甘春娟　鄭爽　陳垚　任萍萍

摘要：雨水生物滯留系統(tǒng)（bioretention system，BRS）因其具有徑流削峰與污染控制雙重功能已成為海綿城市建設(shè)的優(yōu)選措施，但要阻隔雨水徑流中氮素進(jìn)入水體而誘發(fā)富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生，必須實(shí)現(xiàn)該雨水處理設(shè)施對(duì)氮的持續(xù)穩(wěn)定去除。BRS對(duì)氮素的去除可通過植物吸收和微生物固持的臨時(shí)途徑，也可通過微生物作用轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮的永久途徑實(shí)現(xiàn)。去除途徑取決于植物、土壤和微生物等多介質(zhì)對(duì)進(jìn)水氮素的作用強(qiáng)度，但目前對(duì)BRS在除氮本質(zhì)過程上尚不清晰。以風(fēng)車草為功能植物，考察氮素在植物、土壤和水中的遷移量，確定功能植物的貢獻(xiàn)大小，并基于物料守恒原理探明進(jìn)水氮素在多介質(zhì)中的歸趨比例和遷移特性。結(jié)果表明，植物對(duì)BRS除氮的貢獻(xiàn)較為顯著，進(jìn)水氮素首先在種植土壤層（0～20 cm）發(fā)生累積效應(yīng)，其中，NH+4-N主要通過植物吸收作用去除，并最終輸送至植物莖部進(jìn)行累積，而累積在土壤中的氮素在水流運(yùn)移作用下遷移并在不同氧環(huán)境下發(fā)生硝化、反硝化作用而表現(xiàn)出NO-3-N的先升后降趨勢(shì)。進(jìn)水氮素的歸趨主要以氣態(tài)氮的排放為主，植物吸收和土壤吸附固持為輔。

關(guān)鍵詞：生物滯留系統(tǒng);氮素;土壤;植物;歸趨;遷移

中圖分類號(hào)：X703/TU992文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2019）10-0071-07

Fates and Migration Characteristics of Nitrogen in

Multimedia of Stromwater Bioretention System

Gan Chunjuan1， Zheng Shuang2， Chen Yao2，3， Ren Pingping2

（1. Chongqing Municipal Research Institute of Design， Chongqing 400012， China;

2. School of River and Ocean Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074， China;

3. Engineering Laboratory of Environmental Hydraulic Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074， China）

Abstract Bioretention system （BRS）， with its dual functions of runoff peaking and pollution control， has become the preferred measure for runoff pollution control in sponge city construction. But in order to prevent the occurrence of eutrophication caused by nitrogen entering water from rainwater runoff， the continuous and stable removal of nitrogen from the rainwater treatment facility must be realized. The removal of nitrogen by BRS can be achieved through temporary and permanent approaches such as plant absorption， microbial temporary holding， and transformation of microbial action into gaseous nitrogen. This process depends on the effect of multiple media such as plants， soil and microorganisms on nitrogen intake， but the essential process of BRS in different plants is still unclear at present. The nitrogen migration in plants， soil and water were investigated in BRS with Cyperus alternifolius L. as the dominant plant species， and then the contribution of functional plants was determined. Finally， the regression proportion and migration characteristics of influent nitrogen in multi-media were explored based on the principle of material conservation. The results showed that the contribution of plants to removal of nitrogen was relatively significant. The regression of influent nitrogen showed cumulative effects firstly in the planting soil layer （0～20 cm）， in which， NH+4-N was removed mainly through plant uptake and ultimately accumulated in the plant stem;but the rest nitrogen accumulated in soil was transported under the action of flow migration and nitrified and denitrified under different oxygen environments， showing the first rise and then fall of NO-3-N. It could be concluded that the regression of influent nitrogen in BRS was mainly based on the emission pathway of gaseous nitrogen， while the immobilization by plants and adsorption fixation by soil were assistant pathways for nitrogen removal.

Keywords Bioretention system; Nitrogen; Soil; Plant; Fates; Migration

雨水生物滯留系統(tǒng)（bioretention system，BRS），亦稱雨水生物濾池或雨水花園，通常由植被層、細(xì)砂層和礫石層組成，并通過模擬自然水文循環(huán)對(duì)雨水徑流進(jìn)行截留、蒸發(fā)、滲濾和凈化，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水徑流的水文削峰和污染控制[1，2]，是一種有效的雨水控制措施[3]，已成為我國(guó)海綿城市建設(shè)的優(yōu)選措施。目前，BRS的控污性能通常以污染物去除率進(jìn)行表征，鮮有針對(duì)其污染物永久去除的相關(guān)研究[4]。若污染物只臨時(shí)滯留于系統(tǒng)內(nèi)而在某時(shí)刻發(fā)生釋放時(shí)，此時(shí)BRS對(duì)污染物的控制也只是對(duì)污染物的衰減，并不是實(shí)際意義上的去除。可見，污染物在臨時(shí)與永久去除途徑中的歸趨決定著BRS的長(zhǎng)期控污性能。NO-3-N可通過生物同化作用進(jìn)行臨時(shí)固持，也可通過反硝化作用以氣態(tài)形式永久去除[1]，是一種具有高溶解性和生物有效性的污染物，也是水體富營(yíng)養(yǎng)化的控制因子。雖然氮的轉(zhuǎn)化與循環(huán)過程普遍存在于自然界和工程環(huán)境中，但在具有干濕交替的BRS中尚未對(duì)這一過程進(jìn)行準(zhǔn)確定量。顯然，BRS除氮長(zhǎng)期性能有待于進(jìn)一步深入研究，以提高今后對(duì)BRS設(shè)計(jì)優(yōu)化的能力。

結(jié)合陸地、消落帶和水環(huán)境中氮素過程的研究結(jié)論，認(rèn)為城市雨水徑流攜帶的氮素進(jìn)入BRS后，可發(fā)生生物同化、微生物轉(zhuǎn)化過程（硝化、反硝化、硝態(tài)氮異化還原為氨態(tài)氮）、非生物過程（吸附和解吸）或從系統(tǒng)中淋失等一系列歸趨[5，6]。氮素在不同去除途徑中的歸趨比例與植物、土壤、水和微生物等多介質(zhì)相關(guān)，如土壤水分通過系統(tǒng)連通、基質(zhì)運(yùn)移、生物功能和改變化學(xué)條件等多途徑調(diào)控氮素遷移轉(zhuǎn)化過程[7]。在傳統(tǒng)消落帶生態(tài)系統(tǒng)氮素歸趨研究中，植物固持和微生物硝化與反硝化作用兩種去除途徑為其主要?dú)w趨路徑，特別是反硝化作用對(duì)NO-3-N去除的相對(duì)貢獻(xiàn)率可達(dá)30%～100%[8，9]。而Payne等利用同位素示蹤技術(shù)證實(shí)雨水生物滯留系統(tǒng)中反硝化作用的貢獻(xiàn)率最高不超過10%，而植物固持的貢獻(xiàn)率高達(dá)90%以上[4]?？梢?，進(jìn)水氮素在BRS中的歸趨路徑顯然與傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)顯著不同，不同去除途徑的相對(duì)貢獻(xiàn)率仍有很大的不確定性。同時(shí)，作為一個(gè)多介質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)，氮素去除途徑取決于植物、土壤和微生物等多介質(zhì)對(duì)進(jìn)水氮素的作用強(qiáng)度[2]。相關(guān)研究證實(shí)，植物根系構(gòu)型特征在干濕交替下將發(fā)生演替，并通過根系誘導(dǎo)作用改變土壤中的氧動(dòng)力學(xué)并使其與非根際土壤在空間上產(chǎn)生異質(zhì)性，影響根際功能微生物的空間分布特性[10，11]。因此，不同根系構(gòu)型的植物可調(diào)控土壤、植物和微生物對(duì)除氮過程的相對(duì)貢獻(xiàn)率而影響氮素的最終歸趨路徑，但目前對(duì)于植物在BRS除氮本質(zhì)過程上的貢獻(xiàn)程度尚不清晰。

為此，本研究按照“等效模擬”原則，以山地城市道路雨水徑流為研究對(duì)象，考察風(fēng)車草植物系統(tǒng)的除氮效能以及氮素在植物、土壤和水中的遷移量，明確功能植物對(duì)氮素去除的貢獻(xiàn)情況，并基于物料守恒原理探明進(jìn)水氮素在多介質(zhì)中的歸趨比例和遷移特性。研究結(jié)果將有助于闡釋進(jìn)水氮素在BRS多介質(zhì)中的累積、遷移與轉(zhuǎn)化過程，改善BRS的優(yōu)化設(shè)計(jì)能力及其使用壽命。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

采用內(nèi)徑為150 mm的PVC管（濾料層）+亞克力管（積水層）制成濾柱形式，自上而下分別為200 mm積水層，300 mm種植層，200 mm過渡層和100 mm排水層，如圖1所示。

種植層的填料由砂壤土（粒徑0.02～0.20 mm）、石英砂（粒徑0.15～0.25 mm）和河沙（粒徑0.05～0.15 mm）按1∶2∶2（W/W）混合而成。此外，在淹沒區(qū)（儲(chǔ)水層）過渡層的石英砂填料中添加5%重量的木屑作為外加碳源，為反硝化過程提供條件。排水層由3～6 mm的礫石組成。所有填料注入濾柱后，采用人工擠壓方式進(jìn)行壓實(shí)。濾柱中不同位置的土壤基礎(chǔ)理化性狀如表1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

采用“等效模擬”（即根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)典型年徑流量和徑流產(chǎn)生天數(shù)的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均分布以形成可控的干濕交替期和恒定的徑流量）原則，濾柱每周處理3場(chǎng)降雨（每周一、三、五進(jìn)水），每場(chǎng)次處理徑流量為3.8 L，對(duì)應(yīng)降雨量為20.9 mm。2017年10—12月期間，濾柱共處理37場(chǎng)降雨徑流。

為消除高變異降雨徑流水質(zhì)的影響，試驗(yàn)根據(jù)重慶市市政道路雨水水質(zhì)監(jiān)測(cè)的相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果人工配制模擬徑流雨水。在自來水中添加相應(yīng)數(shù)量的湖泊底泥與化學(xué)試劑以配制目標(biāo)污染物濃度的模擬徑流雨水，雨水水質(zhì)見表2。

根據(jù)前期研究結(jié)果，選用風(fēng)車草植物構(gòu)建植被型BRS。各BRS種植一株風(fēng)車草，設(shè)3個(gè)平行樣，并設(shè)3個(gè)無植物的BRS作為參照，如表3所示。

1.3 采樣與分析方法

試驗(yàn)中采用變水頭法測(cè)定各BRS裝置的水力滲透系數(shù)[12]。采用儲(chǔ)水桶收集出水，在出水結(jié)束后記錄出水收集量。取適量水樣根據(jù)國(guó)標(biāo)法測(cè)試分析出水的NH⁺_4?-N、NO^-_3?-N、TSS、TN和COD等常規(guī)指標(biāo)，并按下列公式計(jì)算各污染物指標(biāo)的去除率。

R（%）=（1-CoutJoutCinJin）×100

式中，R為去除率;C_out為累計(jì)出水平均濃度，mg/L;J_out為儲(chǔ)水桶收集到的累計(jì)出水量，L;C_in為進(jìn)水濃度，mg/L;J_in為進(jìn)水量，L。若BRS因填料堵塞而導(dǎo)致徑流雨水無法全部下滲時(shí)，凈進(jìn)水量為總進(jìn)水量扣除積水層的蓄水量。

采用土壤采樣器分層采集試驗(yàn)前后、場(chǎng)次降雨徑流前后種植層和淹沒層的土壤樣，自然風(fēng)干后測(cè)定土壤含氮量。為避免土壤采集后形成柱孔對(duì)BRS后續(xù)運(yùn)行產(chǎn)生影響，采集完畢后填充相應(yīng)的土壤/過濾基質(zhì)。排水落干期間（無積水），利用25 mL的針頭塑料注射器通過BRS裝置采樣點(diǎn)的橡膠堵頭采集不同土壤深度的孔隙水樣，可認(rèn)為采集過程中并不會(huì)攝入O₂而影響土壤氧環(huán)境[4]，分別監(jiān)測(cè)水樣中的NH⁺₄-N、NO^-_3?-N和TN濃度。由于硝態(tài)氮污染物進(jìn)入土壤基質(zhì)后，在硝化和反硝化細(xì)菌作用下，NH⁺₄-N和NO^-_3?-N可相互轉(zhuǎn)化，其中間產(chǎn)物NO^-_2?-N極不穩(wěn)定，且試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)其濃度極低，多次檢測(cè)均未檢出，故本試驗(yàn)不進(jìn)行NO^-_2?-N濃度的測(cè)定與分析。試驗(yàn)前后，分別切開植物種植袋或利用特定工具精準(zhǔn)剖開BRS裝置，采用大量自來水沖洗填料（土壤）層以無損采集出整株植物，并按根、莖、葉進(jìn)行分割和自然風(fēng)干。風(fēng)干后的各植物組織稱重后，取適量植物組織測(cè)定含氮量。土壤和植物中的含氮量采用全氮表示，并采用凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定[13]。

為避免平行樣測(cè)試分析數(shù)據(jù)受極值影響而產(chǎn)生偏差，采用中位數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，若P<0.05，則樣本間存在顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物對(duì)氮素去除的貢獻(xiàn)程度

植物可通過根系直接吸收NH⁺₄-N、NO^-_3?-N，以及氨基酸等一些小分子含氮有機(jī)物[14]，還可通過根系影響根際微生物對(duì)氮的吸收同化作用，難以直接確定其對(duì)氮素去除的貢獻(xiàn)程度。本研究通過Cyp試驗(yàn)組與CK組BRS除氮率的差值間接獲得植物對(duì)BRS除氮的貢獻(xiàn)程度（圖2）。

由圖2可知，風(fēng)車草對(duì)氮素的去除有一定的貢獻(xiàn)，有助于提高BRS的除氮性能，但其對(duì)兩種形態(tài)氮素的貢獻(xiàn)程度存在顯著差異。其中，對(duì)NH⁺_4?-N去除的貢獻(xiàn)程度為12.58%，而對(duì)NO^-_3?-N去除的貢獻(xiàn)程度則為15.69%。造成風(fēng)車草對(duì)BRS除氮貢獻(xiàn)程度存在顯著差異的主要原因是偏好吸收NH⁺_4?-N的植物對(duì)NO^-_3?-N的吸收強(qiáng)度相對(duì)要弱，反之則強(qiáng)[15]。

2.2 氮素在BRS中的遷移特性

2.2.1 植物中氮素的累積 BRS中氮素的去除途徑主要有揮發(fā)、氨化、硝化、反硝化、植物攝取和基質(zhì)吸附[1，2]。研究風(fēng)車草試驗(yàn)前后根、莖、葉中全氮含量的變化可進(jìn)一步獲取氮素在植物中的累積和遷移情況。由圖3可知，風(fēng)車草的根、莖、葉中均存在不同程度的氮累積或遷移現(xiàn)象。試驗(yàn)前后風(fēng)車草根和莖部位均出現(xiàn)了不同程度的氮累積。其中，葉、根部累積量試驗(yàn)前后差異不明顯;莖部為氮素的主要累積部位，風(fēng)車草對(duì)氮素的累積率高達(dá)83.52%。試驗(yàn)結(jié)果表明，根系吸收氮素后主要遷移至莖部進(jìn)行累積。

2.2.2 土壤中氮素的累積 由于試驗(yàn)過程中并未檢測(cè)土壤中硝態(tài)氮、氨態(tài)氮等不同氮素賦存含量，故本研究?jī)H以土壤全氮含量變化情況分析不同時(shí)期氮素在土壤中的遷移，并將BRS處理一場(chǎng)降雨徑流分為降雨前期（干旱）、降雨期（進(jìn)水濕潤(rùn)）、排水期（排水落干）和干旱期（干旱）等4個(gè)時(shí)期，結(jié)果如圖4所示。

不同系統(tǒng)處理一場(chǎng)降雨徑流后，土壤含氮量均發(fā)生不同程度的累積。其中，Cyp試驗(yàn)組和CK土壤含氮量累積率分別為8.50%和41.56%。試驗(yàn)結(jié)果表明，植物對(duì)氮素在土壤層的遷移累積具有顯著影響，可通過改變土壤理化性質(zhì)來影響氮素的遷移累積效應(yīng)。同時(shí)，不同時(shí)刻各試驗(yàn)組土層呈現(xiàn)出不同的氮素遷移規(guī)律，Cyp試驗(yàn)組種植層含氮量均高于淹沒區(qū)，且植物組土壤總含氮量（種植層與淹沒區(qū)土壤含氮量的加權(quán)值）約為無植物組的1.6倍，分別為0.85 g/kg和0.54 g/kg。結(jié)果表明，栽種風(fēng)車草可提高土壤對(duì)氮素的累積效應(yīng)，這可能是由于根系的存在可通過根系衰亡和微生物死亡維持土壤較高的有機(jī)質(zhì)，從而更易形成氮素的“匯”庫[16]。

隨試驗(yàn)進(jìn)程，兩個(gè)試驗(yàn)組出現(xiàn)了顯著不同的遷移累積規(guī)律。其中，Cyp試驗(yàn)組進(jìn)入降雨期后，種植層和淹沒區(qū)的土壤含氮量在進(jìn)水濕潤(rùn)的條件下均呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，表明土壤中氮素會(huì)隨水流過程發(fā)生解吸遷移。而在排水期受排水落干作用形成的動(dòng)力，徑流中的氮素并不能在種植層累積，但開始累積于淹沒區(qū)的土層中，表現(xiàn)為淹沒區(qū)土壤含氮量較降雨期增加一倍，達(dá)到0.42 g/kg。隨著排水落干過程的結(jié)束，BRS的種植層土壤逐漸進(jìn)入干旱狀態(tài)，因含水率下降造成的植物根系衰亡和微生物死亡，且水動(dòng)力運(yùn)移作用逐漸減弱，導(dǎo)致其土壤含氮量不斷升高，直至降雨前期的含量水平。而儲(chǔ)存在淹沒區(qū)水中未被反硝化的NO^-_3?-N在低氧、高Fe含量（進(jìn)水濃度13.0 mg/L）條件下發(fā)生了硝態(tài)氮異化還原過程（DNRA）而轉(zhuǎn)化為NH⁺_4?-N[17]，并被帶負(fù)電荷的土壤膠體所吸附，從而表現(xiàn)為淹沒區(qū)土壤含氮量增加，較降雨前期增加了21.31%，達(dá)到0.74 g/kg。不同時(shí)期CK組土壤總含氮量逐漸增加，但種植層含氮量基本不變，即無植物條件下氮素隨水流運(yùn)移過程而不斷累積于淹沒區(qū)土層中。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在降雨徑流形成的水位波動(dòng)下，NO^-_3?-N和NH⁺_4?-N經(jīng)土壤向下滲流過程中，會(huì)發(fā)生吸附、硝化和反硝化等反應(yīng)以及隨水流發(fā)生溶質(zhì)運(yùn)移。由于土壤膠體一般帶負(fù)電荷，故NO^-_3?-N污染物不易被土壤顆粒吸附，主要以溶質(zhì)形式存在于土壤溶液中，其遷移轉(zhuǎn)化受土壤中含水量、水流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、土壤性質(zhì)以及微生物作用的影響[18]。NH⁺_4?-N極易被土壤介質(zhì)所吸附，但在富氧環(huán)境中，在微生物作用下容易轉(zhuǎn)化為NO^-_3?-N。排水期因排水落干形成的水位下降過程中，土壤孔隙水與空氣接觸面積更大，導(dǎo)致吸附在土壤顆粒上更多的NH⁺_4?-N轉(zhuǎn)換為NO^-_3?-N，并隨水流遷移至淹沒區(qū)中。而儲(chǔ)存在淹沒區(qū)水中未被反硝化的NO^-_3?-N通過DNRA過程轉(zhuǎn)化為NH⁺_4?-N，最終累積于淹沒區(qū)土壤層。

2.2.3 水體氮素遷移轉(zhuǎn)化 雨水徑流在排水期內(nèi)不同空間土壤孔隙水中的NH⁺_4?-N和NO^-_3?-N濃度分布剖面如圖5所示。結(jié)果顯示，Cyp試驗(yàn)組對(duì)NH⁺_4?-N的去除主要發(fā)生0～20 cm處，該空間為植物根系分布區(qū)域，去除率高達(dá)82.79%，而CK組對(duì)NH⁺_4?-N的去除率僅為51.96%。Cyp試驗(yàn)組NO^-_3?-N濃度在0～20 cm處出現(xiàn)上升，隨后沿土壤縱向急劇下降，最終去除率可達(dá)79.86%。而CK組，NO^-_3?-N濃度并未出現(xiàn)上升現(xiàn)象，在0～20 cm處去除率可達(dá)9.36%。Cyp試驗(yàn)組NH⁺_4?-N和NO^-_3?-N最終出水濃度均低于CK組。

BRS對(duì)NH+4-N的去除途徑主要包括生物同化吸收、微生物硝化和土壤膠體的吸附作用。其中，以NH⁺_4?-N、NO^-_3?-N和NO-2-N等形態(tài)存在的無機(jī)氮均為水溶性物質(zhì)，可直接被植物吸收同化而去除。而植物根系的存在可顯著提高土壤微生物量，較無植物條件下微生物對(duì)NH⁺_4?-N的硝化量高。此外，植物根系還可改變土壤理化性質(zhì)，使其呈現(xiàn)空間異質(zhì)性，改善氧氣的傳遞作用，并促使土壤微生物出現(xiàn)異質(zhì)性分布，強(qiáng)化硝化反應(yīng)進(jìn)程[5，7]。上述原因使得Cyp試驗(yàn)組在0～20 cm土層表現(xiàn)出較高的NH⁺_4?-N去除效果。沿土層縱向，NH⁺_4?-N濃度基本保存不變，但在40～60 cm處出現(xiàn)了上升。這主要是由于該區(qū)域發(fā)生了DNRA過程。而無植物的CK組，由于無植物同化作用，土壤空間同質(zhì)性以及受氧氣傳遞的限制，導(dǎo)致硝化過程發(fā)生的空間范圍較大，從而表現(xiàn)為NH⁺_4?-N濃度沿土壤縱向逐漸下降。

Cyp試驗(yàn)組由于硝化反應(yīng)主要發(fā)生0～20 cm土層，且富氧程度明顯高于CK組，導(dǎo)致該空間的NO^-_3?-N濃度較進(jìn)水濃度高。由于氧氣主要傳遞至表層區(qū)域（0～20 cm），以致20～40 cm土層開始形成缺氧環(huán)境，同時(shí)進(jìn)水中的碳源也較充裕，反硝化微生物在該空間進(jìn)行了較強(qiáng)的反硝化作用，導(dǎo)致NO^-_3?-N濃度急劇下降。隨著進(jìn)入淹沒區(qū)形成反硝化區(qū)域，雖然添加了固體碳源，但其碳源釋放速度較慢，同時(shí)NO^-_3?-N的底物濃度較低，導(dǎo)致反硝化速率大幅降低，從而表現(xiàn)為40～60 cm土層NO^-_3?-N的反硝化減緩。

2.3 氮素在多介質(zhì)中的歸趨特性

根據(jù)試驗(yàn)期間BRS中氮素的總輸入量、出水排放總量、土壤氮素累積量和植物氮素累積量，遵循物料守恒原理可間接估算出氣態(tài)氮（N2、N2O）排放量。由此可獲得植物同化貢獻(xiàn)率、土壤介質(zhì)吸附固持（含物理化學(xué)吸附作用、微生物同化固持作用）的貢獻(xiàn)率，以及微生物反硝化脫氮的貢獻(xiàn)率，從而繪制出植物系統(tǒng)和無植物系統(tǒng)中氮素在多介質(zhì)中的歸趨情況（圖6）。

試驗(yàn)結(jié)果表明，通過微生物硝化與反硝化作用以氣態(tài)氮（N2、N2O）的形式排放為BRS去除進(jìn)水氮素的主要?dú)w趨路徑，歸趨比例達(dá)62%以上，而植物吸收固持貢獻(xiàn)比例僅為7.55%，與Payne等[4]研究結(jié)果顯然不同。這可能是由于試驗(yàn)時(shí)間過短（僅進(jìn)行3個(gè)月），同時(shí)處于秋冬季節(jié)，風(fēng)車草生長(zhǎng)緩慢甚至出現(xiàn)衰亡，導(dǎo)致植物對(duì)氮素的吸收固持作用較弱。Cyp和CK試驗(yàn)組中土壤吸附固持對(duì)氮素去除的貢獻(xiàn)最低，貢獻(xiàn)率分別為0.58%和2.89%。兩個(gè)試驗(yàn)組氮素在土壤介質(zhì)中的歸趨比例存在較大差異，可能是由于植物的存在影響了氮素在土壤介質(zhì)中的運(yùn)移路徑與形態(tài)轉(zhuǎn)化過程，從而改變土壤的吸附固持量。試驗(yàn)結(jié)果表明，氮素在微生物、植物、水和土壤介質(zhì)等多介質(zhì)共存的生態(tài)系統(tǒng)中，多介質(zhì)歸趨途徑對(duì)氮素去除的貢獻(xiàn)強(qiáng)度分別為氣態(tài)氮排放>出水排放>植物吸收固持>土壤吸附固持。

3 結(jié)論

① 風(fēng)車草對(duì)氮素的去除有一定的貢獻(xiàn)，可提高BRS的除氮性能，但其對(duì)不同形態(tài)氮素的去除貢獻(xiàn)不同，其中，對(duì)NO^-_3?-N去除的貢獻(xiàn)程度顯著強(qiáng)于對(duì)NH⁺_4?-N的去除貢獻(xiàn)。

② 進(jìn)水氮素首先在種植土壤層（0～20 cm）發(fā)生累積效應(yīng)，其中，NH⁺_4?-N主要通過植物吸收作用去除，并最終輸送至植物莖部進(jìn)行累積，而累積在土壤中的氮素在水流運(yùn)移作用下遷移并在不同氧環(huán)境下發(fā)生硝化、反硝化作用而表現(xiàn)出NO^-_3?-N的先升后降趨勢(shì)。

③ 進(jìn)水氮素在BRS中的歸趨主要以氣態(tài)氮的排放途徑為主，多介質(zhì)歸趨途徑對(duì)氮素去除的貢獻(xiàn)強(qiáng)度分別為氣態(tài)氮排放>出水排放>植物吸收固持>土壤吸附固持。

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收稿日期：2019-07-27

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51709024）;重慶市研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目（CYS18219）;重慶市基礎(chǔ)科學(xué)與前沿技術(shù)研究項(xiàng)目（cstc2017jcyjAX0292）;重慶市留創(chuàng)計(jì)劃資助項(xiàng)目（cx2017065）

作者簡(jiǎn)介：甘春娟（1982—），女，四川鄰水人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事市政給排水設(shè)計(jì)與海綿城市研究。E-mail： 49372870@qq.com

通訊作者：陳垚（1983—），男，浙江永康人，博士，教授，主要從事水污染防治與城市雨洪管理研究。E-mail： chenyao@cqjtu.edu.cn