稅永紅，蒲劍紅

(1.成都紡織高等?？茖W校，四川成都611731;2.四川大學建筑與環(huán)境學院，四川成都610041)

0 引言

濕地在維持生物多樣性、促進區(qū)域生態(tài)與環(huán)境建設、保障城市的持續(xù)健康發(fā)展以及人與自然和諧共存等方面具有不可替代的作用，人工濕地因其成本低、處理效果好、管理運行簡單等優(yōu)點，被單獨或與其他技術組合廣泛用于校園生活污水、社區(qū)污水、奶產品加工廢水、農業(yè)面源污染控制、工業(yè)廢水、石油開采廢水、養(yǎng)殖廢水以及水體富營養(yǎng)化治理等領域［1－5］。目前，對于人工濕地的研究主要集中在人工濕地優(yōu)化設計、出水水質的提高、營養(yǎng)鹽的去除及在水、基質和植物之間的轉化等方面［6－8］，對濕地微生物特別是浮游生物的研究相對缺乏，而微生物又是濕地污水凈化過程中重要的影響因子，它具有提高濕地的初級生產力、凈化環(huán)境污染等不可替代的重要生態(tài)功能。

微生物主要指形體微小、單細胞或個體結構簡單的多細胞、甚至無細胞結構，用肉眼看不見或看不清楚的低等生物的總稱，一般需要借助顯微鏡來觀察研究［9］。對濕地微生物的研究，大都集中在對于病原微生物的去除、濕地植物根系和濕地基質中微生物的群落結構、微生物種類和活性、微生物空間分布特點以及影響其分布因素的探討及酶活性等的研究［10－13］。而對濕地中浮游藻類、原生及后生動物的研究幾乎沒有，對進入穩(wěn)定運行期的人工濕地微生物群落結構及分布對人工濕地凈化機理研究有著重要的指導意義。針對這種現狀，本文利用我們自主構建的，具有自主知識產權的，已穩(wěn)定運行二年的一體化人工濕地處理系統(tǒng)，于2012年4月～5月，觀察人工濕地植物浮床生物膜區(qū)不同深度水層以及總出水中的微生物群落結構，分析了其在時空分布上的差異特征，并結合水質理化指標，進行相關分析。

傳統(tǒng)顯微鏡觀察可同時獲得觀測點浮游生物的種類組成和數量，但由于光學顯微鏡下進行的形態(tài)和生態(tài)特征研究主要為大于20um和3um的小型浮游生物(micro-phytoplankon)和微型浮游生物(nano-phytoplankon)，因此，本研究所述浮游微生物不包括超微型浮游生物(pico-phytoplankon)。

1 材料和方法

1.1 試驗裝置

試驗裝置為安置于成都紡織高等?？茖W校實驗樓頂樓且運行穩(wěn)定的一體化人工濕地箱，由PVC塑料構成，其長×寬×高為2m×1m×1m，如圖1所示。

圖1 一體化人工濕地裝置

一體化系統(tǒng)由三部分構成:

(1)一級處理系統(tǒng):一級濕地含由泡沫構成的人工浮床，其上生長有植物三葉草，同時在水體中掛有由無紡布材質構成的生物膜載體，供微生物附著生長。

(2)主濕地區(qū):濕地植物由蘆葦、菖蒲、香蒲、水草四種構成，主要植物為蘆葦和菖蒲。填料由粒徑不同的卵石、碎石、碎磚、土組成，填料鋪設高度為85cm。

(3)出水區(qū):出水區(qū)生長有挺水植物睡蓮，填料由細沙構成，填料高度為40cm，填料距水面高度約40cm。

1.2 試驗污水及運行

試驗污水來源于食堂及實驗樓化糞池發(fā)黑發(fā)臭的混合污水(如圖2)。系統(tǒng)采用間歇進水方式運行，每周300L污水以10～13L/h的流速24小時內全部進入濕地系統(tǒng)。

圖2 人工濕地進水采集點

1.3 分析方法

試驗微生物的群落結構分析方法采用顯微鏡鏡檢法。采樣時間上午9:00～10:00間，在一級濕地的上、中、下層、人工生物膜以及出水共設5個采樣點，采樣方法如下:

一級處理系統(tǒng):用堿式滴定管(去掉下面的橡膠管)分別在距水面20cm、45cm、60cm深處各采集水樣100ml，每層布設8個采樣點，然后混合各采樣點的水樣。

生物膜:用特定的刮片在選取的幾片生物膜上刮取適量的附著物，然后用蒸餾水稀釋至100ml，混勻。

出水:用上述堿式滴定管分別在出水區(qū)離水面10cm、20cm、30cm 深處采集水樣共 100ml，每層水樣采樣點布設如上所述。

對每個樣點采集的樣品各取10ml(一個樣點取兩個樣本水樣)上清液，分別進行定性和半定量的鏡檢，其中半定量樣品在獲取后盡快加入福爾馬林溶液進行固定，并借助血球計數板在顯微鏡下進行半定量觀察，同時利用顯微鏡附帶的成像功能對所觀察到的微生物進行成像鑒定。

2 結果與分析

2.1 浮游藻類組成

對一體化人工濕地微生物群落組成的觀察集中在4月下旬到5月中旬，每旬對一級濕地和出水采集一次樣品進行定性和半定量的觀察，每個樣品觀察10個樣片。表1列出了150個樣片浮游藻類顯微鏡鏡檢結果。

表1 人工濕地浮游藻類的組成變化

(接上表)

4－5月鏡檢結果顯示，150個樣片中共檢出浮游藻類4門34屬以及其他藻57種共組成，這四門分別為藍藻門、綠藻門、硅藻門、裸藻門。優(yōu)勢種群為綠藻和硅藻，占總計數藻類的42%和37%(圖3)。

圖3 人工濕地浮游生物組成

隨著時間的推移，溫度不斷升高，藻的種類變化比較明顯，濕地系統(tǒng)浮游藻類的種類也在增加，硅藻中的菱形藻、舟形藻、羽紋藻，綠藻中的柵藻、頂棘藻、四角藻種類較多。

2.2 浮游動物組成

人工濕地中除浮游藻類外，還觀察到部分浮游動物，表2列出了浮游動物顯微鏡鏡檢結果。

表2 人工濕地浮游動物組成

從表2可以看出濕地中浮游動物的種類不是很多，主要以游泳形纖毛蟲為代表的原生動物為主，共計18種(屬)。且其種隨時間的變化規(guī)律不是很明顯。

在顯微鏡下觀察發(fā)現斜毛蟲屬和表殼蟲屬只在濕地一級處理系統(tǒng)上、中、下層發(fā)現，且下層最多，中層次之，上層最少，且其在顯微鏡下表現為畏光，當剛移動到視野中央，其很快就會運動到視野之外，說明這兩種生物是不喜在強光照和較高溫度下生存，這也就是為何從4月下旬到5月中旬隨著溫度的升高和光照的增強，最后在顯微鏡下觀察不到這兩種生物的原因了。

2.3 浮游藻類多樣性變化

在采集樣本進行微生物觀察時發(fā)現濕地一級處理系統(tǒng)上、中、下三個水層采集的水樣中下層水樣顏色最深，呈明顯的綠色;中層水樣除含有一些懸浮物外幾乎無色，上層水樣除含較多懸浮物外，還呈明顯的白色渾濁。在顯微鏡下觀察發(fā)現一級處理系統(tǒng)下層水樣藻類種類數最多，上層次之，中層最少，而生物膜上的藻種類最豐富。濕地總出水無色透明，在顯微鏡下觀察到的藻種類和數量也相對較少，如圖4所示。

圖4 各個取樣點藻類的種類數的變化

從圖4可以看出，一級系統(tǒng)分層采樣及出水中浮游藻類以生物膜上種類最為豐富，數量最多，增長也最快，在一級系統(tǒng)上、中、下層水樣中觀察到的藻幾乎都能在生物膜上觀察到。而上、中、下層藻的主要屬類差異不大。這是因為一級系統(tǒng)上、中、下層處于相似的環(huán)境，只是在種類和數量上，下層更豐富、上層次之，中層最少，而總出水藻的種類也相對較少。隨著氣溫的升高，5月濕地處理系統(tǒng)浮游藻類種群總量達到較大值，由4月62種上升到130種以上(包括重復種計數)，增長了近220%。其中，浮游藻類主要以硅藻門和綠藻門為主(圖5)。

圖5 5月人工濕地浮游生物組成

從圖5可看出，5月浮游藻類中硅藻門藻類最多，占44%，其次是綠藻門藻類，占37%，硅藻門和綠藻門占觀察到的浮游藻類的81%，且生物多樣性豐富。

分析硅藻門及綠藻門中浮游藻類的組成，硅藻門中以菱形藻屬最多，占硅藻門的38%，其次是舟形藻，占硅藻門的23%。綠藻門中的優(yōu)勢種為柵藻屬占綠藻門33%。觀察到的浮游藻類優(yōu)勢種群結構如圖6和7所示。

圖6 硅藻門種屬組成

圖7 綠藻門種屬組成

2.4 與水質凈化的關系

20世紀初德國學者B.科爾克維茨和M.馬松提出指示生物的概念，水污染指示生物是在一定水質條件下生存，對水體環(huán)境質量的變化反應敏感而被用來監(jiān)測和評價水體污染狀況的水生生物。浮游生物、水生微型動物、大型底棲無脊椎動物、顫蚓、溞、搖蚊幼蟲、硅藻、小球藻、柵藻、水生維管束植物等均可用來作為水污染的指示生物。利用指示生物可以對水體污染程度作出綜合判斷并進行定性分析。

水中浮游生物的藻類植物是有機物和氧氣的重要來源。無論是在淡水，還是在海水中，藻類都是水生生態(tài)系統(tǒng)中生產者的重要成員。據估計，自然界光合作用制造的有機物中，有近一半是由藻類等微生物產生的，這些有機物作為浮游動物和高等水生動物的食料。水中浮游生物的原生動物及后生動物是水中微環(huán)境食物鏈的頂端，它們可以通過牧食對污水起到凈化作用。

由于藻類對環(huán)境變化非常敏感或具有耐受力，人們根據水體中藻類的種類及數量變化，判斷水質是否受到污染物及污染程度，從而在水體環(huán)境監(jiān)測中起到指示作用，水體清潔狀況與藻類的對應關系如表3。

表3 水體狀況與藻類的對應關系

同時由于不同藻對污染物耐受性的不同，還可依據水體中存在的某些藻的種類和數量判定水體藻的污染程度。

從我們對5月上旬處理系統(tǒng)一級上、中、下三個水層及出水浮游生物的觀察發(fā)現，觀察到的優(yōu)勢種與水質有一定的相關性。5月上旬優(yōu)勢種藻及水質在濕地系統(tǒng)的空間分布如表4和5所示。

表4 5月上旬優(yōu)勢種藻在濕地系統(tǒng)的空間分布

表5 5月上旬濕地系統(tǒng)的水質空間變化

結合表4和表5，我們可以看出，硅藻的二個優(yōu)勢種(菱形藻和舟形藻)在一級處理區(qū)上、中、下層和出水均有檢出，且在一級處理區(qū)下層分布較多，這表明水質均受一定的污染，且一級處理區(qū)污染較嚴重，與水質監(jiān)測結果是一致的。

同時，我們從上面二個表中還可以看出，綠藻優(yōu)勢種柵藻僅在一級處理區(qū)檢出，出水中未檢出，這表明在濕一級處理區(qū)的污染程度遠遠大于出水，這是由于柵藻在污水凈化過程中，可為細菌提供氧以分解有機物并破壞其他有害物質，這也與我們水質監(jiān)測結果相一致。

3 結論

通過鏡檢，4～5月濕地系統(tǒng)包含藍藻、硅藻、綠藻和裸藻四門34屬以及其他藻種(屬)共332種，浮游動物及其它微生物共18種;隨氣溫變暖上升，隨著氣溫的升高，濕地處理系統(tǒng)浮游藻類種群更加豐富，較4月增長了近220%，浮游藻類主要以硅藻門和綠藻門為主，生物膜上藻的種類最豐富，包含了一級處理系統(tǒng)中上、中、下層所出現的藻類。

根據水體中浮游藻類優(yōu)勢種群在濕地空間變化與相應主要污染物的檢測比對，硅藻優(yōu)勢種(菱形藻和舟形藻)及綠藻優(yōu)勢種柵藻的數量可以定性判斷水質受污染的狀況和相對潔凈程度。

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