床體飽和浸潤(rùn)面瞬間變化產(chǎn)生負(fù)壓和閑置時(shí)與大氣對(duì)流進(jìn)行強(qiáng)化復(fù)氧，床體的氧轉(zhuǎn)移速率[450 g/（m2·d）]遠(yuǎn)高于水平潛流濕地[1～8 g/（m2·d）]和垂直流濕地[50～90 g/（m2·d）][4]，有利于緩解傳統(tǒng)人工濕地易堵塞和供氧不足等問(wèn)題[5]。

潮汐流人工濕地污水處理能力取決于設(shè)計(jì)與運(yùn)行參數(shù)。潮汐流人工濕地中，與調(diào)整進(jìn)水C/N相比，采用出水循環(huán)策略能更明顯影響脫氮菌屬[6]。潮汐流人工濕地閑置時(shí)間12 h，淹沒(méi)時(shí)間從12 h增加到48 h，銨態(tài)氮（NH+4-N）和總氮（TN）去除率分別從55%和60%上升到82%和84%[7]。但也有研究者發(fā)現(xiàn)淹沒(méi)時(shí)間不影響氮去除效果，而對(duì)磷去除產(chǎn)生顯著影響[8]。此外，填料種類能顯著影響濕地啟動(dòng)進(jìn)程和脫氮性能，填料龍蝦殼性能優(yōu)于廢磚塊、沸石、陶粒和公分石[9]，生物炭濕地具有較高的氮吸附性能和微生物富集優(yōu)勢(shì)，濕地壽命長(zhǎng)于傳統(tǒng)礫石填料濕地[10]。以上研究主要集中在進(jìn)水方式、水力負(fù)荷、淹沒(méi)/閑置比和基質(zhì)選擇等對(duì)除污效果的影響。

植物和水位是人工濕地的重要設(shè)計(jì)與運(yùn)行參數(shù)。植物不僅能直接吸收利用污染物，而且具有輸氧和為微生物提供附著點(diǎn)等多重作用。低水位運(yùn)行濕地有利于緩解基質(zhì)堵塞，提高床體氧含量等優(yōu)勢(shì)。植物和水位均能影響床體微環(huán)境和微生物群落組成，從而影響污染物去除效果[11-12]。然而，目前關(guān)于植物和水位在氧含量富裕的潮汐流濕地中貢獻(xiàn)的研究較少。黃菖蒲是江蘇省本土水生植物，能有效吸收水體中的氮、磷。因此，本研究通過(guò)構(gòu)建3組潮汐流人工濕地，對(duì)比分析黃菖蒲和半飽和水位運(yùn)行策略對(duì)除污效果的影響，以及污染物降解動(dòng)力學(xué)和基質(zhì)酶活性的差異性，為進(jìn)一步優(yōu)化潮汐流人工濕地的設(shè)計(jì)和運(yùn)行以及提高污水處理效果提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 濕地構(gòu)建和運(yùn)行

3組濕地（編號(hào)CW1、CW2和CW3）位于東南大學(xué)四牌樓校區(qū)五五樓實(shí)驗(yàn)室。濕地采用有機(jī)玻璃構(gòu)建，柱體直徑和高度分別為20 cm和65 cm，基質(zhì)從下至上依次鋪設(shè)為10 cm粗礫石（直徑10～20 mm）層、25 cm細(xì)礫石（直徑5～8 mm）層、25 cm砂石（直徑1～2 mm）層、2 cm粗礫石（直徑10～20mm）層（圖1）。濕地啟動(dòng)進(jìn)程如下：自來(lái)水培養(yǎng)使黃菖蒲適應(yīng)濕地環(huán)境15 d，合成污水馴化濕地微生物72 d，之后對(duì)3組濕地除污效果展開(kāi)全面調(diào)查72 d。其中，CW1不移栽植物，CW2和CW3分別栽種15株黃菖蒲（Iris pseudacorus）。濕地按照潮汐流方式運(yùn)行，每個(gè)周期72 h，包括進(jìn)水15 min、淹沒(méi)反應(yīng)71 h、排水15 min、閑置30 min。每周期08∶00排水，08∶45進(jìn)水，進(jìn)水采用量筒手動(dòng)倒入。其中，CW1和CW2每周期處理水量5 L，水力負(fù)荷為0.053 m/d，運(yùn)行水位與濕地基質(zhì)高度相近，稱飽和水位濕地;CW3每周期處理水量4 L，水力負(fù)荷為0.042 m/d，運(yùn)行水位約37 cm，位于細(xì)礫石和細(xì)砂的交界處，稱不飽和水位濕地。濕地底部設(shè)有管徑為2 cm的多孔排水管，污水通過(guò)打開(kāi)多孔管閥門(mén)后依靠重力排入各自的污水收集箱。同時(shí)，在粗礫石和細(xì)礫石的交界面處設(shè)一根多孔管，用于沿程水質(zhì)采樣。

1.2 污水水質(zhì)

試驗(yàn)采用合成污水，模擬城市污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)[13]。污水中碳、氮、磷由葡萄糖（C6H12O6）、尿素[CO（NH2）2]、硫酸銨[（NH4）2SO4]、硝酸鉀（KNO3）、磷酸二氫鉀（KH2PO4）提供，化學(xué)需氧（CODCr）、NH+4-N、硝態(tài)氮（NO-3-N）、TN、總磷（TP）進(jìn)水理論量分別為200 mg/L、20 mg/L、7 mg/L、30 mg/L和4 mg/L。污水中微量元素配方：氯化鈣（CaCl2 2H2O，20 mg/L）、氯化鐵（FeCl3 6H2O，0.25 mg/L）、硫酸鎂（MgSO4 7H2O，50 mg/L）、硫酸鋅（ZnSO4 7H2O，0.13 mg/L）、氯化錳（MnCl2 4H2O，0.01 mg/L）、鉬酸鈉（Na2MoO4·2H2O，0.03 mg/L）、氯化鈷（CoCl2 6H2O，0.01 mg/L）、氯化鎳（NiCl2 6H2O，0.10 mg/L）、碘化鉀（KI，0.01 mg/L）、乙二胺四乙酸（C10H16N2O8，0.01 mg/L）和硼酸（H3BO3，0.003 mg/L），以供植物和微生物生命活動(dòng)所需。

1.3 指標(biāo)測(cè)定和分析

試驗(yàn)期間，每個(gè)周期采集濕地進(jìn)水和出水進(jìn)行測(cè)定分析。試驗(yàn)?zāi)┢冢ㄟ^(guò)沿程采樣管收集水樣，進(jìn)一步解析各污染物在濕地中的降解動(dòng)力學(xué)。水樣pH值和溫度測(cè)定采用梅特勒電極法（LE438），化學(xué)需氧量（CODCr）測(cè)定采用美國(guó)哈希微回流法。TN、NH+4-N、NO-3-N、亞硝態(tài)氮（NO-2-N）、 TP、溶解態(tài)總磷（TDP）、溶解態(tài)正磷酸鹽（SOP）含量測(cè)定方法按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[14]中的標(biāo)準(zhǔn)方法。顆粒態(tài)總磷（TPP）含量為T(mén)P含量減去TDP含量[15]。

試驗(yàn)?zāi)┢?，采集植物根際區(qū)域基質(zhì)進(jìn)行酶活性分析。脫氫酶（DHA）和脲酶（UA）活性測(cè)定分別采用氯化三苯基四氮唑比色法和納氏試劑比色法。中性磷酸酶（NEP）、β-葡萄糖苷酶（BGA）和芳基硫酸酯酶（ASA）活性測(cè)定分別采用對(duì)硝基苯磷酸二鈉比色法、對(duì)硝基苯-β-D-吡喃葡糖苷比色法和對(duì)硝基苯硫酸鉀比色法。

數(shù)據(jù)處理和分析采用Excel 2016和SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件。在0.05的顯著性水平上，通過(guò)單因素方差（one-way ANOVA）分析各濕地除污效果差異，通過(guò)Pearson相關(guān)分析解析各污染物之間以及和酶活性的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕地進(jìn)水和出水pH值對(duì)比

由圖2可知，由于3組濕地所處環(huán)境相同，出水溫度為24～30 ℃，同一時(shí)間3組濕地的出水溫度無(wú)顯著差異，這保證了試驗(yàn)結(jié)果只受研究因子的影響。濕地進(jìn)水平均pH值為7.26±0.14，出水顯著小于進(jìn)水，且3組濕地出水pH值之間有顯著差異（P<0.05）。其中，CW2濕地出水pH值顯著高于CW1，低于CW3。

2.2 3組濕地CODCr去除效果對(duì)比

由圖3a、圖3b可知， 前42 d內(nèi)3組濕地CODCr去除效果CW1最低，CW3最高，之后3組濕地CODCr去除效果接近。試驗(yàn)期間，CW1、CW2和CW3的CODCr 平均去除率分別為85.27%±4.23%、89.00%±2.68%和91.01%±2.47%， CW2顯著高于CW1，顯著低于CW3（P<0.05），說(shuō)明黃菖蒲和低水位均能顯著提高濕地有機(jī)物去除效果。由圖3c可知，3組濕地內(nèi)污水CODCr均在1 h后接近出水CODCr。濕地中有機(jī)物的去除由植物吸收和異養(yǎng)型微生物分解完成[16-17]。濕地每個(gè)周期通過(guò)進(jìn)水?dāng)y氧和潮汐供氧，初期內(nèi)部氧含量較高，有利于好氧微生物在短期內(nèi)降解有機(jī)物。半飽和水位運(yùn)行的CW3濕地CODCr去除效果最高，與劉國(guó)臣等[18]和Lu等[19]的研究結(jié)果相似，這是因?yàn)闈竦厣蠈踊|(zhì)始終處于非淹沒(méi)狀態(tài)，有利于通過(guò)大氣對(duì)流進(jìn)行不斷復(fù)氧，強(qiáng)化好氧微生物對(duì)有機(jī)物的去除。

2.3 3組濕地氮去除效果對(duì)比

由圖4a、圖4b可知，3組濕地NH+4-N去除效果從高到低依次為：半飽和濕地CW3 （80.85%±3.10%）、飽和濕地CW2 （68.08%±2.90%）、無(wú)植物濕地CW1 （29.65%±4.67%），栽種黃菖蒲和半飽和水位運(yùn)行策略均顯著提高NH+4-N去除效果（P<0.05）。濕地對(duì)銨態(tài)氮的去除主要是銨態(tài)氮在好氧氨氧化微生物作用下轉(zhuǎn)化為硝酸鹽[19]。在CW2中，一方面黃菖蒲根系能直接吸收銨態(tài)氮，另一方面根系泌氧作用可間接提高好氧硝化菌活性，促進(jìn)銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，NH+4-N去除效果比CW1高出 38.43個(gè)百分點(diǎn)。在CW3中，低水位運(yùn)行有利于大氣通過(guò)上層的不飽和基質(zhì)層進(jìn)行不斷對(duì)流復(fù)氧，黃菖蒲根系處于水非飽和區(qū)域，植物根系泌氧作用弱于CW2，但NH+4-N去除效果卻比CW2高12.77個(gè)百分點(diǎn)。這說(shuō)明，本研究中潮汐供氧和黃菖蒲泌氧作用仍不能滿足硝化作用的需氧量，大氣對(duì)流復(fù)氧能進(jìn)一步強(qiáng)化銨態(tài)氮去除效果。

濕地總氮去除主要依靠微生物反硝化和部分厭氧氨氧化作用[20]。由圖4c、圖4d可知，3組濕地TN平均去除率分別為48.67%±2.34%、75.23%±2.81%和70.92%±9.60%，CW2對(duì)TN去除效果顯著優(yōu)于CW1和CW3（P<0.05），比CW1高出26.56個(gè)百分點(diǎn)。而劉國(guó)臣等[18]報(bào)道連續(xù)流黃菖蒲濕地TN去除僅高于無(wú)植物濕地8.9%，這與黃菖蒲的種植密度和濕地運(yùn)行模式有關(guān)。

為進(jìn)一步解析3組濕地氮去除差異的過(guò)程，對(duì)3組濕地出水中氮形態(tài)和氮轉(zhuǎn)化速率及相關(guān)性進(jìn)行分析（圖5和表1）。3組濕地出水中氮形態(tài)具有明顯的差異性。CW1出水中88.53%氮以NH+4-N形式存在，NH+4-N轉(zhuǎn)化速率最低，TN轉(zhuǎn)化速率與NH+4-N轉(zhuǎn)化速率具有顯著相關(guān)性（R2=0.525，P<0.01），說(shuō)明無(wú)植物濕地脫氮效果主要受氨氧化微生物對(duì)NH+4-N轉(zhuǎn)化的限制。CW2出水中，NH+4-N和NO-3-N各占TN的83.20%和6.14%，出現(xiàn)輕微的硝酸鹽積累，TN轉(zhuǎn)化速率與NH+4-N、NO-2-N和NO-3-N轉(zhuǎn)化速率在0.01顯著性水平下顯著相關(guān)（R2=0.661、0.548、0.642），3個(gè)相關(guān)系數(shù)接近，說(shuō)明飽和濕地脫氮效果主要依賴于硝化/反硝化的協(xié)同作用。CW3出水中NH+4-N和NO-3-N各占TN的42.47%和43.68%，NH+4-N轉(zhuǎn)化速率最高，NO-3-N轉(zhuǎn)化速率最低，出現(xiàn)明顯的硝酸鹽積累， TN轉(zhuǎn)化速率與NO-3-N轉(zhuǎn)化速率表現(xiàn)出極顯著相關(guān)性（R2=0.953，P<0.01），其次是與NH+4-N轉(zhuǎn)化速率（R2=0.495，P<0.05），說(shuō)明低水位濕地TN去除主要受反硝化過(guò)程的限制。

圖6為濕地污水中的氮在一個(gè)循環(huán)周期的降解動(dòng)力學(xué)。CW1、CW2和CW3濕地污水中NH+4-N質(zhì)量濃度在1 h內(nèi)從進(jìn)水的20.73 mg/L分別迅速降低至13.31 mg/L、5.20 mg/L 和 4.93 mg/L，接近系統(tǒng)平均出水NH+4-N質(zhì)量濃度;而污水中NO-2-N和NO-3-N質(zhì)量濃度在1 h內(nèi)均迅速增加，尤其是NO-3-N增加尤為明顯，從進(jìn)水的7.70 mg/L分別增加至14.99 mg/L、26.32 mg/L和12.35 mg/L。潮汐流人工濕地淹沒(méi)期以NH+4-N生物吸附和反硝化作用為主，而閑置期則以硝化作用為主，同時(shí)淹沒(méi)初期床體氧含量高[16-17]，也存在一定的硝化作用。1 h后系統(tǒng)內(nèi)NH+4-N質(zhì)量濃度顯著降低，而NO-2-N和NO-3-N質(zhì)量濃度顯著上升。在1～22 h，CW1出水中NO-2-N質(zhì)量濃度明顯高于CW2和CW3，而NO-3-N質(zhì)量濃度明顯低于CW2和CW3，NH+4-N質(zhì)量濃度基本不變，說(shuō)明CW1濕地硝化能力雖弱，但其反硝化潛力較強(qiáng)。Zhi等[21]報(bào)道潮汐流濕地進(jìn)水碳氮比高于6時(shí)方可完成完全的反硝化脫氮。CW1出水中NO-2-N和NO-3-N質(zhì)量濃度在46 h后降至最低，而CW2和CW3出水中的NO-2-N和NO-3-N質(zhì)量濃度后期變化緩慢，尤其是NO-3-N質(zhì)量濃度在末期仍處于較高水平。這是因?yàn)檫@2組濕地進(jìn)水中NH+4-N在生物硝化作用下被大量轉(zhuǎn)化為NO-3-N，且有機(jī)物降解主要發(fā)生在濕地淹沒(méi)初期，隨著微生物主導(dǎo)的反硝化進(jìn)行，系統(tǒng)內(nèi)部的碳源逐漸被消耗，后期系統(tǒng)內(nèi)碳源不足，從而限制了微生物反硝化潛力。濕地TN去除效果依賴于硝化和反硝化協(xié)同作用，各濕地污水中TN質(zhì)量濃度基本表現(xiàn)為隨淹沒(méi)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。

2.4 3組濕地磷去除效果對(duì)比

由圖7a、圖7b可知，CW1中TP去除效果隨時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，TP平均去除率為73.00%±7.11%。CW2和CW3中TP去除效果穩(wěn)定且無(wú)顯著差異（P>0.05），平均去除率分別為94.35%±1.18%和95.32%±1.95%，說(shuō)明潮汐流濕地中水位對(duì)磷去除無(wú)顯著影響，這與Lu等[19]的研究結(jié)果一致。CW2對(duì)TP去除效果顯著高于CW1（P<0.05），高出 21.35個(gè)百分點(diǎn)，說(shuō)明植物對(duì)磷去除的貢獻(xiàn)作用顯著。一方面，黃菖蒲具有較高的氮、磷去除潛力，是國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的濕地植物[22]。另一方面，本研究中水力負(fù)荷為0.053 m/d，植物吸收作用對(duì)磷去除貢獻(xiàn)在低負(fù)荷系統(tǒng)中較為明顯[3]。而劉國(guó)臣等[18]發(fā)現(xiàn)在水力負(fù)荷0.35 m/d時(shí)，連續(xù)垂直流黃菖蒲人工濕地TP去除率略高于無(wú)植物濕地。

濕地中磷去除途徑主要包括基質(zhì)吸附、沉淀和植物吸收作用。由圖7c可知，在1 h內(nèi)3組濕地污水TP質(zhì)量濃度從進(jìn)水的3.78 mg/L分別快速將至0.69 mg/L 、0.21 mg/L 和0.79 mg/L，分別完成82%、94%和79%的磷去除。之后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)， CW1污水中TP質(zhì)量濃度初期緩慢下降，但在46 h后出現(xiàn)明顯的上升，發(fā)生磷解析現(xiàn)象，說(shuō)明無(wú)植物濕地基質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間淹沒(méi)產(chǎn)生缺氧環(huán)境，不利于磷的去除。濕地CW2污水中TP質(zhì)量濃度在1 h后基本不變，而CW3污水中TP質(zhì)量濃度緩慢下降，在22 h后完成94%的磷去除，可見(jiàn)不飽和水位運(yùn)行的黃菖蒲濕地CW3需要更長(zhǎng)時(shí)間完成與飽和濕地CW2相同的磷去除效果。

磷含量是影響水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要因素。而磷在自然水體中主要以溶解態(tài)磷酸鹽和顆粒態(tài)磷酸鹽的形式存在[15]。濕地污水處理設(shè)施作為保護(hù)自然水體的一道屏障，探討其出水中磷的存在形式十分必要。由圖8可知，3組濕地出水中TDP含量均隨濕地運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。試驗(yàn)?zāi)┢冢?組黃菖蒲濕地出水中TDP接近TP含量，而無(wú)植物濕地CW1出水中TDP含量仍明顯低于TP含量，其TDP/TP平均值為45.92%±22.05%。相應(yīng)地，隨著濕地運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，各組濕地TPP含量逐漸下降。說(shuō)明運(yùn)行時(shí)間和植物對(duì)濕地出水中磷分布存在影響。黃菖蒲在試驗(yàn)后期生長(zhǎng)茂盛，其發(fā)達(dá)的根系可為顆粒態(tài)物質(zhì)提供較多附著點(diǎn)，有利于濕地對(duì)顆粒態(tài)磷的去除。此外，各濕地出水中SOP含量隨時(shí)間延長(zhǎng)也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，并與TDP含量接近，說(shuō)明濕地出水中溶解態(tài)磷主要以正磷酸鹽的形式存在。

2.5 3組濕地基質(zhì)酶活性對(duì)比

濕地酶活性的變化可間接指示系統(tǒng)內(nèi)微生物生命活動(dòng)變化。由圖9可知，較大的誤差棒說(shuō)明濕地酶活性波動(dòng)較大，這在生態(tài)系統(tǒng)中較為常見(jiàn)。DHA活性在CW1中顯著高于CW2和CW3（P<0.05），與劉曉偉等[23]報(bào)道DHA在厭氧條件下活性最高的結(jié)論相似。DHA活性能夠表示微生物氧化降解有機(jī)物的能力，作為衡量濕地系統(tǒng)內(nèi)部微生物活性的指標(biāo)[24]。Li等[24]發(fā)現(xiàn)濕地DHA活性與濕地出水化學(xué)需氧量呈正相關(guān)，與NH+4-N和TN質(zhì)量濃度呈負(fù)相關(guān)，然而在本研究中并未發(fā)現(xiàn)該規(guī)律。

UA是一種酰胺酶，能夠?qū)⒛蛩厮鉃榘钡?。UA活性在3組濕地中無(wú)顯著差異，但UA活性在CW2中明顯高于CW1，與2組濕地TN去除效果一致，說(shuō)明黃菖蒲能夠提高濕地UA活性，可作為濕地氮去除效果評(píng)價(jià)指標(biāo)。CW3中UA活性較低，是因?yàn)榛|(zhì)采樣區(qū)域處于非飽和態(tài)，微生物和黃菖蒲根系可利用的營(yíng)養(yǎng)源有限，從而限制了UA活性。

NEP活性在CW2和CW3中均顯著高于CW1（P<0.05），說(shuō)明黃菖蒲能顯著提高濕地NEP活性，這與Wang等[25]結(jié)論一致。結(jié)合較高的TP去除效果出現(xiàn)在CW2和CW3中，說(shuō)明NEP可作為濕地磷去除效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，這與岳春雷等[26]發(fā)現(xiàn)濕地磷酸酶活性與TP去除效果呈正相關(guān)的研究結(jié)果一致。此外，與UA相比，NEP活性對(duì)水位變化并不敏感。

BGA是生物糖代謝途徑中不可或缺的一種酶。BGA平均活性在CW1中最高，但在3組濕地之間未有顯著差異，說(shuō)明該酶對(duì)植物和水位響應(yīng)的敏感度較低。ASA是硫酸酯酶中的一種，在生態(tài)系統(tǒng)硫循環(huán)中具有重要作用。ASA活性在CW2中顯著高于CW1和CW3（P<0.05），說(shuō)明植物和水位對(duì)濕地系統(tǒng)硫循環(huán)具有影響。

3 結(jié)論

潮汐流濕地中黃菖蒲和水位均能顯著影響除污效果。黃菖蒲使TN和TP去除效果分別提高26.56個(gè)百分點(diǎn)和21.35個(gè)百分點(diǎn)，低水位使NH+4-N去除效果提高12.77個(gè)百分點(diǎn)。飽和黃菖蒲濕地整體除污效果最佳，對(duì)CODCr、NH+4-N、TN和TP去除率分別為89.00%±2.68%、68.08%±2.90%、75.23%±2.81%和94.35%±1.18%，而低水位黃菖蒲濕地對(duì)NH+4-N去除效果最佳。

潮汐流濕地對(duì)CODCr、NH+4-N和TP的去除主要在淹沒(méi)期1 h內(nèi)完成，缺氧環(huán)境下較長(zhǎng)的淹沒(méi)時(shí)間會(huì)出現(xiàn)磷解析現(xiàn)象，TN的去除效果隨淹沒(méi)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸升高。脫氮效果的限制因素與濕地類型有關(guān)。無(wú)植物濕地脫氮效果主要受硝化作用的限制，低水位黃菖蒲濕地脫氮效果主要受反硝化作用的限制，而飽和黃菖蒲濕地脫氮效果主要依賴于硝化/反硝化的協(xié)同作用。

濕地基質(zhì)酶對(duì)黃菖蒲和水位的響應(yīng)取決于酶種類。脫氫酶活性在無(wú)植物濕地最高， 芳基硫酸酯酶活性在飽和黃菖蒲濕地最高，β-葡萄糖苷酶活性對(duì)黃菖蒲和水位的響應(yīng)無(wú)顯著差異。黃菖蒲能提高脲酶和磷酸酶活性，這2種酶可作為濕地水質(zhì)凈化效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，且脲酶對(duì)水位較為敏感。

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（責(zé)任編輯：張震林）

收稿日期：2021-01-12

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51479034）

作者簡(jiǎn)介：陳 鳴（1981-），女，江蘇鹽城人，碩士研究生，主要從事水污染防治研究。（E-mail）05499105@163.com

通訊作者：黃 娟，（E-mail）101010942@seu.edu.cn