不同类型人工湿地微生物群落的研究进展

生态学杂志Chinese Journal of Ecology2011，30（6）：1251－1257不同类型人工湿地微生物群落的研究进展*周元清1，2李秀珍1＊＊李淑英2唐莹莹1辛在军1贾悦1（1华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海200062；2玉溪师范学院资源环境学院，云南玉溪653100）摘要微生物是人工湿地不可缺少的成员，对湿地生态系统中物质转化、能量流动起着重要作用。

本文从人工湿地微生物群落的研究方法、微生物群落结构与组成、微生物群落调节作用与环境因素的关系等方面，综述了人工湿地微生物的研究进展。

各种新颖的分子生物学方法已经成为研究人工湿地的微生物多样性的有力工具，其中最常见的是变性梯度凝胶电泳（DGGE）和寡核苷酸荧光探针原位杂交（FISH）；人工湿地微生物群落的调节作用主要取决于湿地的水文条件、废水的特点（包括组成成分，污染物的特点和利用性）、湿地的过滤材料或土壤类型、植物和各种环境因素；不同人工湿地类型的微生物群落组成，从多到少依次是变形菌、噬纤维菌-黄杆菌菌群、放线菌和厚壁菌。

如何进一步加深对氮循环相关微生物多样性的研究，提高废水中氮的去除效率依然是未来人工湿地技术需要解决的重要问题之一。

关键词微生物群落；微生物活性；微生物数量；人工湿地中图分类号Q93文献标识码A文章编号1000－4890（2011）6－1251－07A review on soil microbial community in different type constructed wetlands．ZHOU Yuan-qing1，2，LI Xiu-zhen1＊＊，LI Shu-ying2，TANG Ying-ying1，XIN Zai-jun1，JIA Yue1（1State KeyLaboratory of Estuarine＆Coastal Research，East China Normal University，Shanghai200062，China；2College of Environmental Resources of Yuxi，Normal University，Yuxi653100，Yunnan，China）．Chinese Journal of Ecology，2011，30（6）：1251－1257．Abstract：As an indispensable part of constructed wetland，soil microbes play an important rolein the material transformation and energy flow in the wetland ecosystem．This paper reviewed theresearch progress in the detection methods of soil microbial community，its structure and composi-tion，and relationships of soil microbial regulation effect with environmental parameters in differenttype constructed wetlands．Various kinds of novel molecular biological methods have proved to beuseful tools for exploring soil microbial diversity in constructed wetland，among which，denaturinggradient gel electrophoresis（DGGE）and fluorescence in situ hybridization（FISH）were the mostfrequently applied methods．The regulation effect of soil microbial community in constructed wet-land mainly depended on wetland hydraulic condition，wastewater property（constituent composi-tion，and pollutants characteristics and availability），filter material or soil type，plant，and vari-ous environmental factors．The species-specific composition of soil microbial community in differ-ent type constructed wetlands was dominated by phylum Proteobacteria，followed by the membersof phylums Proteobacteria，Cytophaga－Flavobacterium，Actinobacteria，and Firmicutes．How tofurther improve the researches on the diversity of soil microbes involving in nitrogen cycle and toincrease the removal efficiency of nitrogen from wastewater would be one of the key issues for fur-ther development of constructed wetland technology．Key words：microbial community；microbial activity；microbial biomass；constructed wetland．*中国博士后科学基金项目（20100470768）、河口海岸学国家重点实验室科研业务课题（2010RCDW08和2008KYYW07）和云南省自然科学基金项目（2008ZC161M）资助。

＊＊通讯作者E-mail：Landscape2001@sina．com收稿日期：2010-11-22接受日期：2011-02-28与传统的污水处理系统相比，人工湿地具有低成本、高效率并且易管理的特点，而被科学家和工程师接受和推广（Matamoros et al．，2007；Schroder et al．，2007）。

人工湿地一般分为表流人工湿地（surface flow constructed wetlands，SFCW）、水平潜流人工湿地（horizontal subsurface flow constructed wetlands，HSS-FCW）和垂直潜流人工湿地（vertically subsurface flow constructed wetlands，VSSFCW）。

SFCW与自然湿地最相近，其水深一般低于0.4m（Kadlec＆Knight，1996），适于湿地植物的生长（Scholz＆Lee，2005）。

在HSSFCW中，废水经过入水口的物理沉积预处理之后缓慢水平地通过过滤层（通常是砂子或砾石）直至出水口，而在VSSFCW中，废水垂直经过过滤层向上或向下流动。

为了提高人工湿地的净化效率，Vymazal等（2005）把表流和潜流人工湿地，龙丽珠等（2008）将复合垂直流、表面流和潜流3种不同类型的人工湿地串联起来，组合成多种混合型人工湿地。

对于不同类型人工湿地的研究多集中于对废水的净化效率以及人工湿地设计与运行参数的相关性研究（Liikanen et al．，2004；Mander et al．，2005）。

而在这些湿地系统中，基质、水生植物和微生物是人工湿地发挥净化作用的3个主要因素，湿地中的微生物是其生态系统中的重要组成部分，丰富的微生物资源为湿地污水处理系统提供了充足的分解者（Sundberg et al．，2007b）。

尽管微生物是废水有机质降解和氮磷转化的化学、物理和生物共同作用过程的主要驱动者，但对人工湿地中微生物群落的研究是有限的（Nurk et al．，2005；Truu et al．，2005；Nicomrat et al．，2006；Sundberg et al．，2007a；Tao et al．，2007b；Tietz et al．，2007）。

且集中于研究不同类型人工湿地的不同土壤基质、运行参数和有无植被对各种废水净化效率的影响，对人工湿地中微生物群落结构、空间分布和功能等方面的研究还不清楚的。

因此，通过对湿地微生物的研究方法、微生物群落结构与组成、微生物作用与环境因素的关系等方面人工湿地微生物研究进展的归纳总结，可以加深对人工湿地生态系统中微生物群落的了解，有助于更好地设计和改善人工湿地生态系统。

1人工湿地微生物的研究方法对人工湿地中微生物的研究方法，包括传统的和现代的两类。

由于每种方法都有其优势与局限，只能提供微生物某一方面的信息。

因此，选择何种研究方法和如何应用所选的研究方法对最后研究结果起着重要的作用。

在土壤生态学中，因微生物对土壤结构变化敏感，可用微生物指标来评估土壤状况，因其与土壤功能的发挥有关，可用微生物指标来阐明土壤的生态过程，对土壤进行有效地管理，而且该方法经济易行，可操作性强（Doran＆Zeiss，2000）。

Dilly（2004）研究发现，微生物有机碳可用于预测不同的异养过程（氧气的消耗、反硝化、硫酸盐还原、甲烷生成），表征森林土壤中易被异养微生物利用的有机碳数量。

还有微生物数量、各种酶（脱氢酶、尿素酶、蛋白酶、磷酸酶等）和生物化学反应（呼吸、氮的矿化、硝化、反硝化等）等因其可作为土壤状况的指示指标、易测量而被广泛应用于土壤微生物生态学的研究之中（Schloter et al．，2003；Bending et al．，2004；Truu et al．，2008）。

最常见的研究是用微生物数量和活性作为评价污染物去除效率的参考指标，探讨微生物群落的形成和分布，了解用不同类型人工湿地处理不同来源废水时微生物在其中的作用过程（Kang et al．，1998；Nguyen，2000；Shackle et al．，2000；Nurk et al．，2005；Tietz et al．，2007）。

Tietz等（2007）采用不同方法如底物诱导呼吸（SIR）、萃取等测定了碳氮含量和ATP，研究了砂质垂直潜流人工湿地的微生物数量。