近年来,我国城市内河季节性或常年性黑臭现象普遍存在。随着相应黑臭河道治理工程的实施,污染负荷得到了大幅度消减,黑臭也逐步好转,氮磷营养盐去除难以达标的问题凸现出来。如何有效降低水体氮磷等营养盐含量是消除富营养化、恢复水生生态系统急需解决的突出问题。本课题获得了国家“十一五”科技重大专项“城市黑臭河道外源阻断、工程修复与原位多级生态净化关键技术研究与示范”(2009ZX07317-006)资助。本论文以对城市黑臭河水进行处理的水培植物净化槽为研究对象,通过外源条件(季节、曝气强度)的改变以及不同水培植物的对比,研究水培植物净化槽对黑臭河水的营养盐净化效果及其微生物机制。研究结果表明：(1)针对水培植物净化槽内植物根系生物膜,从DNA提取纯化方法、PCR反应条件、DGGE梯度胶浓度选择以及电泳条件的控制对PCR-DGGE技术进行优化,并获得了高分辨率的DGGE图谱,以更快更准确地用于微生物群落分析。最终确定采用TENP buffer/PBS buffer-Bead beating OMEGA土壤样品DNA抽提试剂盒组合方法对试验样品进行基因组DNA的提取,选用的引物为R518和F357-GC, PCR反应体系(50μL)为：HS PCR Master Mix(2×),引物各3μL模板DNA2.5ng,加灭菌蒸馏水至50μL。PCR扩增条件为：94℃预变性3min,94℃变性30sec,57℃退火45sec,72℃延伸40sec,以上35个循环,72℃延伸7min。采用聚丙烯酰胺变性梯度胶质量分数8%,变形梯度29%-54%。电泳电压为200V,时间为240min,在以上条件下可以得到清晰的DGGE图谱。(2)不同曝气条件对植物净化槽中黑臭河水营养盐处理效果及其微生物机制有一定影响。对于无曝气植物净化槽,系统在初冬时的溶解氧和营养盐去除率均高于仲夏和夏末时；对于曝气植物净化槽,系统在夏末时对黑臭河水的营养盐去除效果最好,并且不同的曝气强度净化槽对不同的营养盐去除呈现不同的趋势。其中曝气强度最小(15L/min)的2#净化槽对TN的去除效果最好；曝气强度适中(30L/min)的3#净化槽对NH3-N和TP的去除效果最佳。表明随着曝气强度的增加,可能会对系统中植物的生长存在抑制作用；另外过度的曝气充氧也不利于系统对TN的去除。因此,曝气强度的优化选择需要兼顾植物生长和系统中好氧与缺氧微环境的平衡。通过基于PCR-DGGE分子生物学试验研究发现,不同曝气强度条带数量和亮度有明显的差异,微生物菌群的这些变化和其功能相对应。测序结果显示,植物净化槽内主要优势条带与α-proteobacterium、Cyanobacterium、Methylocystis sp.、Acetobacteraceae bacterium、Epsilon proteobacterium、Lactococcus sp等具有较高的相似性。夏末时2#净化槽中的δ-proteobacterium和sporacetigenium sp分别具有反硝化和硝化功能；同季曝气净化槽中3#净化槽DGGE图谱中条带多且亮,香侬指数可达3.36左右,微生物群落多样性明显,并且主要由具有硝化作用的Acetobacteraceae bacterium和Methylocystis sp.组成。综上可知,在植物净化槽中,施加一定强度的曝气能够增加了微生物功能菌群的种类和数量,改善微生物代谢的微观环境,提高水培植物净化槽对黑臭河水的净化效果。本试验中,曝气强度30L/min时水培植物净化槽处理效果最优。(3)不同植物种类选择对植物净化槽中黑臭河水营养盐处理效果及其微生物机制有一定影响。睡莲(Nymphaea alba)和荷花(Nelumbo nucifera)对黑臭河水营养盐均具有较好的去除效果。在试验过程中它们对TN.NH3-N、TP、PO43--P去除率分别为：47.71%和67.88%、40.75%和75.30%、16.77%和51.61%以及和9.34%和87.53%。PCR-DGGE测序结果显示,睡莲、荷花净化槽中主要优势条带与Actinobacterium、Methylomicrobium alcaliphilum等具有较高的相似性。荷花净化槽香侬指数均高于睡莲净化槽,群落多样性较明显,有硝化作用的Actinobacterium为优势菌。据此可知,荷花对黑臭河水营养盐去除效果优于睡莲。它们具有很高的景观价值,在治理城市黑臭河道污染水体时可作为优势种而广泛使用。最后,关于进一步工作的方向包括采样频次的增加及代表性、曝气设施的优化配置和根系微生物分子水平的深入研究进行了简要的讨论。