不同生態(tài)浮床對水體氮磷的凈化效果及機理探討

摘要 ［目的］研究不同生態(tài)浮床對水體氮磷的凈化效果及機理。［方法］通過構(gòu)建空心菜-生物膜組合生態(tài)浮床，與對照組和空心菜浮床組比較對富營養(yǎng)化水體氮磷的去除效果，分析不同生態(tài)浮床的植物根系微生物的生物量、氮磷吸收量及去除貢獻(xiàn)率，探討生態(tài)浮床的氮磷去除機制。［結(jié)果］與空心菜浮床相比，組合生態(tài)浮床對氮磷污染物的去除效果更好，TN、TP、NH4+-N、NO3--N平均去除率分別為71.35%、70.05%、83.17%、85.83%，較空心菜浮床提高了13.92%～21.08%；在氮磷去除過程中植物根系充當(dāng)“載體”，富集大量的微生物，形成根系生物膜，而組合生態(tài)浮床根系生物膜的微生物生物量顯著大于空心菜浮床（P<0.05），表明載體生物膜對植物根系微生物的富集和生長有顯著促進(jìn)作用；空心菜浮床和組合生態(tài)浮床中植物對氮磷的吸收量均有限，氮去除貢獻(xiàn)率分別為25.56%、20.24%，磷去除貢獻(xiàn)率分別為5.99%、4.18%，表明植物吸收作用不是浮床系統(tǒng)氮磷去除的主體。［結(jié)論］生態(tài)浮床對水體氮磷的去除主要依靠微生物轉(zhuǎn)化作用，組合生態(tài)浮床的微生物生物量較大，可有效提高水質(zhì)凈化效果和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞 生態(tài)浮床；生物膜；水體氮磷；凈化效果；去除機制

中圖分類號 X52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）13-0045-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.13.012

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Exploration on the Purification Effect and Mechanism of Nitrogen and Phosphorus in Water by Different Ecological Floating Beds

CHENG Yu，CHEN Yong-cheng， YU Peng et al

（ Jiangsu Coastal Area Institute of Agricultural Sciences， Yancheng，Jiangsu 224002）

Abstract ［Objective］To study the purification effect and mechanism of different ecological floating beds on nitrogen and phosphorus in water.［Method］A combined ecological floating bed（CEFB） was constructed by hanging packing biofilm under the roots of water spinach. By comparing the purification efficiency of the eutrophic wastewater by the CEFB with the water spinach floating-bed and the blank control group， and analysing the difference of the counts of bacteria in plant root， the removal contribution of plant absorption， the nitrogen and phosphorus removal mechanisms of CEFB were explored. ［Result］Compared with water spinach floating-bed，the removal efficiency of the CEFB on TN，TP， NH4+-N， NO3--N were 71.35%， 70.05%，83.17%， 85.83%， respectively. The removal rate of nitrogen and phosphorus were increased from 13.92% to 21.08%.The microbes in wastewater quietly multiply on the surface of plant roots and formed a biofilm in nitrogen and phosphorus removal. The microbial biomass on plant roots in group of CEFB was significantly larger than that of water spinach floating-bed（P<0.05）， which indicated that packing biofilms of CEFB could promote microorganism growth and improve the microbial amounts on plant roots.In the CEFB system， the removal contribution of plant absorption on nitrogen and phosphorus was 25.56% and 5.99%， respectively， which in water spinach floating-bed was 20.24% and 4.18%， suggestting that plant absorption was not the main function of nitrogen and phosphorus removal. ［Conclusion］Microbial conversion may be the main mechanism in reduction of nitrogen and phosphorus， and the large microbial biomass of CEFB could enhance purification efficiency and system stability.

Key words Ecological floating bed;Biofilm;Nitrogen and phosphorus in water bodies;Purification effect;Removal mechanism

基金項目 中國鹽城漁業(yè)高質(zhì)量發(fā)展研究課題（YCSCYJ2021029）；2019年度江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所科研基金項目（YHS2019-06）；江蘇省自然科學(xué)基金項目（BK20191215）。

作者簡介 成鈺（1991—），女，江蘇鹽城人，助理研究員，碩士，從事水域生態(tài)修復(fù)研究。

*通信作者，副研究員，博士，從事生態(tài)健康養(yǎng)殖研究。

收稿日期 2023-09-04；修回日期 2023-10-08

水體富營養(yǎng)化是全球性的環(huán)境污染問題，氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)過剩是水體富營養(yǎng)化的主要原因和物質(zhì)基礎(chǔ)［1-2］。2022年我國對204個重點湖泊（水庫）開展的營養(yǎng)狀態(tài)調(diào)查報告顯示［3］，輕度富營養(yǎng)狀態(tài)湖泊（水庫）占24.0%，比2021年上升1.0%，中度富營養(yǎng)狀態(tài)湖泊（水庫）占5.9%，比2021年上升1.6%，可見我國水體富營養(yǎng)化形勢比較嚴(yán)峻。水體富營養(yǎng)化不僅會導(dǎo)致浮游生物大量繁殖，引起水體缺氧、藍(lán)藻水華、水質(zhì)惡化等，還會造成魚類及其他生物大量死亡，嚴(yán)重威脅了生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性［4］。因此，研究如何降低氮、磷營養(yǎng)鹽濃度在水體富營養(yǎng)化生態(tài)修復(fù)中極為重要。

生態(tài)浮床是一項新型高效環(huán)保的水體原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)，利用水培的方式，將水生植物固定在浮床上，通過植物吸收、根系吸附及附著微生物代謝作用有效去除氮磷污染物，從而達(dá)到水質(zhì)凈化的效果。相比其他修復(fù)技術(shù)，生態(tài)浮床具備成本較低、原位修復(fù)、運行簡便等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于富營養(yǎng)化水體治理中［5-6］。近年來，為提高生態(tài)浮床的凈水效能，廣大學(xué)者通過在浮床系統(tǒng)中添加水生動物、藻類、微生物、吸附填料等手段對傳統(tǒng)生態(tài)浮床進(jìn)行了改良和研究，形成了各種類型的組合型生態(tài)浮床，然而這類研究多集中于植物組合［7］、填料或基質(zhì)篩選［8］、生物質(zhì)碳源［9］、固定化微生物菌種［10］、生物膜覆蓋面積［11］等對組合型生態(tài)浮床的凈水效能評價，缺少對其凈水機理方面的探究。

該試驗以模擬的富營養(yǎng)化水體為研究對象，構(gòu)建了空心菜浮床和空心菜-生物膜組合生態(tài)浮床，通過對比分析傳統(tǒng)生態(tài)浮床和組合型生態(tài)浮床的凈水效果、植物氮磷吸收量及根系微生物的生物量，探討傳統(tǒng)生物浮床和組合生態(tài)浮床的脫氮除磷機制，為后期開發(fā)更高效且穩(wěn)定的組合型生態(tài)浮床系統(tǒng)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗水體。在自來水中添加尿素、葡萄糖、（NH4）2SO4、KH2PO4、KNO3、MgSO4·7H2O等化學(xué)試劑，配制人工模擬污水（C/N為5）［12］，盛于白色塑料水箱中（直徑31 cm，高33 cm），實際水體為12 L。人工模擬污水的主要水質(zhì)指標(biāo)為總氮（TN）33.78 mg/L、總磷（TP）4.63 mg/L、氨氮（NH4+-N）26.17 mg/L、硝酸鹽氮（NO3--N）11.86 mg/L、溶解氧（DO）5.10 mg/L、pH 7.33。

1.1.2 試驗植物。以喜濕、耐高溫、適應(yīng)性強的空心菜（Ipomoea aquatica）為浮床植物，購自某市場，在自來水中加入霍格蘭營養(yǎng)液培養(yǎng)7 d，待根部生出須根、莖葉直立、生長狀態(tài)較好時移入試驗水體適應(yīng)性培養(yǎng)7 d。選取生長良好、根系發(fā)達(dá)、個體均勻的植株（圖1）作為試驗植物，利用聚乙烯泡沫浮板和定植綿將植株固定在水體中，使其根系充分接觸水體。

1.1.3 生物膜。以多面空心球（直徑38 mm）為生物載體，清水浸泡2 d后，每8個空心球連成一串為1組生物膜，懸掛于盛有35 L試驗水體的塑料水箱（48 cm×35 cm×30 cm）中，投入復(fù)合菌制劑（0.6 g/L），曝氣，進(jìn)行預(yù)掛膜［10］。待生物載體表面形成一層黃棕色的生物膜（圖2）用于正式試驗。

1.2 試驗設(shè)計

試驗分為對照組、空心菜浮床和空心菜-生物膜組合生態(tài)浮床，每組3個重復(fù)，進(jìn)行為期7 d的室內(nèi)靜水試驗?？招牟烁〈埠徒M合生態(tài)浮床分別放入植株大小質(zhì)量相同的空心菜，每個水箱植株生物量為（72.80±0.43）g，組合生態(tài)浮床放入預(yù)先掛膜成功的生物載體，對照組不放置浮床和生物載體。試驗期間采用微曝氣控制溶解氧在4.0～6.0 mg/L，水溫26～28 ℃，pH 7.3～7.8，不換水，適量添加蒸餾水補充蒸發(fā)的水量。試驗結(jié)束時，稱量各組空心菜的鮮重，計算增重率，并測定植物體內(nèi)氮磷含量，將生物載體和植物根系表面的生物膜洗脫后過濾、烘干、稱重。試驗期每天取水樣測定TN、TP、NH4+-N、NO3--N濃度。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1

水質(zhì)指標(biāo)測定。TN濃度采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定，TP濃度采用鉬銻抗比色法測定，NH4+-N濃度采用靛酚藍(lán)比色法測定，NO3--N濃度采用鉻變酸法測定。

1.3.2

植物氮磷測定。植株沖洗干凈后，105 ℃殺青30 min，在70 ℃烘箱中烘干至恒重，用研磨機粉碎、過篩后備用。植物氮含量采用凱氏定氮儀測定，磷含量采用銻抗吸光光度法測定。

1.3.3

微生物的生物量測定（干重）。將植株根部和載體上的微生物分別用0.85%生理鹽水沖洗，0.22 μm過濾，將濾膜105 ℃烘干至恒重，采用重量法計算［13-14］。

1.3.4

增長率和去除率的計算。各浮床植物增長率、污染物去除率計算公式如下：

增長率=（試驗后鮮重-初始鮮重）/初始鮮重×100%

去除率=（初始濃度-凈化后濃度）/初始濃度×100%

1.4 數(shù)據(jù)分析

通過軟件SPSS 22.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA）和Tukey多重比較分析，檢驗各組間的差異顯著性，P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生態(tài)浮床對水體氮磷的去除效果

2.1.1

TN去除效果。從圖3可以看出，與對照組相比，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床TN濃度在試驗前期快速下降，后期呈緩慢上升趨勢。在1和2 d時，組合生態(tài)浮床TN濃度顯著降低（P<0.05），去除率分別為16.14%和72.69%，顯著大于空心菜浮床和對照組（P<0.05）。在3 d時，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床TN去除率均達(dá)到最大，分別為88.69%和96.17%，顯著大于對照組（P<0.05）；試驗后期（4～7 d），空心菜浮床和組合生態(tài)浮床TN濃度緩慢上升，但組合生態(tài)浮床的上升趨勢較空心菜浮床有所減緩，TN濃度始終低于空心菜浮床和對照組，且在4、5、6 d時TN去除率顯著大于空心菜浮床和對照組（P<0.05），而5、6 d時空心菜浮床TN去除率與對照組差異不顯著（P>0.05）。試驗期內(nèi)，組合生態(tài)浮床TN平均去除率為71.35%，較空心菜浮床提高了21.08%。

2.1.2

TP去除效果。從圖4可以看出，對照組TP濃度隨試驗時間延長逐步下降，而空心菜浮床和組合生態(tài)浮床TP濃度在試驗前期呈快速下降趨勢，試驗后期緩慢上升。組合生態(tài)浮床TP濃度在試驗前期（0～3 d）迅速下降，在3 d時降至0.31 mg/L，去除率最高，達(dá)93.26%，顯著大于對照組（P<0.05），而空心菜浮床TP濃度在運行2 d時下降幅度較小，但在3 d時快速降至0.37 mg/L，最大去除率達(dá)91.97%，顯著大于對照組（P<0.05）。試驗后期（4～7 d），空心菜浮床和組合生態(tài)浮床TP濃度均緩慢上升，但組合生態(tài)浮床的上升幅度較小，TP濃度始終低于空心菜浮床和對照組，TP去除率在4、5、6 d時均顯著大于對照組（P<0.05），而空心菜浮床TP濃度在7 d時甚至超過了對照組。試驗期內(nèi)，組合生態(tài)浮床TP平均去除率為70.05%，較空心菜浮床組提高了13.92%。

2.1.3

NH4+-N去除效果。從圖5可以看出，各組NH4+-N濃度在試驗前期（0～3 d）快速下降，3 d時去除率均在95%以上，但在試驗后期（4～7 d）各組NH4+-N濃度均有小幅度的上升。試驗前期（0～3 d），相比對照組和空心菜浮床組，組合生態(tài)浮床NH4+-N濃度下降幅度較大，運行2 d時去除率達(dá)98.41%，大于對照組和空心菜浮床，而空心菜浮床和對照組NH4+-N濃度變化規(guī)律相似，運行1 d時NH4+-N濃度小幅度上升，運行2 d時快速下降，在3 d時NH4+-N濃度降至最低，最大去除率分別為97.13%和95.05%。試驗后期（4～7 d），各組NH4+-N濃度均小幅度升高，組合生態(tài)浮床NH4+-N濃度始終低于空心菜浮床，去除率在89.83%～96.50%。試驗期內(nèi)，組合生態(tài)浮床NH4+-N平均去除率為83.17%，較空心菜浮床提高了18.26%。

2.1.4

NO3--N去除效果。從圖6可以看出，對照組NO3--N濃度整體呈下降趨勢，組合生態(tài)浮床較空心菜浮床NO3--N濃度在試驗前期（0～3 d）呈大幅度下降，試驗后期穩(wěn)定在較低水平。組合生態(tài)浮床運行2 d時NO3--N濃度去除率達(dá)78.33%，顯著大于空心菜浮床和對照組（P<0.05），在3 d時NO3--N濃度降至0.49 mg/L，去除率達(dá)最大，為92.83%，顯著大于對照組（P<0.05），而空心菜浮床組NO3--N濃度運行3 d時才快速下降，去除率達(dá)90.73%，顯著大于對照組（P<0.05）。試驗后期（4～7 d），空心菜浮床和組合生態(tài)浮床NO3--N濃度始終低于對照組，維持在較低水平。試驗期內(nèi)，組合生態(tài)浮床NO3--N平均去除率為85.83%，較空心菜浮床提高了20.19%。

2.2 不同生態(tài)浮床中植物對水體氮磷的吸收利用

由表2可知，試驗結(jié)束時，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床的植物生物量分別增長了37.25%和38.63%，但兩者差異不顯著（P>0.05），同時2組浮床的植物氮磷吸收量也差異不顯著（P>0.05），表明2組植物對水體中氮磷的吸收利用能力差異不顯著。浮床系統(tǒng)中植物對氮磷的吸收量很有限，空心菜浮床植物吸收的氮磷去除貢獻(xiàn)率分別為25.56%、5.99%，組合生態(tài)浮床植物吸收的氮、磷去除貢獻(xiàn)率分別為20.24%、4.18%。

2.3 不同生態(tài)浮床中微生物的生物量

試驗期間，浮床的植物根系為水體中微生物的附著提供了良好的環(huán)境，起到附著基的作用，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床中植物根部表面均形成了一層黃棕色的生物膜，試驗結(jié)束時組合生態(tài)浮床植物根系生物膜的生物量顯著高于空心菜浮床（P<0.05），表明組合生態(tài)浮床中生物膜對浮床植物根部微生物的富集和生長有顯著的促進(jìn)作用。同時，在組合生態(tài)浮床內(nèi)部，載體上的微生物生物量遠(yuǎn)大于植物根系，表明水體中微生物主要富集在生物載體上，生物膜對提升水體中氮磷凈化效果有重要作用。

3 討論

3.1 不同浮床對水體氮磷的去除效果

試驗初期，組合生態(tài)浮床對TN、TP的去除規(guī)律相似，TN、TP濃度呈快速下降趨勢，去除率高于空心菜浮床和對照組，與李威等［15-17］的研究結(jié)果相似。至3 d時，TN和TP最大去除率達(dá)96.17%、93.26%，主要是由于成熟的生物膜在試驗初期充分發(fā)揮了微生物降解、吸附、絮凝等作用［18］，大大提高了系統(tǒng)的氮磷去除效率，使得組合生態(tài)浮床對TN、TP的去除效果最好。而空心菜浮床運行3 d時TN、TP濃度陡然下降，去除率分別達(dá)88.69%、91.97%，推測空心菜根部在試驗初期充當(dāng)“載體”，逐漸富集微生物［13］，當(dāng)微生物的生物量積累到一定水平時，水體中TN、TP濃度快速下降，從而達(dá)到水質(zhì)凈化效果。然而，隨試驗時間延長，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床TN、TP濃度開始回升，這可能源于2個系統(tǒng)中植物根部附著物的脫落，導(dǎo)致原本附著的顆粒態(tài)污染物逐漸溶解，又返回到水體中。組合生態(tài)浮床的回升趨勢比較緩慢，且TN、TP濃度始終低于空心菜浮床和對照組，推測植物根系生物膜脫落時，載體生物膜發(fā)揮了一定的脫氮除磷功能，減緩了系統(tǒng)中TN、TP的上升趨勢，提高了組合生態(tài)浮床系統(tǒng)的抗干擾能力，與汪松美等［19］、扶詠梅等［20］對植物浮床+仿生植物的研究結(jié)果一致。Liu等［21］研究也發(fā)現(xiàn)在生態(tài)浮床系統(tǒng)中引入微生物對水質(zhì)凈化效果和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都有顯著提高。

相比對照組和空心菜浮床，組合生態(tài)浮床對NH4+-N和NO3--N的去除具有明顯的優(yōu)勢。試驗初期，組合生態(tài)浮床NH4+-N和NO3--N去除率高達(dá)98.41%、78.33%，高于空心菜浮床和對照組，表明生物膜的硝化和反硝化反應(yīng)可以同時進(jìn)行，且反應(yīng)迅速，顯著提高了組合生態(tài)浮床對無機氮的凈化效率。這與以往組合生態(tài)浮床研究［13，15-16，22］中發(fā)現(xiàn)的硝化作用較強而反硝化作用較弱使得NO3--N緩慢積累的規(guī)律不同，推測該試驗生物膜上附著了大量的好氧反硝化細(xì)菌，主導(dǎo)了NO3--N的去除。湯茵琪等［10］研究也證實了在“植物+生物膜”強化生態(tài)浮床中引入好氧反硝化細(xì)菌對NO3--N的降解起主導(dǎo)作用。空心菜浮床的NH4+-N和NO3--N去除率運行3 d時達(dá)90%以上，去除效果好于其他學(xué)者對傳統(tǒng)生態(tài)浮床的凈水研究［23-25］，推測空心菜浮床利用植物根部的吸附及附著微生物的硝化/反硝化作用也能高效去除NH4+-N和NO3--N，實現(xiàn)良好的水質(zhì)凈化效果。試驗后期，伴隨著根系生物膜的脫落，根系微生物的硝化和反硝化作用逐漸減弱，導(dǎo)致空心菜浮床和組合生態(tài)浮床中NH4+-N和NO3--N都有少量的積累，但整體維持在一個較低水平。也有研究發(fā)現(xiàn)，微生物的硝化/反硝化作用會隨NH4+-N和NO3--N底物濃度的降低而減弱［26］。

3.2 不同浮床對水體氮的去除機制

生態(tài)浮床對水體中氮的去除途徑較為復(fù)雜，主要包含：①植物吸收和蒸騰作用；②微生物的氨化、硝化和反硝化作用；③物理吸附、過濾、沉淀等［27-30］。唐偉等［31］研究了3種水生植物對富營養(yǎng)化水體的凈化效果，發(fā)現(xiàn)植物吸收去除氮的占比20%～30%，認(rèn)為植物對氮的去除主要依靠的是微生物反硝化與其他作用。邵凱迪等［25］研究也發(fā)現(xiàn)，植物吸收占系統(tǒng)中氮去除總量不足34%。與上述研究結(jié)果相似，該試驗中空心菜浮床和組合生態(tài)浮床的植物吸收對氮去除的貢獻(xiàn)率分別為25.56%、20.24%，表明植物吸收不是生態(tài)浮床氮去除的主要機制。

水生植物根系表面積較大，可為微生物的生長、繁殖提供了附著位點，并逐漸形成生物膜，同時，根系的泌氧功能可促進(jìn)生物膜的硝化/反硝化反應(yīng)，從而加快氮素的轉(zhuǎn)化［32］。該試驗發(fā)現(xiàn)，在根系生物膜形成過程中，空心菜浮床系統(tǒng)TN、NH4+-N和NO3--N均獲得了較好的去除效果，后期隨根系生物膜的脫落，一部分氮又回到水體中，導(dǎo)致TN濃度升高，但NH4+-N和NO3--N濃度維持在較低水平，表明根系微生物的硝化/反硝化作用在空心菜生態(tài)浮床去除氮中起主導(dǎo)作用，與唐偉等［31］、孫鵬等［33］對傳統(tǒng)生態(tài)浮床的研究結(jié)果一致。與傳統(tǒng)生態(tài)浮床相比，組合生態(tài)浮床的微生物硝化/反硝化反應(yīng)更快速、更徹底，使得試驗初期的TN、NH4+-N和NO3--N去除率高于空心菜浮床，后期載體生物膜占主導(dǎo)地位，減緩了因根系生物膜脫落引起的TN濃度上升的趨勢，且載體生物膜的微生物生物量遠(yuǎn)大于根系生物膜，推測載體上富集的微生物是氮污染物的凈化主體，這與許國晶等［16］、王國芳等［34］的研究結(jié)果一致。

3.3 不同浮床對水體磷的去除機制

浮床對水體中磷的去除主要包括植物吸收、沉降、攔截、基質(zhì)吸附及微生物降解等［35-36］。王國芳等［34］研究發(fā)現(xiàn)植物吸收是傳統(tǒng)生態(tài)浮床系統(tǒng)中TP去除的主要途徑，而人工介質(zhì)對組合型生態(tài)浮床中TP去除的貢獻(xiàn)最大。Zhang等［37］研究發(fā)現(xiàn)人工填料強化生態(tài)浮床系統(tǒng)中TP的去除主要依靠植物的吸收作用和自然沉降，植物的吸收作用占90%左右。然而，在該試驗條件下，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床中植物對TP的吸收作用很有限，分別僅占TP去除量的5.99%、4.18%，表明植物吸收不是生態(tài)浮床去除水體磷的主要機制，這與李威等［15］、許國晶等［16］的研究結(jié)果一致。

有研究指出，填料和植物根系所形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還能攔截、吸附大部分的不溶性磷，表面附著的微生物通過自身同化作用對TP的去除率也能達(dá)50%～60%［38］。該試驗中，空心菜浮床中植物根系表面富集了大量的微生物，利用自身同化作用及植物根系的吸附、攔截作用，TP去除效果明顯，最大去除率達(dá)91.97%，推測植物根系微生物同化作用是空心菜浮床系統(tǒng)TP去除的主體。在組合生態(tài)浮床中，除了植物根系生物膜的轉(zhuǎn)化，載體生物膜也是系統(tǒng)中TP去除的主要因素，其表面的微生物生物量遠(yuǎn)大于根系生物膜，有效提高了組合生態(tài)浮床對磷的去除效率，這與周高峰等［39］的研究結(jié)果一致。此外，該試驗發(fā)現(xiàn)，生物膜不僅對植物根部微生物的富集和生長有明顯的促進(jìn)作用，還在一定程度上緩解了后期植物根系生物膜磷的釋放，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這可能源于植物與微生物之間的協(xié)同作用［16，40-41］。

4 結(jié)論

與空心菜浮床相比，組合生態(tài)浮床氮磷污染物的去除效率和去除效果更好，TN、TP、NH4+-N和NO3--N平均去除率分別可達(dá)71.35%、70.05%、83.17%、85.83%，分別較空心菜浮床提高了21.08%、13.92%、18.26%、20.19%。在水體氮磷去除過程中，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床植物對氮磷的吸收有限，氮去除貢獻(xiàn)率分別為25.56%、20.24%，磷去除貢獻(xiàn)率分別為5.99%、4.18%，表明植物吸收作用不是浮床系統(tǒng)氮磷去除的主體。同時，載體生物膜對植物根系微生物的富集和生長有明顯的促進(jìn)作用，提高了組合生態(tài)浮床系統(tǒng)的微生物生物量，從而增強了浮床系統(tǒng)的穩(wěn)定性和凈水效果。可見，微生物是生態(tài)浮床凈化水質(zhì)的主體，在氮磷去除過程中發(fā)揮重要作用。因此，在生態(tài)浮床實際應(yīng)用中，如何提高浮床系統(tǒng)微生物的生物量和生物活性是保證水質(zhì)凈化效果、維持系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

［1］ 劉有華，王思婷，楊喬喬，等.國內(nèi)外水體富營養(yǎng)化現(xiàn)狀及聚磷菌研究進(jìn)展［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，49（9）：26-35.

［2］ HOWARTH R W，ANDERSON D B，CLOERN J E，et al.Nutrient pollution of coastal rivers，bays，and seas［J］.Issues in ecology，2000（7）：1-15.

［3］ 2022年中國生態(tài)環(huán)境狀況公報（摘錄）［J］.環(huán)境保護，2023，51（Z2）：64-81.

［4］ LE C，ZHA Y，LI Y，et al.Eutrophication of lake waters in China：Cost，causes，and control［J］.Environmental management，2010，45（4）：662-668.

［5］ 吳卿，馬夢醒，莫文君，等.太陽能曝氣—生物強化浮床對景觀水體中氮素的去除［J］.中國給水排水，2021，37（13）：92-97.

［6］ SAMAL K，KAR S，TRIVEDI S.Ecological floating bed（EFB）for decontamination of polluted water bodies：Design，mechanism and performance［J］.Journal environmental management，2019，251：1-13.

［7］ 梁翼東，匡箴，孫寧澤，等.不同植物組合的生態(tài)浮床對淺水富營養(yǎng)化湖泊水質(zhì)凈化效果及浮游動物群落結(jié)構(gòu)的影響［J］.大連海洋大學(xué)學(xué)報，2023，38（2）：302-310.

［8］ 張玲玲，劉立早，張玉平.不同填料強化生態(tài)浮床對淡水養(yǎng)殖水體的凈化效果［J］.長江科學(xué)院院報，2019，36（9）：18-22.

［9］ 高小寶，馬志遠(yuǎn)，陳曉陽，等.生物質(zhì)碳源與非生物質(zhì)填料組合生態(tài)浮床凈化水體效果［J］.水資源與水工程學(xué)報，2021，32（3）：124-129.

［10］ 湯茵琪，李陽，常素云，等.好氧反硝化菌強化生態(tài)浮床對水體氮與有機物凈化機理［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2017，36（2）：569-576.

［11］ 趙志瑞，張佳瑤，李鐸，等.生物膜生態(tài)浮床對城市尾水凈化特征分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2020，41（2）：809-814.

［12］ 李曉雅.生物基強化生態(tài)浮床對地表水氮素的凈化作用［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2015.

［13］ 萬凱，占鵬，張力薇，等.不同類型浮床對水質(zhì)的凈化效果研究［J］.江西水利科技，2017，43（3）：176-182.

［14］ 江興龍，鄧來富.生物膜“細(xì)菌-藻類”協(xié)同系統(tǒng)改良淡水池塘養(yǎng)殖水質(zhì)與沉積物的效果研究［J］.海洋與湖沼，2015，46（3）：603-610.

［15］ 李威，陳曉國，方濤.組合生態(tài)浮床的水體凈化效果與作用機理探討［J］.水生態(tài)學(xué)雜志，2012，33（6）：76-81.

［16］ 許國晶，段登選，杜興華，等.基于生物協(xié)同作用的強化生態(tài)浮床對養(yǎng)殖水體的凈化效果［J］.大連海洋大學(xué)學(xué)報，2015，30（1）：62-67.

［17］ 練繼建，孫亞楠，馬超，等.膜曝氣生物膜－生態(tài)浮床組合裝置開發(fā)及其水體凈化效果研究［J］.水利水電技術(shù)，2019，50（6）：142-149.

［18］ 周云，何義亮.微污染水源凈水技術(shù)及工程實例［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：97-127.

［19］ 汪松美，周曉紅，儲金宇，等.空心菜浮床+仿生植物系統(tǒng)對污染物去除效果［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2013，36（3）：78-82.

［20］ 扶詠梅，劉盼，郭一飛，等.幾種植物浮床+仿生植物系統(tǒng)對污染物的去除效果［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48（7）：285-289.

［21］ LIU J Z，WANG F W，LIU W，et al.Nutrient removal by up-scaling a hybrid floating treatment bed（HFTB）using plant and periphyton：From laboratory tank to polluted river［J］.Bioresource technology，2016，207：142-149．

［22］ 劉洋，宋志文，李凌志，等.微生態(tài)制劑-生物膜對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)水質(zhì)凈化效果研究［J］.水生態(tài)學(xué)雜志，2020，41（1）：92-99.

［23］ 吳英杰，馬璐瑤，陳琛，等.北美海蓬子生態(tài)浮床對養(yǎng)殖海水的凈化和對蝦的增產(chǎn)效果［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2018，12（12）：3351-3361.

［24］ 董貫倉，孫魯峰，杜興華，等.3種植物對池塘養(yǎng)殖水體的凈化效果研究［J］.山東師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2020，35（2）：236-241.

［25］ 邵凱迪，段婧婧，薛利紅，等.5種水生植物對模擬菜地徑流中總氮和硝氮凈化效果［J］.環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報，2020，10（3）：406-413.

［26］ HANSEN A T，DOLPH C L，F(xiàn)OUFOULA-GEORGIOU E，et al.Contribution of wetlands to nitrate removal at the watershed scale［J］.Nature geoscience，2018，11：127-132.

［27］ WU Q，HU Y，LI S Q，et al.Microbial mechanisms of using enhanced ecological floating beds for eutrophic water improvement［J］.Bioresource technology，2016，211：451-456.

［28］ SAEED T，SUN G Z.A review on nitrogen and organics removal mechanisms in subsurface flow constructed wetlands：Dependency on environmental parameters，operating conditions and supporting media［J］.Journalof environmental management，2012，112：429-448.

［29］ 韓雪宜，王怡，王文懷，等.植物碳源強化浮床凈化效果及對根系微生物群落影響［J］.中國給水排水，2023，39（3）：9-14.

［30］ 沈舒婷，耿卓凡，李想，等.植物和基質(zhì)在生態(tài)浮床去除農(nóng)村地表徑流氮磷中的作用［J］.東南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2022，52（5）：933-942.

［31］ 唐偉，許海，詹旭，等.生態(tài)浮床對千島湖水體氮磷凈化效果研究［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2022，35（4）：926-935.

［32］ 曲疆奇，劉青，張清靖，等.養(yǎng)殖尾水浮床處理系統(tǒng)水生植物根際細(xì)菌的氮循環(huán)作用機制［J］.大連海洋大學(xué)學(xué)報，2023，38（1）：12-21.

［33］ 孫鵬，崔康平，許為義，等.3種浮床植物對污染水體水質(zhì)改善性能研究［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（5）：475-479.

［34］ 王國芳，汪祥靜，吳磊，等.組合型生態(tài)浮床中各生物單元對污染物去除的貢獻(xiàn)及凈化機理［J］.土木建筑與環(huán)境工程，2012，34（4）：136-141.

［35］ WANG W H，WANG Y，SUN L Q，et al.Research and application status of ecological floating bed in eutrophic landscape water restoration［J］.Science of the total environment，2020，704：1-17.

［36］ LIU Y，LV J J，SINGH R P.Removal of low-concentration phosphorus by efficient phosphorus removal composite-based ecological floating beds［J］.Journal of water supply：Research and technology，2019，68（8）：782-792.

［37］ ZHANG L L，ZHAO J，CUI N X，et al.Enhancing the water purification efficiency of a floating treatment wetland using a biofilm carrier［J］.Environmental science and pollution research，2016，23（8）：7437-7443.

［38］ 黃亞，傅以鋼，趙建夫.富營養(yǎng)化水體水生植物修復(fù)機理的研究進(jìn)展［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2005，24（S1）：379-383.

［39］ 周高峰，劉義青，付永勝，等.微曝氣強化生態(tài)浮床對污水中磷的凈化效果［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2018，41（10）：69-74.

［40］ 王興華，王云.微生物與植物協(xié)同去除生活污水中總氮、總磷、COD的效果研究［J］.山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，47（3）：45-48，51.

［41］ 徐功娣，張增勝，韓麗媛，等.強化生態(tài)浮床與普通浮床對污染物凈化效果對比研究［J］.水處理技術(shù)，2010，36（4）：93-96.