养殖废水人工湿地微生物群落多样性时空变化及厌氧氨氧化菌生态学研究

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1、学校代号10532学号S150300422分类号密级硕士学位论文养殖废水人工湿地微生物群落多样性时空变化及厌氧氨氧化菌生态学研究学位申请人姓名贾芬培养单位环境科学与工程学院中科院亚热带农业生态研究所导师姓名及职称赖萃助理教授吴金水研究员学科专业环境工程研究方向农业面源污染防控与机制论文提交日期2017年05月学校代号：10532学号：S150300422密级：湖南大学硕士学位论文养殖废水人工湿地微生物群落多样性时空变化及厌氧氨氧化菌生态学研究学位申请人姓名：贾芬导师姓名及职称：赖萃助理教授吴金水研究员培养单位：环境科学与

2、工程学院中科院亚热带农业生态研究所专业名称：环境工程论文提交日期：2018年05月20日论文答辩日期：2018年06月03日答辩委员会主席：牛承岗教授SpatiotemporalchangeofmicrobialcommunitydiversityandanaerobicammoniumoxidationinsedimentsofsurfaceflowconstructedwetlandstreatingswinewastewaterJiaFenbyB.E.(HuazhongAgriculturalUniversity)

3、2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinEnvironmentalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssitantProfessorLaiCuiMay,2018硕士学位论文I养殖废水人工湿地微生物群落多样性及厌氧氨氧化菌生态学研究摘要农村养殖废水具有有机物浓度高、氮磷含量高、排放量大等特点，需经过

4、处理达标后才能排入水体。若不进行适当处理而任意排放，其带来的环境问题就会日趋严重，并对人类的健康造成严重危害。相对于常规污水处理工艺，人工湿地具有易建造、操作及运行费用低、能耗低、处理效率高以及维护管理方便等优点。作为人工湿地主要类型之一的表面流人工湿地也拥有构造简单、基建成本低、不易堵塞等优点，加之农村土地资源相对丰富，使其在规模化养猪场和农村分散式养猪户污水治理方面具有明显优势，并得到大力推广。微生物承担着水中污染物的降解任务，是系统中污染物去除的主要机制，在人工湿地系统中发挥不可或缺的作用。然而，关于人工湿地微生物

5、群落的时空变化模式以及对环境因子的响应仍然知之甚少，其研究对于构建优化高效污水处理的人工湿地和开展环境综合治理均具有重要意义。养殖废水中氮是最主要的污染物之一，因此人工湿地系统中氮的去除是关键，研究与氮去除过程相关的功能微生物驱动机制就显得尤为重要。硝化-反硝化和厌氧氨氧化是目前为止发现的两种重要的微生物脱氮作用途径。大多数研究集中于养殖废水人工湿地中硝化与反硝化作用及其相关微生物，而关于系统中是否大规模存在厌氧氨氧化细菌及其脱氮贡献目前尚不完全清楚，有待深入解析与评估。通过研究厌氧氨氧化细菌在高氮养殖废水人工湿地处理系

6、统中随环境条件变化下的丰度数量、群落结构和活性大小，以及其驱动厌氧氨氧化过程的效应情况，有助于提升人工湿地中氮去除的微生物驱动机制的认识，同时也为后续研究优化调控人工湿地中微生物氮转化过程提高去除率和减少N2O排放提供科学依据，对于人工湿地技术在农村养殖废水处理中的应用与推广有着十分积极的意义。因此，本文以构建的不同强度养殖废水人工湿地处理的长期定位中试试验系统为平台，研究了人工湿地微生物群落多样性的时空变化和厌氧氨氧化菌的生态学特征及其脱氮贡献。首先对不同养殖废水强度处理下人工湿地处理系统中微生物（细菌和古菌）群落多样

7、性和组成的时空变化规律进行了研究，基于IllumiaMiseq髙通量测序技术，系统地分析和比较了人工湿地系统微生物群落多样性和组成以及底泥理化因子与微生物群落多样性间的关系。结果表明：人工湿地中存在高度多样化的微生物群落，其中属于Proteobacteria（16.44-44.44%）、Acidobacteria（3.25-24.40%）和Chloroflexi（5.77-14.43%）门的微生物是优势菌群，Nitrospira（4.14-12.02%）属优势属。底泥中微生物群落随处理段位置和季节的变化很大，显著改变了微

8、生物生存环境。主坐标分析（PCoA）表明废水强度显著影响人工湿地底泥中的群落II硕士学位论文-结构。典型对应分析（CCA）表明微生物群落变化与冬季底泥样品的NO3-N和+--TN显著相关，与夏季的NH4-N、NO3-N、NO2-N、TN、TP、SOM和pH值相关。总之，使用高通量测序技术增加了对人工湿地中具有不同功能