摘要
河流是城市生态系统的重要组成部分，在城市生态的建设与发展中起到不可或缺的作用，河床作为河流的主要结构之一，其重要性更是不言而喻。健康完整的河床系统是河流功能健全、水质稳定的基础，完善的微生物群落是维持河床生态健康必不可少的前提条件，构建具有多样化微生物群落的河床生态系统在河道生态修复及河流自净能力恢复中具有重要意义。天然砾石粗糙的表面及多孔的结构为微生物的生长繁殖提供了优良的场所，本文系统研究砾石河床微生物生态系统的形成过程及该系统稳定运行时的水质改善作用，主要工作内容及成果如下：(1) 开展了砾石表面微生物总量及水质变化的跟踪试验分析，结果表明：砾石床开始运行后微生物量逐渐增大，第6周起逐渐趋于稳定，约为5.1×107-8.3×108 CFU/g，相应的水质改善效果在第3-5周时达到峰值，随后逐渐下降直至平稳，第6周以后变化不大，此时COD和氨氮的去除率分别约为30%-52%和13%-35%。(2) 开展了砾石种类、水体流速和环境温度（气温）对砾石表面微生物总量及水质改善效果影响的试验分析，结果表明：火山岩砾石表面微生物量最高，对水质的改善效果最好，稳定后COD和氨氮去除率分别约为38%和20%，其次是石灰石、石英石；1m/h、2m/h、3m/h、4m/h、5m/h、6m/h六种流速中，流速为3 m/h时砾石表面生物量最高，对水体COD和氨氮的去除效果最好，稳定后去除率分别约为52%和35%，流速过大或过小均不利于微生物的生长附着及水体水质改善；试验的温度范围11-26℃内，随着温度的升高，砾石表面生物量增大，水体水质改善效果更好，稳定后COD和氨氮去除率分别约为30%-42%、16%-22.5%。(3) 开展了砾石表面微生物群落多样性和微生物群落结构的分析，初步揭示了砾石河床系统改善水体水质的机理。结果表明：砾石种类为火山岩、水体流速为3 m/h、气温为16-19℃时砾石表面微生物丰度最高，约988 OTUs；砾石表面的主要微生物包括Proteobacteria、Bacteroidetes和Firmicutes等，与水体有机物的降解和氨氧化相关的功能性菌科有Sphingomonadaceae、Rhodobacteraceae、Flavobacteriaceae和Rhodocyclaceae等；火山岩床中功能性菌含量较高；流速为3m/h或4m/h时最利于功能菌的生长；温度越高，功能性菌含量越高。(4) 开展了不同水体水质条件下砾石河床稳定运行时的水质改善效果试验，结果表明：C/N为7至10时，COD和氨氮的去除效果随着C/N的增加而提高， COD去除率提高更显著；C/N为10左右时COD去除效果最好，进水COD为42 mg/L，系统稳定时COD去除率约为60%；C/N大于10后，COD去除效果略有降低，氨氮去除效果趋于稳定，进水氨氮为2.03 mg/L时，去除率约为33%。
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