建筑与预算
CONSTRUCTIONANDBUDGET
DOI:10.13993/j.cnki.jzyys.2019.10.016
2019年第10期
植物对人工湿地微生物呼吸和真菌生物量的影响孟祥焘
（沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳110168）
摘要：为了检验植物对人工湿地微生物呼吸和真菌生物量的影响，本试验通过垂直流人工湿地的六种种植方式：即分别种植黄菖蒲、水葱、美人蕉、天景伞草及四种混种和不种植任何植物方式，测定了不同种植方式下的人工湿地微生物呼吸和真菌生物量。真菌生物量试验说明第二层的植物根系比第一层的要发达，土壤中真菌可以更好的繁殖增长，而水葱和天景伞草在第二层的时候土壤中真菌生物量降低说明其根系在第一层为最多而旺盛，再往下去其根系生长达到一定极限，第二层的时候根系数量少导致其土壤中的真菌生物数量没有第一层的多。细菌呼吸试验研究选择性呼吸抑制方法测定细菌的呼吸，发现细菌在第一层更适合生存繁殖和发育，细菌呼吸量较大，到了第二层由于与外界接触几乎没有，植物根系长度受限，导致第二层的细菌呼吸量比第一层有较为显著的减少，本试验研究表明了植物多样性对湿地的生物量及细菌呼吸作用有着重要作用。关键词：人工湿地；植物多样性；真菌；生物量；微生物呼吸中图分类号：X703
文献标志码：B
文章编号：1673-0402（2019）10-0060-05
微生物填料和水生植物是构成人工湿地的主要成分。沙粒、土壤、碎瓦片通常是填料组成要素。填料可以通过吸附、沉淀和过滤的作用去除污染物质。由于人工湿地可以因地制宜地构建,后期的运行管理成本比较低、维护简单、拥有良好的水质净化特点,在水污染控制和污水处理方面得到广泛应用［1］。
关于植物在人工湿地中的作用研究多集中于栽培与未栽培植物的比较方面，并且所得出的结论也存在着较大的分歧［2］。一些研究表明：与未栽培植物相比，栽培植物对人工湿地微生物群落大小（生物量)、结构和活性具有
显著的影响［3］，而另外一些研究则报道栽培植物对填料中微生物没有显著影响［4］。
在本次试验过程中，最重要的便是控制变量，主要将不同植物的种植方式做为本次试验的对象，分别为：无种植、种植水葱、混合种植、种植美人蕉、种植黄菖蒲、种植伞草。而不变因素分为：pH、温度、氮源、溶解氧和培养容积等。通过试验、数据处理、图表分析，确定不同种植物同层处理对真菌生物量的影响，同时可以将人工湿地更好的推广。本试验研究表明了植物多样性对湿地的生物量及细菌呼吸作用有着重要作用。
收稿日期：2019-05-09
作者简介：孟祥焘（1994-），男，在读研究生，主要从事水污染控制及技术理论研究。
E-mail：849227146@qq.com
1试验仪器与设备
1.1试验仪器
烘箱（DHG-9150AS），电子天平（FA2006A），氮气，DF-Ⅱ数显集热式磁力搅拌器，不锈钢蒸馏水器，电阻炉（YEX7/120-GC），高速台式离心机，旋转蒸发器（RE-53AA），氮吹仪，T6紫外分光光度计，9cm培养皿，10mL试管（带塞）棉花塞要配套，1mL、2mL、5mL、10mL、25mL、50mL移液管，1mL、10mL移液（头配套），2000mL棕色容量瓶，100mL茄形瓶，100mL点滴瓶，25mL烧杯、50mL、100mL、500mL、2000mL烧杯各一个，玻璃棒，500mL广口瓶，医用棉球1袋。5mL、25mL、50mL、100mL、250mL量筒各一个，1mL、2mL、50mL移液管，100mL白色、棕色玻璃试剂瓶，吸耳球，胶头滴管，0.22μm有机相滤膜，一次性注射器（配针头），塑料离心管，冷凝管，橡胶管。
1.2试验药品与用量
浓盐酸，FeSO4-7H2O，NaOH100g、KOH100g、乙醇500mL、正己烷1000mL、甲醇1200mL、色谱甲醇2500mL、KH2PO410g、葡萄糖200g、蔗糖200g、K2HPO45g、KCl5g、NaNO310g、FeSO45g、1%链霉素50mL、溴百里酚蓝固体1.0g、NaCl50g（注：未标出皆为分析纯）
2试验步骤
2.1真菌生物量测试
本试验测定真菌生物量是通过液相色谱仪（HPLC）进行测定不同湿地中真菌生物量的大小。根据测得的数据制作麦角固醇（ergosterol）标线，记录最高峰的时间和每个峰之间的间隔，利用origin7.5软件进行数据处理，绘制标线。最后通过制作的标线进行土样生物量测定，并得出结果。
2.2选择性呼吸抑制方法测定真菌、细菌的呼吸
土样准备：将人工湿地的30个土样采
2019年第10期总第282期集，筛沙完后装入牛皮纸袋，保存。
试剂准备：0.05MNaOH，0.1MHCl，0.5MBaCl2（10.4gBaCl2溶解在一定量的蒸馏水里，最后定容100mL），酚酞（0.1g酚酞溶解在一定量的60%的乙醇里，最后定容100mL）。
步骤：
①将每一种土样设为A、B、C、D四组，各组所添加的药剂如下：
A组：10g鲜土+60mg葡萄糖滑石粉混合物；
B组：10g鲜土+60mg葡萄糖滑石粉混合物+30mg硫酸链霉素+20mg氯霉素
C组：10g鲜土+60mg葡萄糖滑石粉混合物+30mg硫酸链霉素+20mg氯霉素+30mg放线菌酮
②A、B、C、组分别设置空白对照组，对照组即为不加土样的组，各设三组。
③将上述各混合物分别加入500mL的棕色广口试剂瓶的底部。
④加20mL0.05MNaOH在50mL透明塑料小瓶里，并将塑料小瓶放入广口试剂瓶中，盖好广口试剂瓶的盖子（用凡士林或特制的阿拉伯胶水密封）
⑤22℃下培养24h。
⑥取出塑料小瓶，向其中加2mLBaCl2
沉淀吸收的CO2)和3~4滴酚酞，并摇匀。
⑦用0.1molHCl盐酸滴定剩余的NaOH。⑧计算
CO2（mg/gdm/h）=2.2×（C-S)/SW×%dm/24
C对照消耗的HClmL数，S土壤消耗的HClmL数，SW土壤鲜重，100%dm干土百分数。
2.2为转化因子（1mLHCl相当与2.2mgCO2），24为培养时间。
按1mgCO2相当于0.206mg生物量C换算成相应的细菌生物量C或真菌生物量C。
⑨细菌与真菌生物量比例计算方法：细菌生物量：A-D-B；
2.3垂直流人工湿地微宇宙系统
—61—
（2019年第10期总第282期由PVC材料制成，1210mm（长）×450mm（宽）×450mm（高)，内部基质由三层组成，最下层为砾石层（砾石直径50~80mm，高300mm），中间为粗砂层（粗沙直径4~6mm，高300mm），最上层为细砂层（细沙直径1~2mm，高500mm）。一端侧壁垂直排列三个取样口，分别位于细砂层（2个），粗砂层（1个），最下面（砾石层）设有一个排水管，便于收集基质样品和水样。微宇宙间平行并联，废水由湿地上部布水管注入。培养一段时间后，将湿地中的水放干净后，选取植物根系多的土壤，用小铲子在人工湿地中取大约1kg的土壤，装入密封袋中并编号，不同层要标清楚，如（编号方法如下：天景伞草-T、美人蕉-M、水葱-SC、黄菖蒲-H、四种一起种植HZ、不种植任何植物-W），采集好土样后用2mm孔径的筛子将大颗粒的土壤或者石头去除掉，将筛过的细土重新装入新的密封袋中，重新编号码，放入4℃的冰箱中密封保存备用。
图1人工湿地模拟装置西南等轴测图
图2人工湿地模拟装置西北等轴测图
说明：1.图中单位为mm（毫米）；2.整体材质为PVC，板材厚度为10mm；3.所有短管长度均为50mm
—62—
图3垂直潜流人工湿地微宇宙系统平面布置图
2.4数据处理
利用origin7.5软件进行生物量标线的数据拟合处理。采用SPSS16.0统计软件进行单因素方差分析（One-wayANOVA、LSD，P=0.05）。
3结果与讨论
3.1植物多样性对真菌生物量的影响麦角固醇（ergosterol）标准曲线，如图所示：生物量标准曲线图4可得知，生物量浓度与峰高的关系式为：y=0.0001222239x
图4生物量标准曲
3.2不同种植物相同层对真菌生物量的影响
（1）不同种植物相同层对真菌生物量的影响，如图5所示：
图5不同种植物同层处理对真菌生物量的影响
由图5可知，混合种植在第一层中混种的情况时真菌生物量为最多，混种第一层的生物量比第二层的生物量略微少，第一层真菌生物含量为0.5904μg/g，第二层真菌生物含量为0.65μg/g稍微有些增长，美人蕉在第一层和第二层的真菌生物含量有了显著的增长，第一层的真菌生物量为0.369μg/g，而到了第二层生物量增长到了0.814μg/g变化最大，其他无种植第一层的真菌生物量为0.3984μg/g，到了第二层真菌生物量为0.514μg/g稍微有增长，水葱第一层的真菌生物量为0.37744μg/g，到了第二层为0.284μg/g稍微下降了一些，黄菖蒲第一层真菌生物量为0.22944μg/g，到了第二层真菌生物量增长到0.34μg/g略微有增长，最后天景伞草第一层的真菌生物量为0.434μg/g，到了第二层真菌生物量下降到0.274μg/g。
（2）同层不同植物对真菌生物量的显著性分析
由显著性差异表格，如表1所示，显著性小于0.05即为有显著性差异，分析比较后再在图5上标出各个植物之间的显著性差异。
表1同种植物不同层处理对真菌生物量的影响显著
性差异
第一层种植方式显著性第二层种植方式显著性1
20.5041
20.01730.00330.00540.29240.12250.04550.0676
0.60460.0212
10.504210.017303040.6594050.13250.6816
0.232
6
0.99
2019年第10期总第282期第一层种植方式显著性第二层种植方式显著性3
10.0033
10.00520204040.156505060.01604
10.292410.12220.659203030.15650.28350.00260.12260510.045510.06720.13220.681303040.28340.00260.01560.684610.604610.02120.23220.9930.013040.122405
0.015
5
0.684
*显著性小于0.05为显著
由显著性差异分析可以看出在第一层中水葱，美人蕉和天景伞草相互没有显著性差异（p＞0.05），但是其他植物之间与水葱，美人蕉和天景伞草之间有显著性差异（p＜0.05）。第一层中混种植物的根系真菌生物量最多，与其他植物都有显著性差异，说明在第一层中混合种植真菌生物量最多。到了第二层的时候无种植，混种和美人蕉相互没有显著性差异，水葱、黄菖蒲和天景伞草相互没有显著差异，但是无种植，混种和美人蕉与、水葱、黄菖蒲和天景伞草之间有显著差异，但是第二层美人蕉与
—63—
2019年第10期总第282期第一层美人蕉相比其根系土壤真菌生物量有了质的增长，比混种土壤中的真菌生物量都要高出很多，更是比无种植，种植水葱，天景伞草的根系真菌生物量高出好几倍，说明在第二层美人蕉的根系发达，更适合土壤中真菌的繁殖生长，第一层可能根系没有完全的吸收养分，所以土壤中真菌生物量没有特别高，与第一层相比到了第二层其根系土壤中的真菌数量与其他湿地间差异性最显著。
4结语
本试验在第一层中无种植的根系土壤真菌生物量比除混种外其他种植方式要多，在第二层也出现了这种现象，而且第二层的真菌生物量比第一层的还要多，出现这种现象可能是因为在人工湿地种植植物的时候虽然是无种植但是不可能完全无种植，土壤中可能会有一些植物或者杂草的种子，在后期培养中杂草和外来物种也在生长，导致最后无种植的人工湿地会长出一些与其试验不相关的一些植物，在第二层影响比较严重，从而影响了试验的准确性，但是除了无种植的人工湿地，从其他组人工湿地反应的数据来看，还是相对比较准确的。（1）细菌呼吸试验中美人蕉根系土壤中的细菌呼吸量在不同层数下相比之下最高。（2）通过本试验的测定和数据分析，表明了植物对人工湿地微生物呼吸和真菌生物量的影响作用。
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