東北地理所在固定化微生物強化人工濕地耐鹽脫氮方面取得新進展
鹽堿地開墾、濱海水產養殖和工業生產中未經處理的含鹽廢水排放量日益增大，嚴重威脅水環境安全，但鹽堿環境不利于人工濕地等生態凈化技術對水體中典型污染物（如氮素）的去除。外源微生物強化技術在人工濕地去除含鹽廢水中氮素方面具有巨大潛力，但外源功能菌的快速流失和反復接種菌劑限制了該技術的實際應用。
針對這一技術瓶頸，東北地理所水環境污染與防治團隊研發了固定化微生物強化人工濕地技術，成功解決了菌劑強化效果持久性差、外源功能菌豐富度低等問題。該技術基于耐鹽脫氮菌Alishewanella sp. F2（ZL2019104415919）的耐鹽反硝化特性，使其與玉米芯粉進行聯合固定化，得到一種固定化耐鹽菌粒（C-F2菌粒，2020110775613），并將C-F2菌粒應用于人工濕地中，以獲得高效持久的脫氮效能。
長期實驗結果表明，在人工濕地底部礫石層添加C-F2菌粒后，由于C-F2菌粒具有豐富的緩釋碳源，同時可提供豐富的微生物附著點，使耐鹽脫氮菌Alishewanella sp. F2成為人工濕地的優勢菌屬之一，并通過Alishewanella sp. F2自身的耐鹽反硝化特性及其對人工濕地系統中部分反硝化菌（如Bacteroides和Clostridium-XlVa菌屬）、植物促生菌（如Cyanobacteria和Gammaproteobacteria菌綱）等土著功能菌的促進作用，有效提高并維持了人工濕地對含鹽廢水（EC = 15 mS/cm）中氮素的去除效率。底部添加C-F2菌粒的微生物強化型人工濕地對NO3--N和TN的平均去除率分別為97.8%和88.1%，均顯著（p < 0.05）高于未強化對照組（48.7%和67.2%）。同時，人工濕地添加C-F2菌粒后有效促進了濕地植物美人蕉的生長，美人蕉TN含量（636.06 mg/microcosm）顯著（p < 0.05）高于未強化對照組（372.06 mg/microcosm）。固定化微生物強化技術除具有高效降解、活性持久等優點外，還解決了重復接種成本高的問題，具有廣闊的應用潛力。本研究突破了人工濕地對含鹽廢水中氮素處理效率低、凈化持久性差的瓶頸，為人工濕地在含鹽廢水處理中實際應用提供了重要的理論和技術支撐。
圖1 固定化微生物強化人工濕地對含鹽廢水中氮素的去除效率
該研究由東北地理所科研助理王鑫壹、祝惠研究員（通訊作者）、閻百興研究員等共同完成。相關成果發表在生態環境領域權威期刊Environmental Pollution（中科院一區TOP，IF = 8.071）上，同時申請國家發明專利3項，其中2項已獲授權。該研究得到中國科學院創新交叉團隊（JCTD-2020-14）和中國科學院青年創新促進會（2017274）等項目的資助。相關信息如下：
Wang, X.Y., Zhu, H., Yan, B.X., Shutes, B., Ba？uelos, G., Wen, H.Y., Cheng R. (2021) Improving denitrification efficiency in constructed wetlands integrated with immobilized bacteria under high saline conditions. Environmental Pollution 287, 117592. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117592
祝惠, 王鑫壹, 閻百興, 陳欣, 于翔霏. 一株以亞硝酸鹽為氮源的耐鹽反硝化細菌及其應用,發明專利, 專利號: ZL2019104415849
祝惠, 王鑫壹, 閻百興, 于翔霏, 陳欣. 一株耐鹽的反硝化細菌及其應用, 發明專利, 專利號: ZL2019104415919
祝惠, 王鑫壹, 閻百興, 程銳, 曹書境. 一種具有耐鹽脫氮能力的微生物材料及其制備方法和應用, 發明專利, 受理號: 2020110775613
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