人工湿地去除隐孢子虫和贾第虫的植物作用机制研究

Constructed wetland is effective in the removal of cryptosporidium parvum and giardia lamblia, and wetland plants play significant roles in the removal. The proposed project will focus on the removal of cryptosporidium parvum and giardia lamblia from the tail water of municipal sewage treatment plant by using constructed wetland. Plant selection will be conducted to find out wetland plants which can promote the removal of cryptosporidium parvum and giardia lamblia. The effect of root exudates on the surface structure, physical and chemical properties and the infection of cryptosporidium parvum and giardia lamblia under different seasons will be investigated to obtain the mechanism of root exudates in cryptosporidium parvum and giardia lamblia removal. The effect of rhizosphere biofilm on infection and adsorption of cryptosporidium parvum and giardia lamblia will be studied, combined with analysis of the microbial community structure and activity, to reveal the rhizosphere biofilm removal mechanisms. By determining the removal mechanisms, survival characteristics of cryptosporidium parvum and giardia lamblia in the rhizosphere microenvironment of constructed wetland, the research will provide a scientific basis in the control of cryptosporidium parvum and giardia lamblia spread, and application of constructed wetland in removal of cryptosporidium parvum and giardia lamblia.

人工湿地能有效去除隐孢子虫和贾第虫（两虫），湿地植物在"两虫"的去除过程中发挥着重要作用。本项目应用人工湿地处理城市污水处理厂达标尾水中的"两虫"，通过植物筛选，确定对"两虫"去除具有良好促进作用的适用植物；通过剖析不同季节下湿地植物根系分泌物对"两虫"表面结构、理化性质及感染性的影响规律，明确植物根系分泌物在"两虫"去除中的作用机制；通过研究根际生物膜对"两虫"的感染性影响及吸附作用，结合微生物群落结构与活性的变化规律分析，揭示根际生物膜对"两虫"的去除机制，掌握"两虫"在人工湿地根际微环境中的去除规律及存活特性，为控制水体中"两虫"的传播、推动人工湿地在去除"两虫"中的应用提供科学依据。

本项目研究了人工湿地去除隐孢子虫和贾第虫（“两虫”）的植物作用，确定了对“两虫”去除具有良好促进作用的适用植物，明确了植物根系分泌物在“两虫”去除中的作用机制；揭示了根际微生物对“两虫”的去除机制，为控制水体中“两虫”的传播、推动人工湿地在去除“两虫”中的应用提供科学依据。.1、试验表明，各湿地系统的“两虫”去除率均高于99%，但有植物的人工湿地系统“两虫”的残留较无植物系统少，其中菖蒲和芦苇人工湿地系统出水中“两虫”的残留量最少。隐孢子虫卵囊第6天的检出量相比第2天下降了45.45%~100%，表明提高系统的水力停留时间可以在一定程度上促进“两虫”的去除。.2、湿地基质是“两虫”吸附的重要场所，其中无植物人工湿地系统基质上“两虫”的检出量最大，其对隐孢子虫卵囊和贾第鞭毛虫孢囊的基质吸附量分别为902个/kg和89个/kg。进一步的活性检测表明，包括空白系统在内，经处理后“两虫”的活性降低，因此湿地基质能够促进隐孢子虫卵囊和贾第鞭毛虫孢囊死亡，从而从一定程度上降低其感染风险。.3、采用模型化方式，以微球模拟隐孢子虫卵囊的研究表明，植物对微球的吸附去除率在不同植物组织之间存在明显的差异，叶吸附去除效果最好，可达17.32%，根部仅为0.20%，但其单位质量的吸附去除能力远高于茎和叶，可达6.99×105个。进一步细胞切片表明，微球在不同的植物表面及组织细胞间隙均有分布。.4、通过微球模拟实验表明，投加根系分泌物会影响系统内“两虫”去除。当系统内存在根系分泌物时，植物的表面吸附能力减弱，而吸收作用将被增强。.5、通过高通量测序技术，发现不同植物湿地系统微生物的群落结构和数量存在差异，芦苇人工湿地系统的微生物丰度及微生物多样性最高，其所形成的生物膜可能更利于“两虫”的截留去除。.研究成果为推动人工湿地应用于“两虫”去除和风险控制提供了科学依据，对水环境卫生安全保障具有重要意义。