南极苔藓湿地的低温除污机制与调控

针对人工湿地系统在低温环境中污染物去除效率普遍低下的问题，本课题根据南极考察的初步试验结果，利用南极优势耐冷苔藓种构建新型人工苔藓湿地系统，强化低温处理。课题拟对南极菲尔德斯半岛无冰区耐冷苔藓种及下伏土系统进行筛选；探索苔藓植株的低温氧传输规律和植被覆盖保温效应；以低温硝化细菌为重点，研究根际/下伏土耐冷微生物群落特征；解析污染物低温转化和积累规律，深入研究苔藓湿地系统的低温污染物去除机理。在此基础上提出低温高效人工苔藓湿地系统的构建模式和调控参数，也为南极站基污染物控制提供理论基础和技术储备。

利用南极耐冷苔藓资源，以野外现场调查结合模拟试验，构建和优化了苔藓湿地用于典型污水处理；强化低温条件下对典型污染物的降解效率。在优化的湿地形式上，提出南极Calliergon sarmentosum苔藓种+复配鸟成土的湿地基质+水平流浅层湿地为优化组合形式，在低温条件下对污染物的去除效果最好。在系统效果优化的基础上，对浅层湿地系统的主要代谢机制和生物学群落机理进行了解析。污染物空间分布和酶类的分布研究发现，除总磷外，氮、碳等典型污染物呈现出比较典型的生物代谢降解作用，并且污染物在湿地系统中不会形成显著的累积。生物硝化过程对低温的适应性体现出明显的优势，在低温条件下Nitrosococcus mobilis和Nitrosomonas eutropha有稳定的积累和多样性。苔藓植被对土壤的泌氧能力是制约湿地硝化效率的重要因素，研究证实了苔藓湿地表层及根系区具有良好的复氧效率，在低温下能够维持根系区比较高的溶氧浓度。