随着人工湿地技术在污水净化方面的广泛应用,人工湿地的碳氮比(C/N)失衡问题也越来越受到研究者的重视,植物残体分解释放碳源在改善人工湿地碳氮比失衡,提升氮去除效果方面表现出了极大的潜力。协调人工湿地中植物碳源添加与植物残体收割,以及湿地植物的净化功能与二次污染风险之间的矛盾,已成为人工湿地技术推广应用中的重要内容。在人工湿地中通过将不同物候型水生植物进行合理配置可以协调这一矛盾。关于挺水植物残体的分解过程及其对水体的影响、不同物候型植物配植提升净化效果及其机制等方面已有大量的研究报道。但对于挺水植物残体在枯萎期的集中分解与冷季型植物在生长期的净化功能间的相互作用研究较少,而此类研究对于解决水生植物二次污染风险、提升湿地净化效果具有重要意义。因此本研究以冷季型植物水芹(Oenanthe javanica)为浮床植物,挺水植物芦苇(Phragmites australis)为外加植物碳源,建立了4组浮床人工湿地系统:不添加芦苇秸秆的浮床人工湿地(CK),一次性添加芦苇秸秆的浮床人工湿地(EL),芦苇秸秆分4次添加(每20天加一次)的浮床人工湿地(TL),芦苇秸秆分16次添加(每5天加一次)的浮床人工湿地(FL),动态监测水芹生长状态、水质演变和氮循环功能基因丰度,探究挺水植物残体分解对湿地系统氮去除效果的影响,旨在为解决低碳氮比人工湿地氮净化效果较差以及湿地植物的管理提供理论依据。本研究结果表明:(1)芦苇残体分解有利于浮床植物水芹的生长。添加芦苇秸秆处理可显著提高水芹的株高、生物量和叶绿素含量,与对照(CK)相比,EL、TL、FL的水芹地上生物量分别增加98 g/m2、55 g/m2、70 g/m2,地下生物量分别增加20g/m2、11 g/m2、16 g/m2。添加芦苇秸秆的三个处理组EL、TL和FL的水芹均生长健壮,根系发达。同时芦苇不同添加方式对水芹生长也有一定影响,在实验前期,水芹处于幼苗期时,分批次添加芦苇(每5d加一次芦苇)更适合水芹的生长,而在试验后期水芹植株生长稳定,环境温度回升,EL组的水芹生长更快。实验结束时,EL组水芹的株高和生物量显著高于TL组和FL组(p<0.05)。另外植物残体分解会使水芹根系活力降低,每5d加一次芦苇能够缓解该问题。(2)芦苇残体分解释放碳源能够改善浮床人工湿地碳氮比不足的问题。实验期间EL组的C/N显著高于CK(p<0.05),TL和FL的碳氮比也得到提升,在4.5-7之间波动。实验结束时,EL、TL和FL的NO3--N浓度都保持在较低水平(小于0.33 mg/L)。但芦苇残体分解释放过多的碳源,会造成浮床人工湿地COD含量升高,系统长期处于缺氧状态。实验期间EL组的COD浓度超过初始值的4.5倍,DO低于0.70 mg/L。在实验前期TL组和FL组的COD含量较低,但实验结束时COD含量也比较高。表明植物残体分解虽然可以提高低碳氮比人工湿地氮去除率,但应采取措施如控制用量等,防止造成水体COD过高。(3)对浮床植物根系微生物的反硝化功能基因进行测定,结果表明:添加芦苇秸秆的浮床人工湿地系统中反硝化功能基因(napA+narG)、(nirK+nirS)和nosZ的丰度较高,其中对napA基因丰度的影响较明显,CK、EL、TL、FL中napA基因丰度分别为(1.50E+06士4.32E+05)copies/g、(3.83E+07±1.69E+07)copies/g、(3.05E+07±1.80E+07)copies/g、(2.75E+07±7.69E+06)copies/g。表明植物残体分解释放碳源为反硝化细菌提供了适宜的生长环境,从而为水体中NO3--N的转化与降解提供了基础。同时添加植物碳源的系统浮床植物根系发达,为反硝化细菌提供了附着的表面。因此芦苇残体分解会通过影响反硝化细菌的群落分布进而促进反硝化作用的进行。