基于我國農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及水環(huán)境現(xiàn)狀，高效、節(jié)能、綠色生態(tài)和環(huán)境友好的污水處理技術(shù)成為研究熱點(diǎn)[1,2]，蚯蚓生態(tài)濾池（vermifilter）是近年來在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用的新型污水處理技術(shù)[2~5]，該技術(shù)通過在普通的生態(tài)濾池基礎(chǔ)上引入蚯蚓，延長和擴(kuò)展了原有的微生物代謝鏈，充分利用了蚯蚓與微生物的協(xié)同作用，以及蚯蚓的增加通氣性、分解有機(jī)物等功能，更好得更有效得進(jìn)行污水處理[6~8]。作為一種全新概念的污水處理工藝，蚯蚓生態(tài)濾池的工藝性能尚缺乏深入系統(tǒng)的機(jī)理研究。土壤中的酶主要來源于微生物、植物根系和土壤動(dòng)物的分泌，它們的活性與土壤微生物活性密切相關(guān)[9~11]。土壤酶參與了包括土壤生物化學(xué)過程在內(nèi)的自然界物質(zhì)循環(huán)，與有機(jī)物質(zhì)分解、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)移、環(huán)境質(zhì)量等密切相關(guān)，是土壤生物化學(xué)過程的主要調(diào)節(jié)者[10,11]。土壤酶在以土壤為主要處理單元的生態(tài)濾池系統(tǒng)中也起著重要作用，很多學(xué)者認(rèn)為土壤酶會(huì)對(duì)水處理系統(tǒng)中環(huán)境因子的變化做出響應(yīng)[12,13]，并以酶活性強(qiáng)度來評(píng)價(jià)凈化效果[14~16]。因此，研究生態(tài)濾池中的土壤酶的分布及變化，對(duì)于闡明生態(tài)濾池污水凈化機(jī)理有重大的意義。本實(shí)驗(yàn)以構(gòu)建生態(tài)濾池為研究對(duì)象，以期找出蚯蚓生態(tài)濾池土壤酶的空間分布與季節(jié)動(dòng)態(tài)特征，并說明生態(tài)濾池土壤酶活性如何對(duì)蚯蚓活動(dòng)做出相應(yīng)，旨在為闡明蚯蚓生態(tài)濾池凈化機(jī)理以提高凈化效率提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)概況

實(shí)驗(yàn)構(gòu)筑于江蘇省無錫市胡埭鎮(zhèn)龍巖村。生態(tài)濾池小試系統(tǒng)自2009年8月運(yùn)行至今，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。試驗(yàn)流程如圖1所示：當(dāng)?shù)刈舻纳钗鬯?jīng)管道收集，匯聚于三格化糞池，化糞池末格污水經(jīng)泵提升至第一級(jí)垂直流人工濕地，濕地出水進(jìn)入試驗(yàn)所用生態(tài)濾池。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)以生態(tài)濾池小試裝置的表層土壤基質(zhì)為研究對(duì)象。試驗(yàn)設(shè)置兩個(gè)處理：蚯蚓生態(tài)濾池和無蚯蚓的對(duì)照生態(tài)濾池，均采用垂直流人工濕地出水作為試驗(yàn)進(jìn)水。供試生態(tài)濾池裝置由PVC桶制成，直徑×高為Φ40cm×100cm。池體內(nèi)填充物從底至表，依次是：底層，由粒徑20~40mm的卵石組成，厚度10cm；承托層，粒徑5~7mm的礫石組成，厚度10cm；隔離層，由粒徑0.5~1mm的粗砂組成，厚度10cm；土壤層，厚度20cm。土壤層土壤（0~20cm）是特殊配置的人工土，由當(dāng)?shù)赝寥馈從拘技拌F礦粉渣按照體積比10∶3∶1配成，土壤成分含有機(jī)質(zhì)23.38gkg-1，全氮16.19gkg-1，全磷15.34gkg-1，pH6.23。試驗(yàn)期間生態(tài)濾池進(jìn)水水質(zhì)為COD49.9~183.28mgL-1，銨態(tài)氮19.4~64.7mgL-1，總氮25.0~83.7mgL-1，總磷0.26~4.38mgL-1，pH7.39~8.21。供試蚯蚓品種為大平2號(hào)赤子愛勝蚓（Eiseniafoetida）。

1.3樣品的采集與分析

1.3.1土樣樣品的采集與分析

取樣時(shí)間為2008年春（3月）、夏（6月）、秋（9月）、冬（12月）四個(gè)季節(jié)，在供試蚯蚓生態(tài)濾池及對(duì)照生態(tài)濾池中進(jìn)行梅花形布點(diǎn)，按三個(gè)層面（0~5cm、5~10cm、10~20cm）利用柱狀采樣器采集土樣，等量混合。土壤樣品封口袋封裝4℃環(huán)境下帶回實(shí)驗(yàn)室，仔細(xì)去除新鮮土樣中可見植物殘?bào)w及土壤動(dòng)物，過2mm孔徑篩后混勻，于一周內(nèi)測定樣品土壤酶活性。其他土壤風(fēng)干過篩后，測定基本理化指標(biāo)[17]。土壤酶活性的測定[10]：土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定，以葡萄糖含量表示（mgkg-1h-1）；土壤脲酶活性測定采用苯酚鈉比色法，以土壤中NH4+表示（mgkg-1h-1）；土壤堿性磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法，以酚含量表示（mgkg-1h-1）。

1.3.2水樣的采集與分析

實(shí)驗(yàn)期間內(nèi)，土樣采集前一天采集生態(tài)濾池進(jìn)水和出水，過濾后利用濾液測定pH值，采用重鉻酸鉀消解法測定COD，采用荷蘭Skalar公司的流動(dòng)分析儀測定NH4+、TN、TP濃度。

1.3.3蚯蚓采集與分析

分別于2009年9月及2010年9月兩次接種蚯蚓，接種密度均為7.96g蚯蚓/L土壤。采集土壤樣品同時(shí)期，進(jìn)行蚯蚓樣品的計(jì)數(shù)，在Schmidt的方法[18]基礎(chǔ)上適當(dāng)改進(jìn)，具體如下：于蚯蚓生態(tài)濾池內(nèi)隨機(jī)插入一個(gè)Φ10cm×25cm的鐵管，刨出管內(nèi)土壤，并以手揀法采取蚯蚓，帶回實(shí)驗(yàn)室用清水將蚯蚓洗凈并用濾紙吸干后，分別稱取蚯蚓鮮重及記錄個(gè)數(shù)，蚯蚓數(shù)量調(diào)查之后，將采取的蚯蚓重新回接。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理與分析采用SPSS13.0及DPS12.0。

2結(jié)果分析

2.1季節(jié)因素對(duì)蚯蚓生物量的影響

在試驗(yàn)期一年時(shí)間內(nèi)共進(jìn)行了4次蚯蚓計(jì)數(shù)，結(jié)果如表1所示，蚯蚓生態(tài)濾池中的蚯蚓數(shù)量隨著季節(jié)因素波動(dòng)較大。全年蚯蚓數(shù)量變化曲線表現(xiàn)，相比最初投加量，3月蚯蚓數(shù)量表現(xiàn)為小波谷；此后，蚯蚓數(shù)量快速回升，在6月蚯蚓數(shù)量達(dá)到觀測結(jié)果的最高值；7、8月份由于高溫天氣及較大的降雨量的出現(xiàn)，生態(tài)濾池先后發(fā)生堵塞現(xiàn)象，9月蚯蚓生物量降為零點(diǎn)；隨后，蚯蚓的接種使得蚯蚓生態(tài)濾池中的蚯蚓生物量在12月得到回升。

2.2蚯蚓活動(dòng)對(duì)0~20cm填料層土壤酶活性的影響

為了考察蚯蚓活動(dòng)對(duì)生態(tài)濾土壤酶活性的空間分布的影響，將各采樣季的酶活性結(jié)果按照酶種類的不同，分別求均值并作圖（圖2）。結(jié)果表明，蚯蚓生態(tài)濾池與對(duì)照生態(tài)濾池的土壤蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶活性的空間分布特征基本一致，都隨剖面深度的增加呈下降趨勢(shì)；同時(shí)，對(duì)比兩個(gè)處理的各個(gè)水平深度，蚯蚓活動(dòng)能夠不同程度的提高生態(tài)濾池的三種土壤酶活性，對(duì)濾池內(nèi)土壤蔗糖酶及脲酶活性的增強(qiáng)作用較為顯著，而對(duì)堿性磷酸酶的作用僅在5~10cm的土層上達(dá)到了顯著水平。

2.3季節(jié)對(duì)濾池基質(zhì)酶活性的影響

如圖3所示，土壤蔗糖酶活性、脲酶活性和堿性磷酸酶活性均表現(xiàn)出明顯的相類似的季節(jié)波動(dòng)趨勢(shì)，總體表現(xiàn)為三種基質(zhì)酶在秋季活性最高，而秋季和夏季的酶活性高于春季和冬季。