海水人工湿地中氮的迁移、转化与归宿机理

人工湿地可望为解决海水养殖外排水的脱氮问题提供一种新的途径。然而，对盐胁迫条件下氮迁移转化的关键过程认识不足是制约提高氮去除率的瓶颈。本项目拟采用生态模拟实验、数理统计与生态动力学模型数值模拟相结合的方法，系统研究海水人工湿地中氮的迁移、转化与归趋。首先，通过测定不同操作条件下海水人工湿地的除氮效果，分析其影响因素，并利用主成分分析法优化操作条件；其次，通过生态模拟实验确定耐盐植物、微生物和基质三种功能因子在氮的物理、化学与生物迁移转化过程中的贡献与作用；最后，借助PCR-DGGE技术、酶活性测定等分子生物学手段，分析系统内微生物群落结构、功能与氮去除率间的关系，从而识别人工湿地除氮的关键过程与控制因素，并通过构建生态动力学模型对氮的迁移、转化与归宿进行数值模拟与验证。研究成果将有助于进一步阐明海水人工湿地的脱氮机理，为完善高效人工湿地技术奠定理论基础。

人工湿地可望为解决海水养殖外排水的脱氮问题提供一种新的途径。本项目通过理论分析、实验室实验和现场试验，研究了海水养殖外排水人工湿地处理系统的构建方法，探讨盐胁迫条件下人工湿地净化海水养殖外排水的效果及其影响因素；研究了人工湿地系统氮的迁移转化过程，明确了人工湿地基质、微生物和基质的作用；探讨了人工湿地净水效果与基质酶、微生物分布之间的关系。. 1.建立了海水体系人工湿地的构建方法。研究了不同基质吸附氨氮、磷酸盐的动力性特征及其影响因素。利用垂直复合流人工湿地探讨在不同水力负荷，溶解氧、进水浓度和盐度条件下，人工湿地对净水效率的影响，确定稳定运行阶段优化的操作条件。. 2. 研究人工湿地系统中氮的去除效果、微生物数量和基质酶活性。试验结果表明，系统对TN、NH4-N平均去除率分别为(25.02±12.69)%、（82.91±17.51)%；系统中不同基质层次的微生物数量和脲酶、脱氢酶活性不同，基质中、上层好氧微生物数量和脲酶、脱氢酶活性显著大于下层，系统下行池中、上层硝化细菌、亚硝化细菌显著高于下层，中、上层反硝化细菌数量明显低于下层；细菌总数与TN（R2=0.50）和NH4-N（R2=0.61）去除率存在一定正相关性，基质脲酶与TN去除率存在显著正相关性（R2=0.86）。. 3. 研究了海水人工湿地系统微生物群落分布。盐胁迫条件下，人工湿地的微生物群落组成较为丰富，且不同位置存在着一些种属相同、数量不同的生态幅广泛的优势种；微生物群落组成和结构受季节因素影响较大，夏季的种类和数量都要高于冬季；人工湿地内部下行流池微生物多样性指数要高于上行流池，并且沿水流方向呈下降趋势，微生物相似性系数与样品位置存在一定关系，沿着水流方向样品距离越远，相似性系数越小；人工湿地处理系统中微生物种群分布较为广泛，这些微生物种群在氮的去除过程中发挥重要作用。. 4. 共发表论文4篇，获授权专利1项，获软件著作权登记1项，学术会议论文5篇，学术报告4次。已撰写完成论文2篇，专利1项。获科技奖励2项（第19完成人），1人次晋升副研究员，1人次获中国环境学会第九届青年科技奖，培养硕士研究生2人。. 项目研究结果为进一步阐明人工湿地净化污染物的机理及构建海水体系的人工湿地提供理论依据，也为构建人工湿地海水循环养殖系提供理论参考价值和技术支撑。