張飲江，李 肖，程夢雨，趙志淼*

1. 上海海洋大學海洋生態(tài)與環(huán)境學院, 上海 201306

2. 河北省濕地生態(tài)與保護重點實驗室, 河北 衡水 053030

3. 水域環(huán)境生態(tài)上海高校工程研究中心, 上海 201306

4. 上海太和水科技發(fā)展股份有限公司, 上海 201306

隨著工業(yè)化進程的快速發(fā)展和居民生活水平的不斷提高，地表水環(huán)境受到一定程度的污染與破壞，水體中的有機物和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，通過河流匯入海洋，對近海水質(zhì)產(chǎn)生潛在威脅[1]. 植物修復技術(shù)是公認的低成本、無污染且可循環(huán)的生態(tài)型修復手段，主要是利用植物的生長特性與物質(zhì)的循環(huán)再生原理，將受損水體中的污染物轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化并固定到植物體內(nèi)，促進植物生長的同時實現(xiàn)水體凈化[2]. 人工濕地是一種生態(tài)化的水處理技術(shù)，因其成本低、效果佳、易維護等優(yōu)點被廣泛應用于各類水體的凈化與處理[3-4]. 人工濕地利用特定的基質(zhì)填料、植物和微生物組合，依靠理化和生物的協(xié)同作用實現(xiàn)水質(zhì)凈化[5-6].近年來，人工濕地用于處理高鹽廢水的研究也逐漸受到關(guān)注，有研究表明，在人工濕地中接種耐鹽菌株，能在很大程度上提高系統(tǒng)的脫氮除磷能力[7]，此外，人工濕地與微生物燃料電池(MFC)、厭氧反應器等工藝的結(jié)合[8-9]，也能在高鹽度條件下很好地實現(xiàn)水質(zhì)凈化.

盡管如此，現(xiàn)階段人工濕地凈化近海含鹽水的研究仍存在不足. 鹽度是制約生物機制發(fā)揮的主要原因，鹽離子對植物和微生物功能的發(fā)揮有直接影響，如導致細胞滲透壓差過高、細胞脫水甚至死亡[10]；篩選用于人工濕地的耐鹽水生植物可緩解水質(zhì)凈化效果難提高的問題，但植物種類、地域適用性與成本等問題仍有待探究；低溫也是制約人工濕地生物機制發(fā)揮的重要因素，會導致微生物和植物休眠甚至死亡，不利于人工濕地凈化含鹽水體. 另外，濕地基質(zhì)是微生物附著生長載體以及濕地植物生存的介質(zhì)，不同基質(zhì)表面的微生物環(huán)境差異會影響生物膜的建立與微生物群落結(jié)構(gòu)[11].

堿礦渣是一種煉鋼副產(chǎn)物，通過拉絲工藝將堿礦渣制成片狀織物材料，拉絲后的堿礦渣材料疏松多孔，將其置于人工濕地內(nèi)部不僅有利于系統(tǒng)內(nèi)部微生物富集和植物根系的穿透，且堿礦渣含有的鈣、硅、鋁等元素亦能強化濕地中的吸附、沉淀等理化作用. 更重要的是，該材料經(jīng)拉絲成片后會產(chǎn)生保溫功能，對所富集微生物與栽種植物起到保暖作用，進一步強化了人工濕地的生物機制. 此外，堿礦渣在生產(chǎn)過程中不排放有害氣體，使用后可自然降解，是一種環(huán)保無機纖維[12]，其水化生成少量含鈣和硅的凝膠狀物質(zhì)[13]，進一步與磷酸鹽反應產(chǎn)生沉淀，增強系統(tǒng)的除磷效果.

該研究將堿礦渣片狀材料置于人工濕地規(guī)模裝置內(nèi)部，構(gòu)建保溫型人工濕地，在前期研究[14]的基礎(chǔ)上，篩選常用人工濕地水生植物美人蕉(Canna indicaL.)、濱海常見功能性水生植物海三棱藨草(Scirpus mariqueter)與濱海入侵水生植物互花米草(Spartina alternifloraLoisel.)，實現(xiàn)堿礦渣材料協(xié)同耐鹽植物強化人工濕地凈化近海含鹽水體的效果，在單一、復合填料下，進一步分析碳氮比、鹽度等因素對該強化型人工濕地的水質(zhì)凈化效果的影響，并通過植物生理生態(tài)性狀的改善與微生物群落豐度、分布的優(yōu)化情況闡述其凈化機理，以期為人工濕地用于近海高鹽水體修復提供參考.

1 材料與方法

1.1 人工濕地裝置構(gòu)建

該試驗在上海海洋大學試驗基地進行，采用直徑為20 cm、高為50 cm的PVC圓管構(gòu)建小試人工濕地裝置(見圖1)，并在底部3 cm處設(shè)置出水口. 填料選取兩種不同粒徑的石英砂，其中不同位置鋪設(shè)片狀堿礦渣材料. 堿礦渣材料主要由含堿礦渣的片狀纖維材料壓制而成，其成分以CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、Fe2O3等為主(＞90%). 其中，單一填料裝置僅采用不同粒徑石英砂作為填料，從下往上依次分層填充大粒徑石英砂(4～8 mm)、小粒徑石英砂(2～4 mm)、大粒徑石英砂(4～8 mm)各5、20、20 cm；在石英砂填料中增加鋪設(shè)堿礦渣材料，構(gòu)成復合填料裝置，從下往上分層填充大粒徑石英砂5 cm、小粒徑石英砂20 cm、大粒徑石英砂10 cm、堿礦渣材料約0.5 cm(平面鋪滿裝置即可)、大粒徑石英砂10 cm. 選取耐鹽閾值不同、水質(zhì)凈化效果較好的3種耐鹽植物-美人蕉、互花米草、海三棱藨草，并將同等生長狀況的幼苗期植物分別栽種在單一填料與復合填料裝置中，根部距離填料最上層表面8 cm處，每個裝置內(nèi)種植3株，無植物裝置設(shè)為空白組，待植物適應系統(tǒng)、生長穩(wěn)定后開始試驗. 具體試驗裝置名稱見表1.

圖1 人工濕地試驗裝置示意Fig.1 Schematic diagram of constructed wetland test device

表1 不同試驗裝置設(shè)置Table 1 Name of the experimental units

1.2 試驗設(shè)計與運行

前期研究[14]顯示，美人蕉、互花米草、海三棱藨草3種植物初步表現(xiàn)耐鹽特征，且堿礦渣材料能夠提升系統(tǒng)凈化效果. 因此，該試驗在前期基礎(chǔ)上深入研究 在 高 碳 氮比(3∶1、4∶1、5∶1)、高 鹽 度(10、15、20)下，堿礦渣材料協(xié)同3種耐鹽植物對含鹽水體的凈化效果.

試驗于2020年7-11月在上海海洋大學室外試驗基地開展，氣溫為18～35 ℃，相對濕度為60%～90%. 參考GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》，采用人工模擬配制高鹽廢水；同時根據(jù)3種植物耐鹽閾值差異度，參考近海高鹽水鹽度，設(shè)置3個較適宜的鹽度梯度，以研究不同進水碳氮比和鹽度下，堿礦渣材料協(xié)同耐鹽植物的凈化效果. 此次試驗進水采用實驗室配制的合成廢水，用葡萄糖調(diào)節(jié)廢水的COD濃度分別為90、120、150 mg/L，用硫酸銨調(diào)節(jié)廢水的NH4+-N濃度為30 mg/L，用磷酸氫二鉀調(diào)節(jié)廢水的TP濃度為2 mg/L，用氯化鈉調(diào)節(jié)廢水的鹽度分別為10、15、20.

人工濕地運行方式采用周期間歇式入水，水力停留時間(HRT)設(shè)置為1、2、3、4 d. 試驗期間于每天09:00收集待測水樣，體積約150 mL. 測試時每個樣品設(shè)置兩個平行試驗，每個進水條件進行3組重復試驗.

1.3 檢測方法

水質(zhì)指標檢測：pH、溫度、DO濃度、鹽度、氧化還原電位等物理指標采用HQ40d便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀(Hach Company/Hach Lange GmbH, 美國)測定；NH3-N、NO3--N、NO2--N、TN、TP、COD濃度等化學指標均根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》[15]進行分析.

濕地植物酶活性及生理指標檢測：采用南京建成生物工程研究所提供的酶活試劑盒，分別測定不同裝置中植物葉片中可溶性糖含量(mg/g)、總蛋白濃度(g/L)、丙二醛(MDA)含量(nmol/L)及過氧化氫酶(CAT)活力(U/mg，以每mg組織蛋白每秒分解1 μmol的H2O2為一個活力單位).

微生物群落組成與多樣性檢測：收集植物根際微生物時需對每個裝置中的植物根系進行多點取樣，之后混勻成一個樣品，并用無菌刷去除根表粘附基質(zhì)，將根系結(jié)合較緊密的基質(zhì)置于冷藏條件下運回實驗室，樣品置于無菌管中. 非根系基質(zhì)撇去不同裝置表層基質(zhì)，收集10～25 cm基質(zhì)(石英砂、新型礦渣材料)裝于無菌保鮮袋中，于4 ℃下冷藏備用. 將樣品送至上海美吉生物科技有限公司進行微生物群落檢測，然后采用高通量測序法、運用可操作分類單元(operational taxonomic unit, OTU)進行植物根際微生物、石英砂填料及堿礦渣材料表面微生物檢測. 具體步驟見文獻[16-17].

堿礦渣主要成分的測定：采用X射線熒光光譜法(Axios X射線熒光光譜儀，帕納科公司，荷蘭)測定堿礦渣主要成分[18].

1.4 數(shù)據(jù)與分析

采用Excel 2010、SPSS 22.0軟件完成數(shù)據(jù)整理、繪圖和差異性顯著性分析，差異顯著性水平為0.05.

采用PICRUSt方法[19]對16S RNA擴增子數(shù)據(jù)庫進行宏基因組功能組成預測，該方法將高通量測序所得的16S RNA擴增子數(shù)據(jù)庫與Green genes數(shù)據(jù)庫進行對比，對OTU進行功能注釋，得到OTU對應物種的功能信息，以及各功能在不同樣本中的豐度信息. 根據(jù)最新的Evolutionary Genealogy of Genes:Non-supervised Orthologous Groups(Egg NOG)數(shù)據(jù)庫信息，對菌落進行功能組成預測.

2 結(jié)果與討論

2.1 污染物去除效果

由圖2可見，在不同鹽度(10、15、20)下，污染物去除效果隨碳氮比的變化呈顯著性差異(P＜0.05). 當鹽度為10、碳氮比為5∶1時TN去除效果最佳；碳氮比為4∶1時TP、COD去除效果較佳. 當鹽度為15時，系統(tǒng)對TN、TP的凈化效果優(yōu)于鹽度為10條件下，且整體在碳氮比為4∶1時達到最佳，TN、TP、COD的凈化率分別為45.38%、78.89%、50.32%，但在碳氮比為5∶1時，各裝置對COD的去除效果差異不顯著，與鹽度為15時相比，系統(tǒng)在鹽度為20鹽時的凈化效果更低. 結(jié)果表明，相對而言，鹽度為15時最適于污染物凈化，可能是因為，適宜的鹽離子脅迫會刺激系統(tǒng)內(nèi)生物機制的應激反應，提高微生物和植物的耐受程度[20]. 在人工濕地凈化過程中，碳源是反硝化脫氮的關(guān)鍵因素，為了保證系統(tǒng)生物機制的正常發(fā)揮，在鹽脅迫的情況下應給予充足碳源為宜，系統(tǒng)內(nèi)碳氮比的升高可為功能性微生物的生長提供養(yǎng)分，促使微生物機制的進一步發(fā)揮，進而增強系統(tǒng)水質(zhì)凈化效果.

圖2 不同碳氮比、鹽度條件對氮磷及有機物的去除效果Fig.2 Removal effect of nitrogen, phosphorus and organic matter under different carbon/nitrogen ratio and salinity conditions

鹽度為15、碳氮比為4∶1條件下CW-Sp與CW-Sc裝置對污染物的凈化效果較佳，因此具體探討CW-Sp、CW-Sc、CK與CW裝置在不同HRT下對NH4+-N、NO3--N、TP、COD的降解效果(見圖3).結(jié)果表明，在對氮的凈化效果中，氮元素形態(tài)主要為NH4+-N和NO3--N，隨著HRT的延長，系統(tǒng)中NH4+-N、NO3--N濃度呈先降低、后緩慢升高、再降低的趨勢，當HRT為4 d時，CW-Sc裝置的降解效果最佳，NH4+-N、NO3--N濃度分別從26.20、2.36 mg/L降至14.57、1.04 mg/L，去除率分別為44.40%、56.10%，但NO2--N濃度幾乎不變. 在對磷的凈化效果中，TP濃度隨著HRT的增加而不斷降低，當HRT為4 d時，CW-Sc裝置中TP濃度降至最低，TP平均濃度由2.36 mg/L降至0.47 mg/L. CW-Sc裝置降解COD的效果略優(yōu)于CW-Sp裝置，出水COD平均濃度由117.28 mg/L降至58.27 mg/L.

圖3 不同水力停留時間下各污染物濃度的變化情況Fig.3 The variation of pollutant concentration under different hydraulic retention time

CW-Sp裝置中互花米草的耐鹽閾值高于CW-Sc中的海三棱藨草[21]，應表現(xiàn)出更佳的鹽脅迫與凈化水質(zhì)能力，但試驗結(jié)果表明，CW-Sc裝置對TN、TP及COD的去除效果強于CW-Sp裝置，去除率分別為45.38%、78.89%、50.32%，原因可能是，CW-Sc裝置中添加的堿礦渣材料疏松多孔、高滲透率，且具有更大的比表面積，由此增強了海三棱藨草根系的穿透能力，利于植物生長，為微生物提供了更大的附著面積，促進硝化反硝化菌等功能性微生物富集，提升了除氮效果；Nivala等[22]研究也表明，向CW裝置中加入附著生長介質(zhì)，可增加微生物生長所需的附著表面，從而顯著提高TN的去除率. 另外，材料高孔隙且含有鈣、硅、鋁等元素，既可增強填料對污水磷的吸附作用、提高生物膜活性、促進磷污染物的微生物代謝，又利于污水與材料中鈣、鋁元素形成磷酸鈣、磷酸鋁沉淀，強化濕地內(nèi)部的理化作用，提高系統(tǒng)凈化能力.

2.2 植物酶抗性

可溶性糖含量能夠表征植物生長和存活能力及抗干擾能力，起到滲透調(diào)節(jié)的作用，植物體內(nèi)可通過增加可溶性糖含量來抵御外界的環(huán)境變化[23]. 由圖4可見，不同裝置中可溶性糖含量表現(xiàn)為CW-Sc＞CW-Sp＞CK-Sc，其中，CW-Sc裝置中可溶性糖含量最高，為56.17 mg/g，表明在鹽脅迫條件下，可溶性糖含量提高，以維持較高的滲透壓，增強植物抗鹽脅迫能力[24]，表明堿礦渣材料協(xié)同植物在一定程度上可誘導可溶性糖含量增加，海三棱藨草可產(chǎn)生滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來抵抗脅迫，因此，CW-Sc裝置的水質(zhì)凈化較好.

植物總蛋白濃度分析結(jié)果顯示，含有堿礦渣材料裝置中植物體內(nèi)總蛋白濃度積累量明顯多于單一基質(zhì)，表明堿礦渣材料在一定程度上能有效提升植物體內(nèi)蛋白濃度，促進植物本身代謝，提升濕地系統(tǒng)凈化效果. MDA含量作為植物衰老生理和抵抗生理研究中的常用指標[25-26]，可表示細胞膜脂質(zhì)過氧化程度、膜系統(tǒng)受損程度和植物的抗逆性[27-28]，從圖4可以看出，CW-Sc裝置中MDA含量低于CW-Sp裝置，且明顯低于CK-Sc裝置，而MDA含量與植物遭受逆境傷害的程度成正比，表明CW-Sc裝置中植物受損壞程度低，水質(zhì)凈化效果得到進一步強化.

植物體內(nèi)存在活性氧清除系統(tǒng)，是植物抵抗外界環(huán)境變化的防線，系統(tǒng)中超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)是酶促防御系統(tǒng)中主要的保護酶[29]. 鹽脅迫導致植物細胞脫水，并且與活性氧(ROS)的產(chǎn)生密切相關(guān)，而植物通過大量的酶來保護自己免受氧化應激的影響，以清除ROS，并恢復鹽度應激條件誘導的細胞氧化還原穩(wěn)態(tài)[30-31].由圖4可見，不同裝置中植物體內(nèi)CAT活力表現(xiàn)為CW-Sc＞CW-Sp＞CK-Sc＞CK-Sp，表明CW-Sc和CW-Sp裝置中植物在堿礦渣材料協(xié)同下，會誘導保護酶活性升高，進而增強了海三棱藨草和互花米草對鹽脅迫的抵抗能力. CW-Sc裝置中海三棱藨草葉部含量(2.27 U/mg)高于CW-Sp裝置中的互花米草，由于植物在鹽脅迫下體內(nèi)CAT的活力水平與其耐鹽性存在相關(guān)性[32]，表明CW-Sc裝置中海三棱藨草在堿礦渣協(xié)同下，對高鹽度環(huán)境的抵抗能力優(yōu)于互花米草.

圖4 不同裝置中植物酶活性比較Fig.4 Comparison of plant enzyme activities in different plants

2.3 微生物

通過CW-Sc裝置中堿礦渣材料的電鏡掃描(SEM)結(jié)果可知，未處理的堿礦渣原材料表面光滑，且無明顯附著物，為棒狀纖維狀結(jié)構(gòu)〔見圖5(a)〕，相比之下，CW-Sc裝置內(nèi)材料表面粗糙，且有明顯微生物掛膜〔見圖5(b)〕，富集微生物效果較佳.

圖5 不同倍數(shù)下微生物膜與結(jié)晶后鹽離子電鏡掃描圖Fig.5 SEM images of microorganism membrane and salt ions after crystallization at different multiples

在鹽脅迫下，CW-Sc裝置中形成大量微生物膜，且微生物富集明顯，形成了菌膠團，原因可能是，堿礦渣材料的添加提高了系統(tǒng)填料的孔隙率和比表面積，增大了系統(tǒng)內(nèi)微生物生長的面積和空間，從而促進微生物生長與聚集，提高微生物豐度. 堿礦渣材料可有效作為系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)填料，在鹽脅迫條件下也能很好地進行微生物掛膜，且增大附著微生物膜密度，進一步優(yōu)化系統(tǒng)的整體效能.

植物根際微生物、石英砂填料與堿礦渣材料表面微生物的alpha多樣性分析如表2所示. 結(jié)果顯示，測序覆蓋率均高于99%，表明此次測序深度合理，基本能代表樣本的真實情況. 由表2可見，CW-Sc裝置中植物根際微生物的Shannon-Wiener、ACE、Chao1指數(shù)高于CW-Sp裝置，表明在堿礦渣材料的影響下CW-Sc裝置中植物根際微生物種類較豐富、群落豐富度高，更能有效發(fā)揮植物在水質(zhì)凈化過程中的作用.

由表2可見，含堿礦渣材料各裝置(CW、CW-Ca、CW-Sc、CW-Sp)中石英砂填料表面微生物Shannon-Wiener、ACE、Chao1指數(shù)相較于單一石英砂填料裝置(CK、CK-Ca、CK-Sc、CK-Sp)均有所提高，其原因可能是，堿礦渣材料不僅疏松多孔有利于植物扎根，且具備高吸附性，亦可協(xié)同石英砂強化微生物富集，進而強化濕地的生物作用. 研究[33]表明，不同填料組合配置既能發(fā)揮各自去除能力又可協(xié)同發(fā)揮濕地中植物與微生物的優(yōu)勢. 由表2可見，CW-Sc裝置中堿礦渣材料微生物的Shannon-Wiener、ACE、Chao1指數(shù)明顯高于CW-Sp裝置，表明堿礦渣材料在CW-Sc裝置中對系統(tǒng)微生物活性、種群多樣性和生物功能均可產(chǎn)生顯著影響，海三棱藨草由于其有更好的耐鹽性，相對于美人蕉與互花米草而言，其在處理含鹽廢水時能更好地協(xié)同堿礦渣材料，促進微生物富集，提高微生物豐度，增強水質(zhì)凈化的效果.

表2 不同裝置中微生物alpha多樣性分析Table 2 Alpha diversity analysis of microorganisms in different devices

CW-Sc裝置中植物與石英砂填料及堿礦渣材料表面微生物的Simpson指數(shù)低于CW-Sp裝置，說明植物種類、系統(tǒng)填料種類的不同可以導致植物根系、基質(zhì)比表面積和孔隙率的差異[34]，從而改變微生物群落的生長環(huán)境，進而影響植物根際微生物及填料表面微生物的掛膜情況. 相較于CW-Sp裝置，CW-Sc裝置內(nèi)微生物總量顯著增加，而微生物種類較少，推測可能是因為特定的某一類或某幾類功能性微生物的數(shù)量得到了富集[35].

微生物對人工濕地系統(tǒng)中污染物的去除起到重要作用[36]. 目前關(guān)于人工濕地微生物研究主要集中在微生物群落組成方面[37]. 由圖6可見，不同裝置中植物根際、石英砂填料與堿礦渣材料表面微生物在綱水平上平均相對豐度大于1%的微生物群落結(jié)構(gòu)存在差異，分別共發(fā)現(xiàn)10、15、13菌綱，其中植物根際微生物含有γ-變形菌綱、α-變形菌綱、放線桿菌、藍細菌、擬桿菌5種優(yōu)勢菌綱；石英砂填料與堿礦渣材料表面微生物類群含有藍藻細菌綱、γ-變形菌綱、α-變形菌綱、放線桿菌等優(yōu)勢菌綱. 從圖6(b)(c)可以看出，相較于無植物裝置，各植物裝置基質(zhì)表面微生物群落結(jié)構(gòu)差異顯著，表明植物對微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了顯著影響；同時，CW-Sc裝置中石英砂填料與堿礦渣材料微生物群落結(jié)構(gòu)分布較均勻，且優(yōu)勢菌(藍藻細菌綱、γ-變形菌綱)相對豐度優(yōu)于CW-Sp裝置，原因可能是，堿礦渣材料可有序優(yōu)化微生物比例，協(xié)同發(fā)揮各菌種優(yōu)勢，以防明顯優(yōu)勢菌種惡意繁殖，為植物生長發(fā)育提供良好的環(huán)境. 由圖6(a)可知，CW-Sc裝置在堿礦渣材料協(xié)同下，植物根際γ-變形菌綱、α-變形菌綱、放線桿菌比例提高，而相關(guān)研究表明，γ-變形菌綱、α-變形菌綱均屬于革蘭氏陰性菌，而革蘭氏陰性菌的富集有利于濕地中污染物的降解[38].同時已有研究表明，桿菌對環(huán)境變化適應能力較強[39]，可促使系統(tǒng)適應鹽脅迫，強化水質(zhì)凈化效果.

圖6 微生物群落多樣性分布（綱水平上）Fig.6 Microbial community diversity distribution (Class level)

為進一步探討植物根際、石英砂填料和堿礦渣材料表面微生物群落功能的差異，經(jīng)16SrRNA蛋白質(zhì)直系同源基因簇(clusters of orthologous groups of proteins, COG)功能預測和分析(見圖7)可知，相較于植物根際和堿礦渣材料表面所富集的微生物群落COG結(jié)果，石英砂填料表面富集微生物群落所表現(xiàn)出的COG功能更全面，如氨基酸轉(zhuǎn)運與代謝(amino acid transport and metabolism)、信號傳導機制(signal transduction mechanisms)、細胞壁、膜、包膜的生物發(fā)生(cellwall/membrane/envelope biogenesis)、能源生產(chǎn)與轉(zhuǎn)換(energy production and conversion)等，且豐度更高. 值得一提的是，CW-Sc裝置中植物根際、石英砂填料和堿礦渣材料表面微生物群落所預測的功能性類別中氨基酸轉(zhuǎn)運與代謝豐度最高. 因為微生物群落結(jié)構(gòu)分析中已表明，堿礦渣材料可提升放線桿菌、擬桿菌比例，而擬桿菌等桿菌參與氨基酸代謝、能源轉(zhuǎn)化等過程，產(chǎn)生氨基酸發(fā)酵代謝產(chǎn)物[40]，可加強系統(tǒng)內(nèi)氨基酸代謝與能量產(chǎn)生、增強氨基酸、能源轉(zhuǎn)化功能性菌的豐度. 推測CW-Sc裝置中堿礦渣材料存在協(xié)同機制，可誘導微生物的活性，促使革蘭氏陰性菌富集，提升桿菌比例，增強氨基酸、能源轉(zhuǎn)化等功能的表達，優(yōu)化微生物群落的結(jié)構(gòu)和分布. 同時微生物群落和功能化的多樣化有利于系統(tǒng)的運行，并增強系統(tǒng)對外界環(huán)境脅迫的耐受能力，強化水質(zhì)凈化效果.

圖7 COG功能分類統(tǒng)計箱式圖Fig.7 Statistical box diagram of COG functional classification

3 結(jié)論

a) 濕地系統(tǒng)中海三棱藨草與互花米草在高鹽度脅迫下對高鹽水體的凈化效果優(yōu)于美人蕉，均表現(xiàn)出一定的耐鹽性，其中當鹽度為15、碳氮比為4:1時，CW-Sc裝置對TN、TP、COD的凈化效果較好，凈化率分別為45.38%、78.89%、50.32%.

b) 植物葉片酶活性分析表明，CW-Sc裝置中可溶性糖含量、CAT活力均高于其他裝置，堿礦渣材料協(xié)同植物在一定程度上可誘導可溶性糖含量增加，提升植物體內(nèi)蛋白濃度與保護酶活性，促進植物本身代謝，增強海三棱藨草對鹽脅迫的抵抗能力；同時，植物體內(nèi)MDA含量較低，植物受損壞程度降低，提升了濕地系統(tǒng)凈化效果.

c) SEM結(jié)果表明，堿礦渣材料能顯著促進系統(tǒng)在鹽脅迫條件下有效掛膜，且CW-Sc裝置中堿礦渣材料在鹽度為15條件下，高鹽環(huán)境下微生物掛膜效果仍顯著，堿礦渣材料的鋪設(shè)有助于改善系統(tǒng)填料環(huán)境，促進微生物富集，提升微生物豐度.

d) 與其他裝置相比，CW-Sc裝置中植物根際和石英砂填料表面微生物群落的豐度和多樣性更佳，堿礦渣材料提高了系統(tǒng)中功能性微生物的豐度，有序優(yōu)化微生物群落比例和分布，協(xié)同發(fā)揮各菌種優(yōu)勢，增加微生物群落結(jié)構(gòu)根際革蘭氏陰性菌與放線桿菌、擬桿菌等桿菌的比例，促使系統(tǒng)適應鹽脅迫與提升微生物COG功能豐富度，強化濕地中污染物的降解效果，改善水環(huán)境.