摘要
近几年，我国淡水水产养殖总量不断上升，在产出大量水产品的同时，许多学者注意到淡水水产养殖带来的环境问题，例如养殖尾水直排、底泥污染严重和营养过剩等。在养殖过程中产生的温室气体氧化亚氮（Nitrous oxide，简称N2O）、二氧化碳（Carbon dioxide，简称CO2）和甲烷（Methane，简称CH4）也逐渐引起人们重视。人工湿地（Constructed Wetland，简称CW）作为一种绿色生态的污水净化技术备受关注。然而，人工湿地较高的温室气体（Greenhouse Gas，简称GHG）排放在很大程度上降低了其综合生态环境效益。因此迫切需要探明人工湿地在处理水产养殖尾水的过程中温室气体排放的机制，研发可同步实现水质高效净化与温室气体减排的技术措施。 植物作为人工湿地的组成部分，对人工湿地温室气体排放的影响较大。目前相关研究主要集中于草本植物及其组合对人工湿地温室气体排放的影响方面，有关木本植物及草本-木本植物组合对人工湿地温室气体排放的影响研究较少，其微生物学的驱动机制尚不明晰。本研究考察了3种草本和3种木本植物及其组合（9种配置）对水平潜流人工湿地净化水产养殖尾水及排放温室气体的影响，并探究了不同植物和不同植物配置人工湿地内的微生物作用机制。筛选出对水产养殖尾水净化效果较好，并同时能够降低湿地系统温室气体排放的植物配置，并在海珠国家湿地公园进行了中试试验。其主要研究结果如下： （1）考察了6种植物对人工湿地净化水产养殖尾水及排放温室气体的影响。种植物的人工湿地系统对水产养殖尾水总氮（Total nitrogen，简称TN）、总磷（Total ph osphorus，简称TP）、氨氮（Ammonium nitrogen，简称NH?+-N）、硝态氮（Nitratenitrogen，简称NO?--N）的去除效果均要好于不种植物的系统，其中植物系统对TN、T P、NH?+-N、NO?--N的去除率分别可达77.15%、72.85%、95.57%、90.13%。6种植物的净水效果呈现出：美人蕉＞菖蒲＞秋枫＞乌桕＞灯芯草＞小叶榄仁的规律。 6种植物系统的甲烷排放通量均要低于不种植物的对照系统，说明植物的种植对CH4减排具有一定的促进作用，其中灯芯草、菖蒲、美人蕉、小叶榄仁、秋枫、乌桕分别比对照系统的CH4排放通量降低了0.658 mg·m-2·h-1、0.585 mg·m-2·h-1、0.541mg·m-2·h-1、0.465 mg·m-2·h-1、0.419 mg·m-2·h-1和0.2 mg·m-2·h-1，但两者之间的差异不显著（P＞0.005）;除乌桕系统的N2O排放通量低于对照系统以外其余植物系统的N2O排放通量均高于对照系统;从CO2排放通量来看，菖蒲、灯芯草、乌桕的排放通量低于对照系统且灯芯草的CO2排放通量最低其余三种植物的CO2排放通量均高于对照系统，故湿地植物灯心草、乌桕、美人蕉和秋枫可以显著减排温室气体。 （2）考察了9种植物组合对人工湿地净化水产养殖尾水及排放温室气体的影响。不同植物配置人工湿地系统对水产养殖尾水TN、TP、NH?+-N和NO?--N的平均去除率分别可达86.24%、85.02%、96.18%和94.78%，植物配置系统对养殖尾水的净化效果普遍优于单一植物系统的去除效果（除CW-M6外），其出水水质达到了广东省水产养殖尾水排放的二级标准。TN、TP、NH?+-N和NO?--N去除效果排在前四的配置分别为C W-M3、CW-M8、CW-M1、CW-M5;CW-M6、CW-M3、CW-M5、CW-M9;CW-M6、CW-M3、CW-M5、CW-M9;CW-M6、CW-M3、CW-M5、CW-M9。CO2、N2O和CH4排放通量较低的植物配置系统分别为CW-M6、CW-M3、CW-M8、CW-M9，CW-M6、CW-M8（0.379 mg·m-2·h-1）、CW-M2(0.565 mg·m-2·h-1)、CW-M9(0.641 mg·m-2·h-1)， CW-M3、CW-M2、CW-M8、CW-M9，综合各植物配置系统的植物长势以及气体排放通量和尾水净化效果，选择乌桕+菖蒲和秋枫+灯芯草两种配置作为中试系统的植物。 (3)人工湿地净化水产养殖尾水及排放温室气体的中试。乌桕+菖蒲和秋枫+灯芯草配置系统对水产养殖尾水TN、TP、NH?+-N和NO?--N的去除率分别达到64.31%、63. 62%、75.40%和74.17%，其出水水质达到了广东省水产养殖尾水排放的一级标准。其中进出水浓度来看HVF1的出水水质，净化能力更高。HVF1和HVF2两个系统中N2O的排放通量1.8 mg·m-2·h-1和4.24 mg·m-2·h-1，HVF1和HVF2中CO2的气体排放通量分别达到517.71 mg·m-2·h-1和420.22 mg·m-2·h-1，HVF1和HVF2中CH4的排放通量分别为1. 8 mg·m-2·h-1和1.65 mg·m-2·h-1。两个系统CH4与CO2排放浓度相差不大，但HVF1的N2 O的排放通量明显低于HVF2系统，故HVF1更适合中试湿地的植物配置。 （4）揭示人工湿地降污减碳的微生物去除机制。单一植物处理中Bi处理具有最大的微生物群落丰富度和多样性。各个植物人工湿地系统内优势菌种包括变厚壁菌门（Firmicutes）拟杆菌门（Bacteroidota）、变形菌门（Proteobacteriai）。植物配置系统中Chao、Simpson在CW-M9和CW-M6中均表现为较高，表明该秋枫+灯芯草与乌桕+美人蕉组合。各个植物人工湿地系统内优势菌种包括拟杆菌门（Bacteroidota）、放线菌门（Actinobacteriota）、变形菌门（Proteobacteria）、髌骨菌门（patescibacteria）。HVF1优势菌门分别为变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、髌骨菌门。
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