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潮汐流人工湿地由于其对高氨氮和有机物负荷的污水净化效果非常好,近年来倍受关注。微生物脱氮被认为是人工湿地脱氮最经济高效的途径,但微生物脱氮往往受到湿地内部水分条件等因素的制约。从分子水平来研究不同水文状态下的微生物脱氮过程和脱氮效率,可对构建高效的人工湿地提供科学的指导。目前这方面的研究国内尚不足。本研究探讨了潮汐流人工湿地在不同进水时间的S1系统、不同淹水时间的S2系统和不同闲置时间的S3系统的脱氮效率,采用RT-QPCR等分子生物学技术定量解析了人工湿地内部氮转化微生物功能基因的演化规律,利用逐步回归分析建立了氮转化速率与氮转化功能基因之间的定量响应关系,主要结论如下:(1)潮汐流人工湿地不同的运行状态显著影响人工湿地系统处理效果和脱氮过程。当淹水时间为12h,闲置时间为12h,进水时间从0.167h变化到24h,S1系统的COD、NH4+、TN去除率范围分别为82%~95%,58%~93%,30%~76%;当进水时间为0.167h,闲置时间为12h,淹水时间从12h变化到48h,S2系统的COD、NH4+、TN去除率范围分别为84%~94%,55%~82%,60%~84%;当进水时间为0.167h,淹水时间为12h,闲置时间从4h变化到48h,S3系统的COD、NH4+、TN去除率范围分别为69%~94%,50%~96%,56%~96%。根据本研究的结果,进水时间、淹水时间、闲置时间分别为0.167h、24h、48h,潮汐流人工湿地整体净化效果较好。(2)S1系统在进水时间的限制下,nir S是NH4+转化速率的关键限速因子,nxr A和ANO是NO3-转化速率的关键限速基因,ANO是NO2-转化速率的关键限速因子;S2系统在淹水时间的限制下,ANO是NH4+转化速率的关键限速因子,(nap A+nar G)是NO3-转化速率的关键限速因子,ANO和qnor B基因是TN转化速率的关键限速因子;S3系统在闲置时间的限制下amo A是NH4+转化速率、NO3-转化速率和TN转化速率的关键限速因子。(3)在进水时间的限制下,S1系统内部:NO3-→NO2-与厌氧氨氧化过程耦合是NO3-去除的主要途径,TN去除途径主要是传统的硝化反硝化反应;在淹水时间的限制下,S2系统内部:NH4+去除途径主要是厌氧氨氧化过程与NO3-→NO2-过程的耦合,NO3-和TN去除的主要途径是硝化反硝化;在闲置时间的限制下,S3系统内部:NH4+去除途径主要是CANON(Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite)途径,NO3-去除途径主要是NO3-→NO2-与厌氧氨氧化过程的耦合,TN去除途径主要是CANON途径。(4)逐步回归分结果表明:人工湿地系统内氮转化速率与氮转化菌群和功能基因之间存在显著的定量响应关系;人工湿地内部氮转化过程之间存在多种耦合机制,氮转化速率受制于多种氮转化菌群和功能基因的联合作用。本项研究得到了国家水体污染控制与治理重大专项子课题“伊通河水体生态修复技术与工程示范”(项目号:2012ZX07201-001)的支持。