白骨壤人工濕地對(duì)模擬對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水處理效果及細(xì)菌群落組成的影響

張超超，李長(zhǎng)玲，曾奇韜，黃翔鵠，張 寧，符日超

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白骨壤人工濕地對(duì)模擬對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水處理效果及細(xì)菌群落組成的影響

張超超1,2,3，李長(zhǎng)玲1,2,3，曾奇韜1,2,3，黃翔鵠1,2,3，張 寧1,2,3，符日超1

（1.廣東海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院//2. 廣東省藻類養(yǎng)殖及應(yīng)用工程技術(shù)研究中心，廣東 湛江 524088；3.廣東海洋大學(xué)深圳研究院，廣東 深圳 518108）

【】探討白骨壤人工濕地處理模擬對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水的效果。通過(guò)室內(nèi)構(gòu)建白骨壤垂直流人工濕地和無(wú)植被人工濕地系統(tǒng)，研究處理時(shí)間和水力負(fù)荷對(duì)人工濕地處理模擬對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水的影響，并分析人工濕地內(nèi)部生物膜的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。人工濕地啟動(dòng)60 d后的穩(wěn)定運(yùn)行階段，白骨壤人工濕地總氮和氨氮的去除率分別在77.19% ~ 84.66%，91.62% ~ 98.48%，無(wú)植被人工濕地總氮和氨氮去除率分別在41.40% ~ 61.69%，47.08% ~ 79.79%，白骨壤人工濕地對(duì)總氮和氨氮去除率顯著高于無(wú)植被人工濕地（< 0.05）；在總磷、有機(jī)物和總有機(jī)碳去除率方面，兩者無(wú)顯著差異。白骨壤人工濕地處理養(yǎng)殖廢水3 d后總氮、氨氮、總磷、有機(jī)物和總有機(jī)碳去除率分別為84.7%、94.1%、92.0%、64.1%和66.2%，出水濃度均低于海水養(yǎng)殖廢水排放標(biāo)準(zhǔn)（GB3097-1997）。白骨壤人工濕地生物膜中變形桿菌門(mén)（Proteobacteria）、硝化螺旋菌門(mén)（Nitrospinae）豐度顯著高于無(wú)植被人工濕地（< 0.05）；無(wú)植被人工濕地藍(lán)細(xì)菌占細(xì)菌總量的5.36%。水力負(fù)荷對(duì)總氮、氨氮和總磷的去除率影響顯著（0.05）；當(dāng)水力負(fù)荷0.06 m3/（m2·d-1）時(shí)，總氮、氨氮和總磷的去除率均達(dá)到最大值，分別為66.6%、75.0%和41.8%；日去污量均值為51.6、73.5和10.4 mg/d。有機(jī)物和總有機(jī)碳在不同水力負(fù)荷下去除率變化不顯著（> 0.05）。【】白骨壤構(gòu)建海水人工濕地是循環(huán)海水養(yǎng)殖廢水生物處理的一種有效途徑。

對(duì)蝦；養(yǎng)殖廢水；水力負(fù)荷；人工濕地

2017年我國(guó)海水養(yǎng)殖產(chǎn)值已經(jīng)突破3 300億元，養(yǎng)殖覆蓋面積達(dá)208 408 hm2，占水產(chǎn)養(yǎng)殖總面積27.98%，海水養(yǎng)殖產(chǎn)量突破2 000萬(wàn)t[1]。然而，現(xiàn)在主要海水養(yǎng)殖模式中如常見(jiàn)魚(yú)、蝦、貝類養(yǎng)殖對(duì)于廢水的處理往往還不夠重視[2-4]；養(yǎng)殖水體污染養(yǎng)殖戶通常會(huì)采取大量換水來(lái)維持系統(tǒng)的穩(wěn)定[5]。不僅造成水資源浪費(fèi)，容易導(dǎo)致外來(lái)敵害生物或病菌入侵，而且排放的廢水極易引起附近水體的富營(yíng)養(yǎng)化，水域生態(tài)環(huán)境受到破壞[5-7]。事實(shí)上，養(yǎng)殖廢水的碳、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以通過(guò)一些方式變廢為寶加以循環(huán)利用。

利用循環(huán)水養(yǎng)殖海產(chǎn)品已經(jīng)成為海產(chǎn)品養(yǎng)殖戶們認(rèn)可的養(yǎng)殖方式[8-11]，其關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)廢水封閉式循環(huán)處理再利用[4, 12]。循環(huán)海水養(yǎng)殖可以節(jié)約大量養(yǎng)殖用水量[13-14]，避免養(yǎng)殖產(chǎn)品受外界傳染疾病侵入的影響，并降低廢水對(duì)周圍環(huán)境的負(fù)面影響。其中以人工濕地作為廢水處理核心系統(tǒng)單元，由于構(gòu)建成本低、易維護(hù)且對(duì)養(yǎng)殖廢水去除效率高，所以適用范圍較廣[15-19]。在人工濕地種類中，以垂直流人工濕地應(yīng)用最為成功。目前，海水人工濕地的研究大多集中在不同植被種類以及填充基質(zhì)對(duì)海水養(yǎng)殖廢水處理效果上[20-23]。人工濕地基質(zhì)主要包括土壤、砂、礫石等，近年來(lái)包括頁(yè)巖、塑料、陶瓷等具有優(yōu)秀性能的材料[24]。丁怡等[25]報(bào)道不同基質(zhì)人工濕地脫氮中基質(zhì)的理化性質(zhì)、類型及其填充方式都影響人工濕地的脫氮效果。

由于養(yǎng)殖廢水鹽度較高，構(gòu)建海水人工濕地時(shí)，人工濕地中填充基質(zhì)的不同可導(dǎo)致基質(zhì)表面生物膜結(jié)構(gòu)同淡水人工濕地基質(zhì)表面生物膜結(jié)構(gòu)的差異性。目前有關(guān)海水人工濕地系統(tǒng)內(nèi)生物膜的結(jié)構(gòu)特征尚未見(jiàn)報(bào)道，生物膜的結(jié)構(gòu)是人工濕地系統(tǒng)有效處理養(yǎng)殖廢水的重要因素之一。白骨壤是紅樹(shù)林的一種，種子可進(jìn)行有性生殖，根系發(fā)達(dá)，適合生長(zhǎng)在貧瘠的裸露沙灘上，因此被稱為紅樹(shù)林先鋒樹(shù)種；白骨壤具有廣鹽性和廣溫性，其果實(shí)富含淀粉，可作為人類食物或豬飼料，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本實(shí)驗(yàn)采用常見(jiàn)海水灘涂植物——白骨壤（），結(jié)合常用填充基質(zhì)，構(gòu)建室內(nèi)海水人工濕地系統(tǒng)，研究該類型人工濕地在不同水力負(fù)荷和不同處理時(shí)間下對(duì)廢水中氮磷、有機(jī)物和總有機(jī)碳的去除效果，結(jié)合細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析，探討影響人工濕地處理養(yǎng)殖廢水中各污染物的相關(guān)因子，為后續(xù)提高潛流人工濕地處理養(yǎng)殖廢水的效率提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 海水人工濕地的構(gòu)建 人工濕地裝置材料由玻璃、基質(zhì)和植物組成。構(gòu)建的人工濕地大小均為1.0 m×0.6 m×0.7 m 。填充基質(zhì)分為3層，上層為細(xì)沙，中層為粒徑0.4 ~ 0.8 cm 礫石，下層為粒徑0.8 ~ 1.6 cm 石子，白骨壤幼苗規(guī)格均為15 cm左右，采自于廣西省北海市濕地公園和鐵山港區(qū)的交界處，種植密度約為25株/m2（由紅樹(shù)林育苗機(jī)構(gòu)提供種植方法）。構(gòu)造如圖1所示，在構(gòu)建的玻璃缸內(nèi)每種填充基質(zhì)的高度在10 cm左右，實(shí)驗(yàn)組為種植白骨壤的人工濕地，對(duì)照組為無(wú)植被人工濕地，實(shí)驗(yàn)中設(shè)置3個(gè)平行人工濕地實(shí)驗(yàn)裝置。

圖1 人工濕地實(shí)驗(yàn)裝置示意

1.1.2 海水來(lái)源和廢水水樣 人工配制的對(duì)蝦養(yǎng)殖污水作為待處理的廢水[26]，注入構(gòu)建好的人工濕地進(jìn)行處理，廢水常見(jiàn)指標(biāo)見(jiàn)表1，海水鹽度為25 ~ 30，取自廣東省湛江市霞山區(qū)，海水經(jīng)沙濾、沉淀備用。

表1 廢水配制標(biāo)準(zhǔn)

1.2 方法

1.2.1 相同水力負(fù)荷下人工濕地對(duì)養(yǎng)殖廢水不同處理時(shí)間實(shí)驗(yàn)方法 將體長(zhǎng)15 cm左右的白骨壤幼苗種植在人工濕地上進(jìn)行適應(yīng)性生長(zhǎng)，持續(xù)60 d，每7d用海水對(duì)其進(jìn)行澆灌，直至人工濕地基質(zhì)表面形成穩(wěn)定均勻的生物膜，觀察到植物長(zhǎng)勢(shì)良好進(jìn)入廢水處理階段。人工濕地采用在相同水力負(fù)荷0.06 m3/（m2·d-1）下間斷式直接進(jìn)水方式運(yùn)行，配制好的養(yǎng)殖廢水存儲(chǔ)在1 m3的大桶內(nèi)，通過(guò)水泵、水管平均注入各個(gè)人工濕地。每3 d測(cè)定出水總氮、氨氮、總磷、有機(jī)物和總有機(jī)碳，取平均值。

1.2.2 水力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)方法 按照不同水力負(fù)荷0.03 m3/（m2·d-1）、0.06 m3/（m2·d-1）、0.09 m3/（m2·d-1）、0.12 m3/（m2·d-1）、0.15 m3/（m2·d-1））進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。不同水力負(fù)荷下人工濕地處理對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水1 d后測(cè)定出水總氮、氨氮、總磷、有機(jī)物和總有機(jī)碳，取平均值。

表2 水力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)方案

表面水力負(fù)荷[27]指單位面積人工濕地在單位時(shí)間內(nèi)能接納的污水量，按照公式（1）計(jì)算：

=·qhs， （1）

其中：qhs為表面水力負(fù)荷，單位為m3·m-2·d-1；為人工濕地設(shè)計(jì)水量，單位為m3/d；為人工濕地面積，單位m2，采樣口分中下2個(gè)點(diǎn)。

表3 不同水力負(fù)荷下廢水在人工濕地浸透率

養(yǎng)殖廢水在構(gòu)建的人工濕地內(nèi)的浸透率按照公式的計(jì)算：

浸透率=廢水在系統(tǒng)內(nèi)高度/基質(zhì)層高度，（2）

其中，廢水在系統(tǒng)內(nèi)高度，單位為cm；由于每層填充基質(zhì)高度為10 cm，三層填充基質(zhì)高度30 cm。

1.2.3 水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定方法 實(shí)驗(yàn)中的水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定均按照海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范（GB 17378.4-1998）和海洋調(diào)查規(guī)范（GB 12763.4-2007）方法進(jìn)行。濕地單日去污量[28]：

=e×進(jìn)××， （3）

其中，表示每日去污量，e代表去除率，進(jìn)代表進(jìn)水中污染物濃度，表示水力負(fù)荷，表示濕地面積。

1.2.4 微生物豐度測(cè)定方法 5點(diǎn)采樣法：從構(gòu)建的人工濕地系統(tǒng)內(nèi)2條對(duì)角線上分別做3個(gè)等分點(diǎn)，按照等分點(diǎn)進(jìn)行采樣，中心交叉等分點(diǎn)只采樣1次，深度據(jù)表面10 ~ 20 cm。所采樣本經(jīng)離心抽濾后在-80 ℃冷凍保存，由上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司經(jīng)高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)本實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的人工濕地中的細(xì)菌群落組成進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)中分析人工濕地中細(xì)菌多樣性。

1.3 數(shù)據(jù)分析處理

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 23.0軟件，采用配對(duì)樣本檢驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的顯著性差異。

2 結(jié)果分析

2.1 水力負(fù)荷0.06 m3/(m2·d-1)人工濕地處理效果

2.1.1 氮、磷去除量 人工濕地處理對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水總氮去除率如圖2所示，白骨壤人工濕地對(duì)廢水中總氮去除率的影響顯著（< 0.05）。對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水總氮初始值為26.7 mg/L，經(jīng)白骨壤人工濕地處理3 d時(shí)，其去除率為（84.66 ± 4.80）%，去除量為（22.60 ± 1.28） mg/L，3 d后其去除率相對(duì)穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)期間白骨壤人工濕地對(duì)總氮去除率在77.19% ~ 84.66%。無(wú)植被人工濕地對(duì)廢水的處理3 d時(shí)去除率為（43.48 ± 3.56）%，去除量為（11.61 ± 0.95） mg/L，隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)，去除率持續(xù)增加，到15 d水體中總氮去除率為（61.69 ± 5.93）%，以后去除率相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)期間無(wú)植被人工濕地總氮去除率在41.40 %~ 61.69%。

人工濕地處理對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水氨氮去除率如圖3所示，白骨壤人工濕地對(duì)廢水中氨氮去除率的影響顯著（< 0.05）。對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水氨氮初始值為25.8 mg/L，白骨壤人工濕地處理廢水3 d時(shí)，其去除率為（94.06 ± 2.45）%，去除量為（24.27 ± 0.63） mg/L，3 d后其去除率相對(duì)穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)期間白骨壤人工濕地對(duì)氨氮去除率在91.62% ~ 98.48%。無(wú)植被人工濕地對(duì)廢水的處理3 d時(shí)去除率為（47.08 ± 10.33）%，去除量為（12.15 ± 2.67） mg/L，隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)，去除率持續(xù)增加，到12 d水體中氨氮去除率為（79.12 ± 0.50）%，以后去除率相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)期間無(wú)植被人工濕地氨氮去除率在47.08% ~ 79.79%。

白骨壤人工濕地脫氮效率顯著高于無(wú)植被人工濕地（< 0.05）。

圖2 人工濕地對(duì)總氮去除率

圖3 人工濕地對(duì)氨氮去除率

人工濕地處理對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水總磷去除率如圖4所示，白骨壤人工濕地對(duì)廢水中總磷去除率的影響不顯著（> 0.05）。白骨壤人工濕地處理廢水3 d時(shí)，其去除率（92.03 ± 0.89）%，去除量為（3.82 ± 0.04）mg/L，3 d后其去除率相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)期間白骨壤人工濕地對(duì)總磷去除率在87.48% ~ 92.03%。無(wú)植被人工濕地對(duì)廢水的處理3 d時(shí)去除率為（76.44 ± 4.66）%，去除量為（3.17 ± 0.19）mg/L，3 d后其去除率相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)期間無(wú)植被人工濕地總磷去除率在76.44 %~ 82.01%。

圖4 人工濕地對(duì)總磷的去除率

2.1.2 有機(jī)物和總有機(jī)碳去除量 人工濕地處理對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水有機(jī)物去除率如圖5所示，白骨壤人工濕地對(duì)廢水中有機(jī)物去除率的影響不顯著（> 0.05）。白骨壤人工濕地處理廢水9 d時(shí)，其去除率為（87.79 ± 7.66）%，去除量為（62.92 ± 5.49）mg/L，9 d后其去除率相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)期間白骨壤人工濕地對(duì)有機(jī)物去除率在64.14% ~ 87.79%。無(wú)植被人工濕地對(duì)廢水的處理12 d時(shí)去除率為（83.99 ± 0.86）%，去除量為（60.20 ± 0.61）mg/L，12 d后其去除率相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)期間無(wú)植被人工濕地有機(jī)物去除率在55.54% ~ 83.99%。

圖5 人工濕地對(duì)化學(xué)需氧量的去除率

人工濕地處理對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水總有機(jī)碳去除率如圖6所示，白骨壤人工濕地對(duì)廢水中總有機(jī)碳去除率的影響不顯著（> 0.05）。白骨壤人工濕地處理廢水3 d時(shí)，其去除率為（66.17 ± 1.35）%，去除量為（24.21 ± 0.49） mg/L，9 d后其去除率相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)期間白骨壤人工濕地對(duì)總有機(jī)碳去除率在48.99% ~ 66.17%。無(wú)植被人工濕地對(duì)廢水的處理9 d時(shí)去除率為（55.81 ± 3.67）%，去除量為（20.42 ± 1.34）mg/L，9 d后其去除率相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)期間無(wú)植被人工濕地總有機(jī)碳去除率在49.28% ~ 55.81%。

圖6 人工濕地對(duì)總有機(jī)碳的去除率

2.2 人工濕地細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)

白骨壤人工濕地細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)如圖7所示。從門(mén)水平分析，白骨壤人工濕地基質(zhì)生物膜上主要有11種細(xì)菌種類。主要是變形桿菌門(mén)（Proteobacteria）61.52%、擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）9.23%、厚壁菌門(mén)（Firmicutes）4.69%、浮霉菌門(mén)（Planctomycetes）4.00%、綠彎菌門(mén)（Chloroflexi）3.47%、硝化螺旋菌門(mén)（Nitrospirae）2.93%、放線菌門(mén)（Actinobacteria）2.89%、芽單胞菌門(mén)（Gemmatimonadetes）2.33%、迷蹤菌門(mén)(Elusimicrobia)1.75%、嗜酸細(xì)菌（Acidobacteria）1.40%、TM6細(xì)菌（TM6_Dependentiae）1.03%，優(yōu)勢(shì)菌群主要有變形桿菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、厚壁菌門(mén)和浮霉菌門(mén)。

無(wú)植被人工濕地內(nèi)部主要有10種細(xì)菌種類。主要是變形桿菌門(mén)53.20%、擬桿菌門(mén)14.29%、浮霉菌門(mén)7.23%、未分類的細(xì)菌為5.97%、藍(lán)藻菌門(mén)（Cyanobacteria）5.36%、放線菌門(mén)2.37%、嗜酸細(xì)菌1.78%、TM6細(xì)菌1.42%、迷蹤菌門(mén)1.29%、芽單胞菌門(mén)1.21%，優(yōu)勢(shì)菌群主要有變形桿菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、浮霉菌門(mén)、藍(lán)細(xì)菌。

同無(wú)植被人工濕地細(xì)菌群落組成相比，白骨壤人工濕地比無(wú)植被人工濕地多出1類細(xì)菌，并且變形桿菌門(mén)、厚壁菌門(mén)、綠彎菌門(mén)、硝化螺旋菌門(mén)、放線菌門(mén)等優(yōu)勢(shì)門(mén)類所占總豐富都有所提高，這反映了種植植被的人工濕地可以增加系統(tǒng)內(nèi)部微生物多樣性及其數(shù)量。

圖7 實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建人工濕地細(xì)菌比率

2.3 水力負(fù)荷對(duì)對(duì)蝦廢水的去除效果的影響

水力負(fù)荷對(duì)總氮、氨氮、總磷、有機(jī)物和總有機(jī)碳去除率見(jiàn)表4。水力負(fù)荷對(duì)白骨壤人工濕地去除總氮、氨氮和總磷的影響顯著（< 0.05）。白骨壤人工濕地對(duì)總氮、氨氮和總磷的去除率均隨著水力負(fù)荷的增加呈現(xiàn)先增加后逐漸下降的特點(diǎn)，當(dāng)水力負(fù)荷增加至0.06 m3/（m2·d-1）時(shí)，總氮、氨氮和總磷去除率最高，分別為66.63%、75.0%和41.80%，水力負(fù)荷超過(guò)0.06 m3/（m2·d-1），總氮、氨氮和總磷的去除率均出現(xiàn)顯著下降，不同采樣口間差異不顯著。

有機(jī)物和總有機(jī)碳的去除率受水力負(fù)荷影響不顯著（> 0.05）。白骨壤人工濕地對(duì)有機(jī)物有很好的去除效果，并且受水力負(fù)荷的影響很小，當(dāng)水力負(fù)荷增加至0.15 m3/（m2·d-1）時(shí)，系統(tǒng)仍取得了85.83%的去除率。白骨壤人工濕地系統(tǒng)對(duì)總有機(jī)碳去除效率一般，總體上總有機(jī)碳去除率隨著水力負(fù)荷的增加而逐漸下降。

不同水力負(fù)荷對(duì)總氮、氨氮、總磷、有機(jī)物和總有機(jī)碳去污量見(jiàn)表5。不同水力負(fù)荷對(duì)白骨壤人工濕地去除總氮、氨氮和總磷的影響顯著（< 0.05）。白骨壤人工濕地對(duì)總氮、氨氮、和總磷去污量均隨著水力負(fù)荷的增加呈現(xiàn)先增加后逐漸趨于平穩(wěn)的特點(diǎn)，當(dāng)水力負(fù)荷增加至0.06 m3/（m2·d-1）時(shí)，總氮、氨氮、和總磷去污量分別為51.6、73.5、10.4 mg/d，水力負(fù)荷超過(guò)0.06 m3/(m2·d-1)，不同采樣口間差異不顯著。

有機(jī)物和總有機(jī)碳的去污量受水力負(fù)荷影響顯著（< 0.05）。白骨壤人工濕地對(duì)有機(jī)物和總有機(jī)碳去污量均隨著水力負(fù)荷的增加呈現(xiàn)增加特點(diǎn)，當(dāng)水力負(fù)荷增加至0.15 m3/（m2·d-1）時(shí)，有機(jī)物和總有機(jī)碳去除量達(dá)到最大，分別為421.5 mg/d和154.7 mg/d，不同采樣口間差異不顯著。

表4 不同水力負(fù)荷下白骨壤人工濕地對(duì)各指標(biāo)去除率

注：相同指標(biāo)內(nèi)，相同字母差異不顯著，不同字母差異顯著

表 5 不同水力負(fù)荷下白骨壤人工濕地對(duì)各指標(biāo)去除量

注：相同指標(biāo)內(nèi)，相同字母差異不顯著，不同字母差異顯著

3 討論

3.1 氮磷的去除效果

人工濕地基本組成結(jié)構(gòu)包括植物、基質(zhì)和細(xì)菌群落，通過(guò)化學(xué)、物理和生化作用共同作用達(dá)到污水凈化。水生植物可以直接吸收利用廢水中的氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)合成蛋白質(zhì)與有機(jī)氮進(jìn)而轉(zhuǎn)化成生物量，收割植物來(lái)達(dá)到去除廢水中氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的目的。延長(zhǎng)廢水和植被的接觸時(shí)間可以增加植被凈化效率。植被可以將空氣中的氧轉(zhuǎn)運(yùn)至根部，在根部擴(kuò)散，使得根部區(qū)域出現(xiàn)了好氧區(qū)、兼氧區(qū)和厭氧區(qū)，可以為不同細(xì)菌的定植和代謝提供良好的生存環(huán)境，也為人工濕地污水處理提供足夠的分解者[29]。硝化過(guò)程是好氧細(xì)菌參與，反硝化過(guò)程是厭氧細(xì)菌參與，由于根部好氧區(qū)和厭氧區(qū)的存在，根部脫氮效率要遠(yuǎn)高于人工濕地其他組成部分。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，白骨壤人工濕地對(duì)總氮去除率在77.19% ~ 84.66%，對(duì)氨氮去除率在91.62% ~ 98.48%，脫氮效率顯著高于無(wú)植被人工濕地（< 0.05）。在總磷去除方面，人工濕地處理對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水中脫磷的方法主要依靠和鈣、鐵等金屬離子形成沉淀而去除，導(dǎo)致白骨壤人工濕地相比無(wú)植被人工濕地對(duì)總磷的去除量差異不顯著（> 0.05）。在總有機(jī)碳去除方面，白骨壤人工濕地相比無(wú)植被人工濕地對(duì)總有機(jī)碳的去除量差異不顯著（> 0.05）。總有機(jī)碳去除率在第6 天突然下降，由于廢水中增加有機(jī)碳可增強(qiáng)人工濕地細(xì)菌的活性，植物根部分為好氧區(qū)和厭氧區(qū)，當(dāng)根部細(xì)菌繁殖到一定數(shù)量后，根部供氧不足會(huì)導(dǎo)致好氧細(xì)菌死亡，導(dǎo)致總有機(jī)碳去除率的突然下降，后期細(xì)菌的繁殖和植物根部供氧形成穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡，在第9天后有機(jī)碳去除率基本處于穩(wěn)定階段。

濕地植物的根系或根孔是濕地生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)傳輸不為人見(jiàn)的“高速公路”，進(jìn)入系統(tǒng)的水分會(huì)高效率通過(guò)根系或根孔影響人工濕地系統(tǒng)其他部分[30]。不僅如此，濕地植物還具有抑藻效應(yīng)[31]，對(duì)白骨壤人工濕地和無(wú)植被人工濕地微生物組成分析可知，紅樹(shù)林白骨壤可有效抑制藍(lán)細(xì)菌繁殖。本實(shí)驗(yàn)利用鹽生紅樹(shù)林白骨壤構(gòu)建人工濕地系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水鹽度為25的對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理，取得相較于無(wú)植被人工濕地更好的處理效果，白骨壤是構(gòu)建海水養(yǎng)殖廢水人工濕地處理系統(tǒng)的理想選擇。

3.2 人工濕地基質(zhì)生物膜的特征

養(yǎng)殖廢水中氮去除主要是依靠人工濕地的基質(zhì)-微生物-植物三者之間的物理、化學(xué)和生物的協(xié)同作用，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的凈化[32]，其中微生物起到相對(duì)主導(dǎo)作用[33]，植物通過(guò)光合作用為根部微生物活動(dòng)提供必要的氧氣[34]。馬曉娜[35]研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)菌門(mén)主要是變形菌門(mén)、厚壁菌門(mén)、藍(lán)藻菌門(mén)和擬桿菌門(mén)等；房昀昊等[36]研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)菌群主要是變形桿菌。變形桿菌主要功能有2方面：一方面部分變形桿菌屬細(xì)菌可以歸屬于氨化細(xì)菌，參加有機(jī)物脫氨的過(guò)程，對(duì)氮的去除起到相對(duì)主導(dǎo)作用；另一方面變形桿菌屬細(xì)菌具有脲酶，能分解尿素和葡萄糖等有機(jī)物。本研究人工濕地內(nèi)部?jī)?yōu)勢(shì)菌群主要是變形桿菌門(mén)類細(xì)菌，本研究結(jié)果顯示，有植被的人工濕地比無(wú)植被的人工濕地對(duì)總氮和氨氮去除率高，原因是在人工濕地系統(tǒng)依靠植被和細(xì)菌的共同作用去除廢水中的氮，白骨壤人工濕地基質(zhì)生物膜優(yōu)勢(shì)菌群主要是變形桿菌門(mén)，占總量61.52%；硝化螺旋菌門(mén)細(xì)菌對(duì)氮的去除也起到重要作用，占總量2.93%，顯著高于無(wú)植被人工濕地（< 0.05）。因而白骨壤人工濕地對(duì)總氮、氨氮的去除效果更好。變形桿菌門(mén)[37]細(xì)菌是人工濕地脫氮的主要貢獻(xiàn)者，該類型人工濕地對(duì)總氮和氨氮去除量較高的主要原因是變形桿菌門(mén)細(xì)菌的作用。

3.3 水力負(fù)荷對(duì)白骨壤人工濕地運(yùn)行效果的影響

本實(shí)驗(yàn)水力負(fù)荷為0.06 m3/（m2·d-1）時(shí)，模擬對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水在人工濕地系統(tǒng)中浸透率為83.3%，該條件下廢水能夠同時(shí)分布于各層基質(zhì)，系統(tǒng)內(nèi)細(xì)菌和植物共同發(fā)揮其生態(tài)作用，因而水體中總氮和氨氮去除率最高；水力負(fù)荷為0.03 m3/(m2·d-1)時(shí)，模擬對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水浸透率為40.0%，水位基本處于人工濕地系統(tǒng)的底部，上層細(xì)沙和中層大部分礫石未能與模擬對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水直接接觸，廢水中主要污染物去除效果不佳，其原因可能是由于在底層的細(xì)菌群落中相關(guān)脫氮細(xì)菌的種類和數(shù)量較少所導(dǎo)致。在水力負(fù)荷大于0.06 m3/（m2·d-1）時(shí)，超過(guò)系統(tǒng)處理廢水的最大功效，反而降低了總氮和氨氮的去除率。

不同水力負(fù)荷下，有機(jī)物和總有機(jī)碳的去除率差異不顯著（> 0.05）的原因是由于人工濕地系統(tǒng)內(nèi)分解有機(jī)物菌群占比很高，在設(shè)置最高水力負(fù)荷和不同處理時(shí)間條件下能充分發(fā)揮其作用，分解有機(jī)物從而降低養(yǎng)殖廢水中有機(jī)物和總有機(jī)碳濃度。在變形桿菌門(mén)細(xì)菌參加有機(jī)物脫氨和有機(jī)物分解過(guò)程中，擬桿菌門(mén)與浮霉菌門(mén)細(xì)菌[37]發(fā)揮著輔助作用。

4 結(jié)論

該類型人工濕地處理模擬對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水18 d后出水水質(zhì)各指標(biāo)符合海水養(yǎng)殖廢水排放標(biāo)準(zhǔn)（GB3097-1997），室內(nèi)構(gòu)建人工濕地的最佳水力負(fù)荷為0.06 m3/(m2·d-1)。

構(gòu)建的白骨壤人工濕地優(yōu)勢(shì)菌種是變形桿菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、厚壁菌門(mén)和浮霉菌門(mén)。

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Effect of Different Hydraulic Loads in Mangrove () Constructed Wetland on Culture Wastewater

ZHANG Chao-chao1,2,3, LI Chang-ling1,2,3, ZENG Qi-tao1,2,3, HUANG Xiang-hu1,2,3, ZHANG Ning1,2,3, FU Ri-chao1

（1.//2.,524088;3.,518108）

【】The effects of Mangrove () in constructed wetland treatment on shrimp culture wastewater were investigated.【】The effects of treatment time and hydraulic load on the treatment of shrimp culture wastewater in constructed wetland were studied, and the bacterial community structure of biofilm in constructed wetland was analyzed. (Mangrove constructed wetland group, MCW；constructed wetland without Mangrove group, CW).【】The removal rates of total nitrogen（TN）and ammonia nitrogen（TAN） were 77.19% - 84.66%, and 91.62% -98.48% in MCW group after 60 days, which were significantly higher than those in the CW group (< 0.05). There was no significant difference in total phosphorus（TP）, organic matter and total organic carbon（TOC） removal between group MCW and group CW (< 0.05). The removal rates of TN, TAN, TP, organic matter and TOC were 84.7%, 94.1%, 92.0%, 64.1% and 66.2% respectively after 3 days of treatment of shrimp culture wastewater by group MCW. The effluent concentration was lower than the discharge standard of(GB3097-1997). The abundance ofandin the biofilm of group MCW was significantly higher than that of the group CW (< 0.05), andaccounted for 5.36% of the total bacteria in the group CW. The removal rates of TN, TAN and TP were significantly affected by hydraulic load (< 0.05). When hydraulic load was 0.06 m3/(m2.d-1), the removal rates of TN, TAN and TP reached the maximum values, which were 66.6% , 75.0% and 41.8% respectively. The average daily decontamination amount was 51.6 mg/d, 73.5 mg/d and 10.4 mg/d respectively. The removal rates of organic matter and TOC did not change significantly under different hydraulic loads (> 0.05).【】The construction of seawater constructed wetland withis an effective way to treat wastewater from recirculating mariculture.

prawn; aquaculture wastewater; hydraulic load; constructed wetland

X703

A

1673-9159（2019）03-0070-09

10.3969/j.issn.1673-9159.2019.03.010

2019-01-02

廣東省海洋漁業(yè)科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)（A201508B08）

張超超（1993－），男，碩士研究生，研究方向?yàn)樗a(chǎn)養(yǎng)殖。E-mail：284440876@qq.com

李長(zhǎng)玲（1964－），女，教授，水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動(dòng)物繁殖生物學(xué)。E-mail：1094528615@qq.com

張超超，李長(zhǎng)玲，曾奇韜，等. 白骨壤人工濕地對(duì)模擬對(duì)蝦養(yǎng)殖廢水處理效果及細(xì)菌群落組成的影響[J]. 廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，39（3）：70-78.

（責(zé)任編輯：劉嶺）