《人工濕地氮轉化分子生態過程耦在線上制研究》是依託北京大學，由籍國東擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：人工濕地氮轉化分子生態過程耦在線上制研究
- 《人工濕地氮轉化分子：籍國東
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
人工濕地低成本生態化的技術經濟優勢，使其成為水環境修復、農業非點源污染控制和鄉村污水脫氮的首選生態技術。深入研究人工濕地氮轉化分子生態過程，定量描述氮轉化生態過程的耦在線上制，有利於藉助分子生態技術識別影響氮轉化功能菌優勢富集的關鍵因子，為強化人工濕地脫氮提供科學依據。本研究通過封閉槽和小區試驗，分析不同環境因子、營養條件、氧氣供給、水力流態、基質性能和植物生長季情況下氮素遷移轉化規律，解析氮轉化功能菌多樣性，利用Real-time PCR技術對濕地中16種氮轉化關鍵基因進行絕對定量，闡明氮轉化功能基因的生態聯結性，識別影響氮轉化功能菌優勢富集的關鍵因子，建立氮素、關鍵因子與氮轉化功能基因的定量回響關係，構建人工濕地氮轉化分子生態過程定量描述模型，從分子水平上深入揭示人工濕地傳統硝化反硝化、異養硝化、好氧反硝化、厭氧氨氧化、古菌氨氧化、微生物固氮和異化性硝酸鹽還原等多種反應過程的耦在線上制。
結題摘要
人工濕地低成本生態化的技術經濟優勢，使其成為水體修復、農業非點源污染控制和農村污水脫氮的首選生態技術。深入研究人工濕地氮轉化分子生態過程耦在線上制，有利於藉助分子生態技術識別氮轉化菌群優勢富集的關鍵因子，為強化人工濕地脫氮提供科學依據。 本研究分析了不同溫度，水力條件，碳氮比、氨氮和硝氮等不同氮源情況下，潮汐流和垂直流人工濕地氮素轉化降解規律，闡釋了氮轉化功能菌群的生態聯結性，識別了影響氮轉化菌群優勢富集的關鍵因子，建立了氮素、關鍵因子與氮轉化功能基因的定量回響關係，構建了定量分析模型，從分子水平上揭示了潮汐流人工濕地硝化反硝化、厭氧氨氧化、古菌氨氧化和異化性硝酸鹽還原等多種過程的耦在線上制。 研究了碳氮比比約束下潮汐流人工濕地的脫氮分子生態過程機制。結果表明，C/N＞6時可實現了完全硝化反硝化；C/N≤6時，好氧氨氧化為氨氮去除的主要途徑，C/N＞6時，厭氧氨氧化作用顯著提高。定量相關分析表明，氨氮轉化速率與 amoA、nxrA、anammox及反硝化基因密切相關，而總氮受 amoA 和anammox共同制約。 研究了潮汐流人工濕地長期運行脫氨氮和硝氮的分子生態過程機制。結果表明，同步硝化、厭氧氨氧化、反硝化（SNAD）過程是潮汐流人工濕地長期運行脫氨氮的主要途徑，而異化硝酸鹽還原（DNRA）則是潮汐流人工濕地長期脫氮的重要途徑之一。這項研究首次報導了DNRA在人工濕地中的脫氮貢獻，並確定其對硝酸鹽氮的去除貢獻約為5.1±3.4％，對深入研究人工濕地氮平衡具有重要意義。 研究了潮汐流人工濕地低溫脫氮分子生態過程機制。發現低溫情況下潮汐流人工濕地具有較高氨氮去除率，但會出現大量硝酸鹽積累。定量分析表明，anammox/amoA，(narG+napA)/amoA和(narG+napA)/bacteria分別是4℃、8℃、12℃條件下運行人工濕地的關鍵限速基因群組。通路分析表明，4 ℃時CANON是主要限速途徑，（narG+napA）/bacteria貢獻很小，隨溫度升高，CANON貢獻逐漸減小，(narG+napA)/bacteria貢獻逐漸增大。證實了低溫對厭氧氨氧化和反硝化菌群都有抑制作用，但它們對低溫的適應性不同是導致不同溫度條件下硝酸鹽累積速率回復能力存在顯著差異的主要，溫度越高越有利於反硝化菌脫硝氮能力回升。
