杞麓湖中河河口表流湿地净化河道污染水的效果及其微生物群落特征

陈小弯，田华川 ，常军军*，陈礼强，舒兴权 ，冯秀祥 *

1.云南大学生态与环境学院，云南 昆明 650500；2.通海秀杞生态投资建设有限公司，云南 玉溪 652700；3.云南建设基础设施投资股份有限公司，云南 昆明 650501；4.云南大学国际河流与生态安全研究院，云南 昆明 650500

作为全球性的水生态环境问题，湖泊富营养化会导致藻类水华爆发、水体透明度下降、湖泊水生生态结构退化、生物多样性降低等一系列严重后果（郭楠楠等，2019），而面源污染输入已成为当前引发湖泊富营养化的主要原因之一（秦伯强，2020）。因此，消减入湖面源污水中的氮磷和有机物污染负荷对于湖泊富营养化的控制十分重要。

人工湿地（Constructed Wetland，CW）是上世纪七十年代兴起的一种生态型污水处理方式，是人工模拟自然湿地的结构和功能进行设计和建造的，具有适宜净化低污染水，建设运行和维护能耗、成本低，管理简便等优点（Adrados et al.，2014；陈昢圳等，2019）。恢复、建设人工湿地还有利于防洪和生物多样性保护，且可形成适宜人类休憩的生态景观，具有较高的社会服务价值（刘冬等，2017）。人工湿地利用物理、化学和生物的协同作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、水生植物吸收和微生物分解等作用实现对污水的净化，其中微生物的活性和多样性对于湿地除污能力的维持十分关键（Li et al.，2020）。研究表明，湿地植物的吸收作用对N的去除贡献有限，在最佳条件下也只占总去除率的10%—16%，而微生物的硝化-反硝化作用对N的去除贡献可达54%—94%（尹晓雪等，2020）。因此，微生物是湿地系统的关键要素之一，考察微生物群落特征对阐明人工湿地系统的运行效能和污水净化机制至关重要。

入湖河流携带了来自流域内的大量污染物质，是湖泊污染负荷的重要来源。削减入湖河流的污染负荷是防控湖泊富营养化的必要措施之一。在入湖河口建设湖滨型人工湿地可有效截留或降解有机物和无机盐（Li et al.，2008），在防控湖泊富营养化中形成最后一道保护屏障，对改善提升湖泊水生态环境质量十分重要。杞麓湖是云南九大高原湖泊中污染较严重的湖泊，流域内农业面源污染负荷重，入湖河道水质长期处于劣Ⅴ类（王万宾等，2020）。因此，为了削减杞麓湖入湖污染负荷，保护湖泊生态环境质量，与其他云南高原湖泊一样，在杞麓湖主要入湖河道的河口区域构建或升级改造了多个人工湿地用于削减河道水中的污染物质，同时兼具改善湖滨生态环境和为居民提供休闲娱乐场所的功能。其中建设于杞麓湖重要入湖河道——中河河口旁的湿地便是一个典型的湖滨人工湿地。但当前对规模化的湖滨人工湿地的污水净化效能和微生物特征等还缺乏系统的分析和评估，不利于湖滨湿地的合理建设、运行和管理及其环境生态功能的发挥。

基于此，以杞麓湖中河河口人工湿地为研究对象，对其污水净化效能进行为期1年的监测分析，同时通过高通量测序手段分析湿地的微生物群落结构特征，以期全面评估该人工湿地的运行状况，为高原湖泊湖滨湿地的合理建设、运行和管理提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

杞麓湖（102°30′25″—102°52′53″E，23°55′11″—24°14′49″N）位于云南省玉溪市通海县，属于云南九大高原湖泊之一，是关系通海县经济和民生的“母亲湖”（赵筱青等，2019）。据《通海县统计年鉴(2016年)》统计，杞麓湖流域内总耕地 9933.3 hm2，是云南省最大的蔬菜种植生产基地（白少云等，2020），流域内农业面源污染负荷极重（向梦等，2021）。杞麓湖流域内包含中河、红旗河、者湾河、大新河4条主要入湖河流，农田尾水、分散生活污水、污水厂尾水、面源污水等排放至这些河道中，导致河道水质长期处于劣Ⅴ类，杞麓湖的富营养化程度也较高（赵筱青等，2019）。

中河河口人工湿地（图 1）位于杞麓湖南端的国家湿地公园主入口处，中河河道末端旁，属湿地提升改造工程，占地面积5.43 hm2，于2020年建成运行，为表面流人工湿地。表面流湿地与天然湿地在外观和功能结构方面相类似，由于具有建设成本和难度低、生态服务价值高等优势已被广泛恢复、建设于云南高原湖泊湖滨以净化面源污染、恢复湖滨生态系统。该湿地的建设与运行还具有杞麓湖流域退耕还湿的重要示范作用，作为小型湿地公园可使区域内的人民群众切身体会到生态环境改善带来的效益。

图1 中河河口人工湿地所在位置、采样位点、湿地各净化单元及其优势水生植物示意图Figure 1 Schematic diagram of the location, sampling points, purification units and the dominant aquatic plant species in the CW at Zhonghe river estuary

中河河口湿地中以人为种植的挺水观赏植物荷花（Nelumbo nucifera）和自然生长成为优势种的漂浮植物大薸（Pistia stratiotes）为水生植物优势种。湿地设计了植物强化沉淀塘、一级表流湿地、兼性塘、二级表流湿地等单元（图1），通过各单元的沉降、滞留、植物吸收、微生物转化分解等途径对河道污染水进行净化后返回河道以回用，减少入湖污染负荷。

1.2 采样点的布设

中河河口湿地所在位置及采样点如图1所示，采样点（共5个）沿水流方向（如图1中箭头示意）布设在图中红圈所示处。除进出水口外，在湿地内部沿程布设3个采样点。采样点分别命名为A1（进水端）、A2[植物强化沉淀塘出水，该强化塘设置了泡沫载体式浮床，种植了水芹（Oenanthe javanica）、菖蒲（Acorus calamus）等水生植物]、A3（一级表流湿地）、A4（兼性塘）、A5（经过二级表流湿地后的出水）。

1.3 样品采集和测定

2020年8月—2021年8月，每月下旬采集水样，取样时间为14:00—15:00。采用便携式采水器采集0.5 m深度处水样至洁净的500 mL聚乙烯瓶中，置于冷藏箱中保存待测。现场采用便携式多功能水质参数仪（Multi 90i portable meter, Korea）分析测定pH、溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）、浊度、温度等指标。水样放置于冷藏箱中带回实验室按照国家标准方法（国家环境保护总局，2002）尽快分析测定COD、TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TP等指标。应用Microsoft Excel 2018和Origin Pro 2021对水质数据进行处理和绘图分析，并用SPSS 23.0进行单因素方差分析，取95%的置信度水平分析处理组间的显著性，以不同字母表示组间具有显著性差异。

于2021年8月使用采泥器采集取水点对应点位0—10 cm的表层底泥样品置于封口袋放入液氮中保存，用于微生物群落结构的分析。

1.4 微生物群落分析

底泥中微生物的总 DNA使用 Mag-Bind Soil DNA试剂盒（Omega，USA）按照说明书步骤进行提取，使用1.20%琼脂糖凝胶电泳检验 DNA样品的质量。使用细菌 16S rRNA基因引物 515F（ 5′-GTGYCAGCMGCCGCGGTAA-3′） 与 806R（5′-GGACTACNVGGGTWTCTAAT-3′）对提取的DNA的V4保守区进行PCR扩增，扩增产物片段经电泳检测并纯化后使用 Illumina MiSeq测序平台进行高通量测序，测序由上海派森诺生物技术有限公司完成。对所获得的序列进行质量控制，采用DADA2方法，QIIME 2（2019.4）软件去引物、质量过滤、去噪、拼接和去嵌合体，生成特征序列。按照97%的一致性对特征序列进行OTU聚类，将OTU代表性序列与silva_132数据库进行对比物种注释（Ji et al.，2022）。根据OTU值计算物种丰富度指数（Chao1和Observed Species）和多样性指数（Shannon和Simpson）；应用R软件绘制物种聚类热图；应用Origin Pro 2021软件绘制微生物群落相对丰度图和Venn图。

2 结果与讨论

2.1 中河河口表流湿地的污水净化效果

2.1.1 pH、DO和浊度

pH和DO是非常重要的环境因子，显著影响湿地植物、微生物的生长和代谢，进而影响污染物在湿地中的赋存形态和转化过程。由图2可知，湿地系统内污水pH在6.06—7.92之间，随湿地沿程呈上升趋势，点位A3、A4、A5处的水质略偏碱性，接近许多天然水体的pH值。DO质量浓度在0.3—12.4 mg·L-1之间，波动较大，受环境条件和污染水平等的影响，点位A4处的DO质量浓度显著高于A2和A3。总体上，水体浊度随湿地沿程呈下降趋势，A3和A4处的浊度显著低于进水处，表明该表流湿地通过沉淀、吸附、过滤等作用对河道污染水中的悬浮物有较好的削减效果。

图2 中河河口湿地pH（a）、DO（b）、浊度（c）沿程月均值变化Figure 2 Variation of monthly mean values of pH (a), DO (b) and turbidity (c) along the sampling points in the CW at Zhonghe river estuary

2.1.2 NH4+-N的去除

图 3a显示了中河河口湿地不同月份沿程各样点的 NH4+-N浓度。由图可知，湿地系统的进水NH4+-N质量浓度为2.34—14.88 mg·L-1，波动较大，其中2021年1月进水NH4+-N浓度最高，2021年6月最低。由于当地蔬菜种植及施肥作业没有明显的季节规律，这可能与来水河道流域内水量的大小有关——1月水量较小，NH4+-N浓度较高。湿地沿程方向上NH4+-N浓度整体呈下降趋势，出水浓度为0.36—7.45 mg·L-1，削减作用明显。从各个处理单元看，A1—A2段的NH4+-N去除效果普遍不佳，尤其是2021年5—8月浓度反而有所升高，这可能与此时处于雨季，雨水冲刷使得N输入（D’Acunha et al.，2019）以及有机氮转化为NH4+-N有关。A2—A3段对NH4+-N的整体去除效果较好，其中2020年12月—2021年5月该段的去除率均高于30%，表明一级表流湿地在NH4+-N去除中发挥着重要作用。污水中的NH4+-N主要通过微生物在好氧环境下的硝化作用转化成NO3--N而去除，DO是限制硝化作用的重要因子（陈涛等，2018），而表流湿地复氧效果相对较好，有利于硝化反应的进行。

图3 中河河口人工湿地中NH4+-N的月浓度变化（a）和季节去除效率（b）Figure 3 Monthly variation of NH4+-N concentration (a) and seasonal NH4+-N removal efficiency (b)in the CW at Zhonghe river estuary

由图3b可知，冬、春、秋季的NH4+-N去除效果优于夏季，冬季（12—2月）NH4+-N的平均去除率可达 73.7%，其次是春季（3—5月）和秋季（9—11月），分别为60.6%和50.2%，夏季（6—8月）的平均去除率仅为 16.4%。人工湿地在冬季时对NH4+-N的去除效率不佳，主要是因为受到低温的较大影响（Yu et al.，2020），但本湖滨湿地的 NH4+-N去除效率变化与这一普遍规律不符，主要的原因可能是冬季河道中NH4+-N浓度明显高于其他季节，且冬季湿地水温仍在 13 ℃左右，硝化功能受温度的影响有限，且湿地中DO含量较高，湿地仍能发挥较好的NH4+-N去除效率。而夏季时NH4+-N去除效率不佳，甚至出现负值，可能与夏季湿地中 DO不高（大量水生植物覆盖水面）、湿地周边外源输入多、植物强化沉淀塘在高温下发生部分水生植物腐烂及底泥中氮的二次释放有关（王良杰等，2019）。因此，湖滨表流湿地管理应注重过量水生植物的收割和妥善处理以及长期积累的底泥污染物的定期清理。

2.1.3 NO3--N的去除

由图4a可知，湿地系统的NO3--N进水质量浓度为2.54—17.62 mg·L-1，2020年11月进水质量浓度最高。NO3--N质量浓度随湿地沿程整体呈下降趋势，出水浓度为0.22—12.75 mg·L-1，但2021年4月中间各点浓度明显高于进水，特别是 A2处的NO3--N浓度急剧升高，这可能与进水NH4+-N浓度较高，反硝化作用进行不完全以及植物强化沉淀塘的内源污染释放有关。从不同处理单元看，点位A2和A4处NO3--N浓度降低明显，而A2—A3段去除效果不佳，说明植物沉淀强化塘和兼性塘具有适宜的缺氧微环境，有利于反硝化过程的进行。

图4 中河河口人工湿地中NO3--N的月浓度变化（a）和季节去除效率（b）Figure 4 Monthly variation of NO3--N concentration (a) and seasonal NO3--N removal efficiency (b)in the CW at Zhonghe river estuary

由图4b可知，秋季湿地对NO3--N的去除效果最好，平均去除率高达81.1%。其次是冬、夏季，分别为27.6%和26.4%，而春季NO3--N出现累积（去除率-9.4%）。湿地对NO3--N的去除主要依靠微生物的反硝化作用，其一般发生在表流湿地处于厌氧或缺氧条件下的低层水体或底泥中，且碳源是主要的限制因子（Ji et al.，2022）。由于湿地进水中有机物含量相对低且生物可利用性不高，因此，枯萎、腐败的植物残体释放的有机物是湿地中微生物进行反硝化时的主要有机碳源（周林飞等，2016）。在中河河口湿地中，秋季（9月底）对开始枯萎的植物（主要是荷花和大薸）进行人为收割、打捞，但水面下仍有植物体残留，为微生物的反硝化作用提供了较为充足的碳源，且秋季的水温也有利于微生物的反硝化脱氮作用，因此此时NO3--N去除效果较好。在人工湿地的运行管理中，需控制湿地植物的收割管理强度，既要减少因植物腐败而释放的内源污染，又要保留一定量的有机碳源以促进反硝化脱氮过程的顺利进行。

2.1.4 NO2--N浓度

NO2-是硝化、反硝化反应的中间产物，其浓度可反映硝化、反硝化作用过程的完成程度，在脱氮过程顺利进行时人工湿地中积累的NO2-较少（尹晓雪等，2020）。由图5可知，NO2--N浓度随湿地沿程的变化与NO3--N类似，整体呈下降趋势，表明湿地中不断进行着脱氮过程。2021年4月NO2--N浓度较高，表明硝化、反硝化作用受到了相对较强的抑制。

图5 中河河口人工湿地中NO2--N质量浓度的变化Figure 5 Variation of NO2--N concentration in the CW at Zhonghe river estuary

2.1.5 TN的去除

中河河口湿地系统在不同月份的TN浓度如图6a所示，进水TN质量浓度为9.81—34.16 mg·L-1，出水TN质量浓度为4.73—23.97 mg·L-1，随进水浓度的波动而波动。TN浓度随湿地沿程总体呈下降趋势。从湿地各个处理单元看，除A2—A3段外，湿地对 TN的去除效果良好。其中，A1—A2段在2020年8月—2021年5月的净化效果较好，TN浓度下降明显，而A3—A4段则在2021年6—8月处理效果更佳。这是由于进水中大量的颗粒态N沉积在A1—A2段，且该段设置了生态浮床，并有大量漂浮植物生长，因此TN去除效果相对较好。而A2—A3段的一级表流湿地则因反硝化作用较弱且外源氮的输入较多等原因对TN的去除效能不佳。

图6 中河河口人工湿地中TN的月浓度变化（a）和季节去除效率（b）Figure 6 Monthly variation of TN concentration (a) and seasonal TN removal efficiency (b) in the CW at Zhonghe river estuary

由图6b可知，该湿地系统的TN季节去除特征总体上与 NO3--N的去除特征保持一致。秋季 TN的去除效果最好，平均去除率为64.7%，其次是冬、夏两季，去除率分别为29.8%、27.3%。春季去除率最低，为22.3%。秋季较好的TN去除效果得益于较强的反硝化作用（图 4b）。低温会导致人工湿地的脱氮效率较差（Xu et al.，2018），而中河河口湿地冬季时TN进水浓度较高，且云南高原湖泊区域冬季时仍能保持相对适宜的水温，温度对脱氮过程的抑制作用有限，因此冬季时的脱氮效果仍相对良好。卢少勇等（2008）研究也表明，在冬季进水浓度显著高于春季时，会出现冬季脱氮效率高于春季的现象。在中河河口湿地中，NH4+-N的去除主要发生在A2—A3段，NO3--N的去除主要发生在A1—A2和A3—A4段，通过各单元的协同作用达到脱氮的目的。尽管如此，湿地的脱氮效率（尤其在春季时）仍需进一步提升，其方法主要包括为脱氮微生物的生长和作用创造良好的环境条件、优化植物管理等。

2.1.6 TP和COD的去除

湿地系统除磷的主要途径包括植物吸收、微生物转化与累积、基质的物理化学反应（吸附、沉淀、离子交换、络合等）等（冀泽华等，2016；陈昢圳等，2019）。由图7a可知，TP浓度在湿地沿程方向上总体呈下降趋势，在 A4处略有升高的可能原因是外源输入、植物腐败和底泥释放等。从各单元的处理效果看，A2—A3段的去除效果最好，为20.7%。然而，中河河口湿地对P的总体去除效果不佳，平均去除率为31.8%，各样点浓度间没有显著性差异，且浓度波动较大，去除率无法得到保障。表流人工湿地对磷的去除主要依靠植物的吸收、颗粒态磷的沉降和底泥的吸附作用等实现（冀泽华等，2016），但无法很好地发挥填料磷吸附、沉淀这一关键作用途径，因此表流湿地的除磷效果不甚理想（陈涛等，2018；潘傲等，2019）。在类似的表流湿地中需采取强化除磷的措施，如在湿地的适当位置设置可强化除磷的填料堆以去除污水中的磷。

图7 中河河口人工湿地TP（a）和COD（b）质量浓度的沿程变化Figure 7 Variation of TP (a) and COD (b) concentrations along the sampling points in the CW at Zhonghe river estuary

由图7b可知，湿地系统进水COD浓度相对较低，一些月份低于30 mg·L-1，湿地月均COD去除率为21.7%，较低的进水浓度是COD去除率不高的原因之一。研究表明，湿地的COD去除率与进水浓度存在显著正相关关系（王良杰等，2019）。同时，植物体有机物的释放也在一定程度上限制了系统对COD的去除。从湿地各单元看，A1—A2段和 A2—A3段的COD去除效果相对较好，A3处的COD浓度显著低于进水口，但在湿地中后段COD浓度反而有一定程度的升高，这可能与水生植物的腐败及周边树叶等外源有机物的输入有关。因此，表流湿地系统需加强植物的管理以减少内源污染，并研发提升其COD去除效率的方法，如构建以沉水植被为主的表流湿地系统，提高透明度和水下光强，为微生物提供更佳的生存微环境，提升有机物的降解转化速率，减少底泥有机污染物的释放等。

2.2 中河河口湿地底泥微生物群落结构特征

2.2.1 微生物群落的Alpha多样性

微生物是污染物降解的主要执行者，其群落结构特征与湿地污染物净化效果紧密相关（Ji et al.，2022）。2021年8月对湿地各样点表层底泥中的细菌群落进行了测序分析，根据 OTU计算出反映微生物群落 α多样性的Chao1、Observed Species和Shannon、Simpson指数，结果如图8所示。A3和A4点处微生物的丰富度指数相对较高，其次是A5，最后是 A1、A2。多样性指数遵循同样的趋势，表明该湿地系统中一级表流湿地（A3）和兼性塘（A4）处的细菌物种数、菌群丰富度和多样性相对较高。其可能的原因是A3处水深相对较浅，且有大量荷花生长，而A4处为开阔水面，复氧能力强，均为微生物的生长提供了相对较优的微环境，这与A3、A4单元对NH4+-N和NO3--N的去除效果较好有一定的对应关系。而A1、A2处的微生物丰富度和多样性较低可能与湿地进水区域存在着较复杂多样且浓度水平较高的污染物以及水深较深，底部较低的DO浓度限制了好氧微生物的生长有关。

图8 中河河口人工湿地底泥微生物的丰富度（a）与多样性（b）指数Figure 8 Richness (a) and diversity (b) indexes of microbial community in sediment of the CW at Zhonghe river estuary

2.2.2 湿地底泥微生物群落组成

图 9a所示为湿地底泥中细菌在门分类水平下的群落组成，可见优势菌门主要包括：变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、酸杆菌门（Acidobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）和浮霉菌门（Planctomycetes），其序列总和占全部序列的79%—88%。其中变形菌门丰度最高，在各样点的相对丰度为 40.4%—52.2%。变形菌门微生物通常具有较快的生长速度和多样化的代谢途径，广泛分布于人工湿地中（Yan et al.，2017），在营养物质和有机物的去除中发挥着重要作用（Wang et al.，2020），如大多数反硝化菌属于变形菌门，在脱氮中起主要作用（Ji et al.，2022）。A2和A4处变形菌门的相对丰度较高，与相应单元具有较好的脱氮效能相一致（图6）。绿弯菌门在各点位的相对丰度为8.7%—19.9%，与变形菌门不同，其在A3和A5处的丰度更高。研究表明，绿弯菌代谢能力广泛，可为异养细菌降解污染物提供能量，还可参加氮循环过程（鲜文东等，2020）。因此，绿弯菌在含有复杂化合物的高污染沉积物中被普遍检测到（Zhang et al.，2021）。A3和A5点位水生植物生长十分茂盛，残体沉积量大，这可能是两个点位绿弯菌丰度较高的原因。拟杆菌的相对丰度为8.0%—20.4%，厚壁菌的丰度为1.5%—5.8%，这两个门类在反硝化过程中同样发挥着重要作用（Cao et al.，2017），A2处的高反硝化效率可能与拟杆菌和厚壁菌的相对丰度较高有关。厌氧氨氧化菌属于浮霉菌门，可在厌氧条件下将 NH4+直接氧化为 N2，对 NH4+-N的去除具有重要作用（Zhang et al.，2021）。A3、A4和A5处的浮霉菌门丰度大于3%，其可能在NH4+-N的去除中发挥了一定作用。

图9 中河河口人工湿地底泥微生物在门（a）、属（b）水平上的群落结构Figure 9 Microbial community structure at the level of phylum (a) and genus (b) in sediment of the CW at Zhonghe river estuary

湿地微生物属分类水平下的群落组成如图 9b所示，优势属菌群为硫杆菌属（Thiobacillus，3.6%—17.3%）、拟杆菌纲（Bacteroidia）下的Bacteroidetes_vadinHA17属（3.9%—10.0%）、δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria）下的 Sva0485 属（0.49%—3.70%）、厌氧菌纲（Anaerolineae）下的SBR1031属（0.88%—2.55%）等。其中，硫杆菌属丰度最高，随湿地沿程呈上升趋势。硫杆菌属于 γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria），是自养反硝化菌（Zhang et al.，2021），在氮的去除中发挥着重要作用。Bacteroidetes_vadinHA17属于拟杆菌科，同样在反硝化过程中起着重要作用，其在A1和A2处的丰度明显高于其他点位。硫杆菌属和Bacteroidetes_vadinHA17在A3处的丰度明显低于其他点位，可在一定程度上解释该点位反硝化效果较差。此外，湿地系统中相对丰度大于 1%的反硝化菌属还有γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）下的聚糖菌属（Candidatus_Competibacter，0.5%—2.9%）、红环菌科（Rhodocyclaceae)下的Denitratisoma属（0.3%—1.5%）。聚糖菌可还原NO3-和NO2-（韩亚琳等，2021），是重要的反硝化菌属，其丰度在湿地沿程方向上呈下降趋势，A1和A2处的丰度明显高于其他点位。Denitratisoma属是Fahrbach et al.（2006）从城市污水处理厂的活性污泥中分离得到的新属，具有好氧反硝化能力，可直接将NO2-转化为气态氮，该属在A2—A4处丰度均较高，其中在A4处最高。综上，A1—A2段和A3—A4段相对较高的NO3--N去除效率与其较高的反硝化菌丰度有关。

2.2.3 微生物群落的相似性和差异性

Venn图显示了湿地各点位独有和共有的 OTU数。由图10可知，5个样点共有423个OTU，占OTU总数的3.75%，说明不同点位间差异较大。A3和A4之间共有OTU最多（528个），A1和A4间共有OTU最少（55个）。A2独有的OTU个数最少，为1043个；A3独有的OTU个数最多，为1923个，占总数的17.1%，这可能是由于该样点与其他样点相比环境条件差异较大（A3处水深较浅，密布水生植物）。

图10 中河河口湿地微生物OTU分布的Venn图Figure 10 Venn diagram of microbial OTU distribution in the CW at Zhonghe river estuary

选取湿地微生物属水平丰度前 20的种群绘制热图，并对 5个样点进行聚类分析，结果如图 11所示。总体上，样品可分为 A1、A2和 A3、A4、A5两个分支，其中A3和A4又为一个小分支，表明A1和A2在微生物群落组成上较接近，而A3、A4和A5较接近。可见随着污水流动得以净化，湿地沿程后段的微生物群落结构趋于相似。湿地进水区域A1、A2与其他样点的微生物群落结构差异较大的原因是两个点位分布了较多的拟杆菌纲（Bacteroidia）下的Bacteroidetes_vadinHA17属（10.0%，6.7%）、γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）下的聚糖菌属（Candidatus_Competibacter，2.9%，1.6%）、拟杆菌纲（Bacteroidia）下的Lentimicrobiaceae属（2.2%，1.7%）、δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria）下的Smithella属（1.7%，1.6%），而螺旋体属（Spirochaeta_2，0.7%，0.6%）、硫碱螺旋菌属（Thioalkalispira，0.03%，0.03%）、Aminicenantales属（0.5%，0.3%）、厌氧菌纲（Anaerolineae）下的RBG-13-54-9属（0.5%，0.3%）的相对丰度则较低。点位 A5的微生物群落结构与A3、A4相比又有一定的差异，主要体现在其硫杆菌属（Thiobacillus，17.3%）、绿弯菌门（Chloroflexi）下的 RBG-16-58-14属（2.2%）、硫碱螺旋菌属（Thioalkalispira，2.6%）和拟杆菌纲（Bacteroidia）下的SB-5属（1.3%）的相对丰度明显高于A3和A4。

图11 中河河口人工湿地微生物群落属水平聚类分析热图Figure 11 Heat map of clustering analysis of microbial community at the genus level in the CW at Zhonghe river estuary

3 结论

（1）周年监测结果显示，位于云南高原湖泊杞麓湖湖滨的中河河口表流湿地的脱氮效果良好，其中冬季NH4+-N的去除效果较好，达73.7%，而秋季NO3--N和TN的去除效果最好，去除率分别为81.1%和64.7%。一级表流湿地单元对NH4+-N的去除效果较好，而植物强化沉淀塘和兼性塘单元对NO3--N和TN的去除效果较好，湿地各单元协同完成脱氮过程。该湿地系统对TP和COD的去除效果不理想，月均去除率分别为31.8%和21.7%，需进一步采取措施予以强化。该湖滨湿地的净水效能与进水污染负荷、净化单元状况、植物管理、外源输入等密切相关。

（2）中河河口湿地底泥微生物的丰富度和多样性在一级表流湿地和兼性塘单元处较高。湿地中变形菌门为最主要的优势菌门，且在植物强化沉淀塘单元的丰度最高。硫杆菌属、Bacteroidetes_vadinHA17属、聚糖菌属为该湿地的优势菌属，在脱氮过程中起着重要作用。聚类分析表明，湿地系统进水端（A1、A2）的微生物群落结构较相似，而后段（A3、A4、A5）的微生物群落更相似，湿地中累积的污染物及其浓度水平是造成这一现象的重要原因。

致谢：感谢云南大学邓盛炯、寄博华、向乾乾、司光正、江明等同学以及通海秀杞生态投资建设有限公司代文邵、关梦莎在样品采集和分析过程中的大力支持和帮助！