仿生植物附着氨氧化微生物生态分布及对重污染河道氨氮去除效应

低氧高氨氮的河道污染已成为影响我国城市生态环境的主要因素。氨氧化细菌（AOB）、氨氧化古菌（AOA）以及厌氧氨氧化细菌（Anammox）三大原核生物驱动的氨氧化作为硝化反应限速步骤，对水体氨氮去除起着关键作用。本项目拟在低氧高氨氮的"荒漠化"河道内，以仿生植物为载体构建"水下森林"，利用分子生态技术系统研究仿生植物附着氨氧化微生物群落结构、生物多样性、优势种、数量等生态分布特征及其对水体不同水深处理化因子（pH、Eh、DO等）及季节（水温）变化的响应规律；研究不同环境因子影响下仿生植物附着氨氧化微生物硝化作用强度、硝化速率、硝化势等硝化作用能力，构建动力学模型，探讨仿生植物附着氨氧化微生物对水体氨氮去除的适宜条件，并结合仿生植物附着氨氧化微生物数量变化与水体氨氮去除的耦合关系，阐述仿生植物附着氨氧化微生物对氨氮去除效能，从而为利用仿生植物修复低氧高氨氮的城市重污染河道提供理论依据

本项目针对我国当前许多重污染水体中水生植物生长不良的现状，以仿生植物为载体在镇江市古运河流域进行野外挂膜以及室内控制实验，从仿生植物附着氨氧化微生物生态分布特征、环境因子对仿生植物附着氨氧化微生物生态分布的影响及仿生植物附着生物膜对氨氮的降解效能等三个方面着手开展了系统的研究。获得的主要结论如下：（1）仿生植物能够为水体中微生物提供栖息场所，并有效的富集AOA和AOB，其丰度超过自然水体中1至2个数量级。定量分析表明，在8个仿生植物样品中，有5个AOA丰度超过了AOB。系统发育分析表明，AOA在MXN1和MXG6的优势种群为Nitrosopumilus cluster，而其余6个AOA克隆文库优势种群为Nitrososphaera cluster。在8个AOB克隆文库中，均以Nitrosomonas genera为优势种群。此外，NH4-N和NO2-N是影响仿生植物中AOA和AOB丰度和群落结构的关键环境因子。（2）环境因子对仿生植物附着氨氧化微生物生态分布具有显著影响，在不同温度、pH和氨氮浓度环境中连续培养8周后，AOA和AOB的amoA基因拷贝数在不同样品中具有明显差异。其中，AOA群落结构变化较小，反映出AOA种群具有较强的抗击环境变化的能力，而AOB群落结构变化较大，显现出AOA和AOB具有不同的代谢机制和生态位。（3）仿生植物附着生物膜对氨氮降解效能随仿生植物原材料、布设密度、挂膜季节、水深及挂膜点水质参数的不同而表现出明显的差异。溶解氧含量的增加提高了仿生植物附着生物膜对氨氮的去除效果。pH对氨氮去除效能的影响表现为:pH=7-8>pH=10-11>pH=4-5。不同初始氨氮浓度条件下仿生植物附着生物膜对氨氮的去除效果则表现为：20mg·L-1>200 mg·L-1>400 mg·L-1。研究结果为利用仿生植物附着微生物膜修复重污染水体提供了基础数据和理论依据。