【摘 要】
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城市化进程的不断推进改变了城市原有水文调控系统,加剧了城市内涝、受纳水体水质恶化等环境问题。生物滞留系统作为低影响开发的关键技术措施,在我国海绵城市建设、城市面源污染治理方面具有良好应用前景。但传统生物滞留系统存在渗蓄效果差、除污效果不稳定等问题,本研究利用破碎牡蛎壳改良生物滞留系统种植土层,平衡种植土渗蓄性能的同时提高系统除污效果。通过研究系统渗蓄和氮、磷净化性能选择最佳牡蛎壳添加比例,与未添加
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城市化进程的不断推进改变了城市原有水文调控系统,加剧了城市内涝、受纳水体水质恶化等环境问题。生物滞留系统作为低影响开发的关键技术措施,在我国海绵城市建设、城市面源污染治理方面具有良好应用前景。但传统生物滞留系统存在渗蓄效果差、除污效果不稳定等问题,本研究利用破碎牡蛎壳改良生物滞留系统种植土层,平衡种植土渗蓄性能的同时提高系统除污效果。通过研究系统渗蓄和氮、磷净化性能选择最佳牡蛎壳添加比例,与未添加牡蛎壳的生物滞留系统作比较,探究种植土改良、淹没区设置、植物生长、牡蛎壳覆盖层设置对系统水力性能和除污效果的影响。研究不同滞留系统间隙水溶解性有机质（Dissolved organic matter,DOM）的荧光组成、来源及其与水力和净化性能之间的相关性,不同滞留系统和同一滞留系统垂直方向填料中微生物群落多样性和组成,从土壤、植物、微生物三方面探究系统渗蓄性能及净化机理。主要研究结果如下:（1）相较于B1、B3和B4系统,添加20%破碎牡蛎壳的B2系统具有最高的渗透性,系统持水性和滞水性随牡蛎壳添加量增多而增强。B1和B2系统对氨态氮（NH4+-N）、正磷酸盐(PO43--P)和总磷（TP）的去除率分别达到100%、84%和97%,对其余氮素的去除效果较B3、B4更稳定。故选择土壤、江砂、破碎牡蛎壳比例为4.5:3.5:2的混合土作为下一步系统模拟实验的实验组,4.5:5.5:0的混合土壤作为对照。（2）种植土添加牡蛎壳后理化性质有所改变,容重减小,密度增大;p H值、总孔隙度、毛管和非毛管孔隙度均有所增加;土壤总有机碳含量也略有增加。牡蛎壳的添加和植物生长均增大了滞留系统的渗透性、滞水性和持水性。另外,覆盖层的设置增强了系统的持水性。（3）各系统对氮、磷及化学需氧量（Chemical oxygen demand,COD）的去除效果均较好,各污染指标的平均去除率均在80%以上。添加牡蛎壳对氮、磷及COD去除率的影响不大。未设置淹没区时,中、高负荷进水阶段系统污染物的去除率高于低负荷阶段;淹没区设置对低负荷营养盐去除率的影响高于中、高负荷,尤其增大了低负荷硝态氮（NO3--N）和总氮（TN）的去除率。植物对COD去除效果的影响较其它污染物明显。部分填料倒置即牡蛎壳覆盖层的设置对低负荷污染物去除率的影响较大,尤其对氮素和COD。未种植植物时,设置厚度为5cm的牡蛎壳覆盖层可提高低负荷氮素和COD的去除率;而种植植物且设置牡蛎壳覆盖层时,仅提高了系统对高负荷COD的去除率,降低了系统对其余污染物的去除率。种植植物和牡蛎壳覆盖层设置均使系统种植土中速效氮的平均积累量有所减少。（4）本研究中系统的水力性能指标（渗透系数、土壤含水率、滞留率）间均呈显著正相关（p＜0.05）。各水力指标与NH4+-N、亚硝态氮（NO2--N）和COD去除率呈显著正相关,但与NO3--N、TN及磷素均呈显著或极显著负相关。（5）各系统运行过程中间隙水DOM荧光组分不变,均含有类酪氨酸（Ⅰ）、类色氨酸（Ⅱ）、类富里酸（Ⅲ）、溶解性微生物代谢产物（Ⅳ）和类腐殖酸（Ⅴ）五种荧光组分,其中类腐殖质（Ⅲ和Ⅴ）在DOM荧光组分中的占比均为最高。DOM组分的来源均以内源性有机物为主。植物种植可以提高系统有机质腐殖化程度。水力性能与DOM类蛋白质含量的相关性由前期的显著负相关变为后期的显著正相关,与DOM类腐殖质相关性由前期的显著正相关变为后期的显著负相关。（6）对于不同装置生物滞留系统,添加牡蛎壳增大了种植土微生物群落的多样性和丰富度;种植植物提高了种植土微生物群落的丰富度。未添加牡蛎壳C1系统微生物群落与C2、C5系统的差异性较大,C5系统植物根系生长减弱了其与C2系统土壤微生物群落的相似度。不同系统和同一系统不同深度填料中微生物在门和属水平下的优势菌群均相同,前四种优势菌门分别为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）;优势菌属为属于β类变形菌门且在同步硝化反硝化过程中可以吸收磷素的陶厄氏菌属（Thauera）。
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