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农田退水中的氮、磷等养分及有机物会被带到水体中,从而导致水体富营养化,形成水体污染。本论文针对农田退水中氮磷等营养物超标的问题,研究以氮磷削减为导向的农田退水生态拦截技术。采用生态工程学手段,构建植物塘-人工湿地复合系统的生态拦截技术模式,并利用其处理模拟农田退水。考察复合系统对模拟农田退水的生态拦截效应,通过高通量Illumina测序技术解析植物塘-人工湿地复合系统中的微生物群落结构特征及其多样性,揭示植物塘-人工湿地处理模拟农田退水的净化机理。主要研究结果如下:(1)通过等温吸附试验研究4组基质组合对水中氨氮和磷素的吸附效果,结果表明,Langmuir方程能够比Freundlich方程更好地描述不同组合基质对水中氨氮和磷素的等温吸附特征。由Langmuir方程得到细沙+沸石+煤渣组合对氨氮的理论最大吸附量最高,为526.316 mg/kg;细沙+火山石+煤渣组合对磷素的理论最大吸附量最高,为460.990 mg/kg,且细沙+沸石+煤渣组合的等温吸附常数K_L值和K_f值最大,对氨氮和磷素的吸附最牢固,细沙+火山石+煤渣组合次之。因此,选择细沙+火山石+煤渣作为植物塘的填充基质,细沙+沸石+煤渣作为人工湿地的填充基质,按质量比2:1:1由上至下分层填充。(2)在模拟农田退水中挺水植物和沉水植物生长状况存在显著差异。4种挺水植物对氨氮和TP的去除效果差异显著,其中对氨氮的去除率大小依次为菖蒲(82.47%)>千屈菜(78.49%)>泽泻(67.27%)>香蒲(60.91%),TP的去除率大小依次为泽泻(71.35%)>千屈菜(68.31%)>菖蒲(67.71%)>香蒲(64.84%);2种沉水植物中狐尾藻对COD、氨氮和TP的去除率分别为75.86%、63.94%、62.68%,均显著高于金鱼藻。选择狐尾藻为植物塘的栽种植物,菖蒲+泽泻+千屈菜组合为人工湿地的栽种植物。(3)考察不同水力停留时间对模拟农田退水的去污效果,当水力停留时间为4d时,对COD去除率为90.69%,对氨氮去除率为95.43%,对TP去除率为93.35%,确定复合系统的最佳水力停留时间为4 d。研究复合系统对不同C/N的模拟农田退水去污效果,结果表明,当C/N为3.5:1时对COD、氨氮和TN的去除效果最好,去除率分别为92.53%,98.27%和98.12%。因此,选择C/N为3.5:1的模拟农田退水作为后续试验用水。(4)通过单一反应器与复合系统对模拟农田退水中各污染指标的去除效果进行比较,结果表明,复合系统对COD、氨氮、TN、TP的去除率均高于单一反应器,平均去除率分别为96.80%、98.29%、97.65%、95.57%。考察复合系统对高、中、低浓度模拟农田退水中COD、氨氮、TN、TP的去除效果,结果表明,复合系统对水中各污染指标的去除率均在80%以上,说明复合系统对不同浓度的模拟农田退水具有较强的抗冲击负荷能力。(5)对复合系统中细沙以及狐尾藻、菖蒲、泽泻、千屈菜各植物根系在初始、3个月后细菌群落特征进行研究。细菌群落丰富度和多样性分析结果表明,复合系统运行3个月后,细沙中细菌群落的多样性和丰富度明显提高,菖蒲和泽泻根部细菌群落的多样性和丰富度明显高于初始时的多样性,而千屈菜根部细菌群落多样性和丰富度有所下降。通过高通量测序分析,在所有样品细菌的门分类水平上共检测到40个门,优势菌门以变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)和厚壁菌门(Firmicutes)为主。纲水平达到50纲以上,主要有γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)和黄杆菌纲(Flavobacteriia)。在属水平上,不动杆菌属(Acinetobacter)和管道杆菌属(Cloacibacterium)为初始样品中丰度最高的两种菌属,运行3个月后,细沙和菖蒲根部中Acinetobacter和Cloacibacterium的数量逐渐变少,而泽泻、千屈菜根部中Acinetobacter和Cloacibacterium甚至消失。复合系统运行3个月后,狐尾藻、菖蒲根部具有硝酸还原功能的菌食酸菌属(Acidovorax)相对丰度有所增加,狐尾藻、泽泻、千屈菜、菖蒲根部的多功能水处理菌——假单胞菌(Pseudomonas)相对丰度分别增加到2.15%、1.44%、2.85%、5.63%。泽泻根部和千屈菜根部的亚硝酸盐氧化细菌Nitrospira相对丰度分别增加到2.54%、7.91%。千屈菜根部和泽泻根部中典型的厌氧氨氧化细菌——小梨形菌属(Pirellula)相对丰度增加到2.67%和1.47%。