東北地理所在鹽堿和氟脅迫下人工濕地碳氮排放及微生物機制方面取得進展
松嫩平原西部是全球三大蘇打鹽堿地集中分布區之一，其土壤具有高鹽分、高堿度和高氟等特征。在鹽堿水田耕作過程中，大量未經充分利用的氮、磷營養鹽，以及鹽堿離子、氟離子等通過農田排水網絡向下游遷移，加劇了農業面源污染風險，對受納濕地和湖泊的水環境質量和生態安全造成威脅。人工濕地具有污染物去除效率高、建設成本低、運行管理簡單等優勢，已被廣泛應用于污染水體處理，特別是在農田排水凈化方面發揮了重要作用。但目前關于鹽堿與氟離子雙重脅迫下人工濕地的凈化效果以及溫室氣體排放特征的研究鮮有報道，其內部的微生物組裝過程和機制也不明確。
為解決上述問題，中國科學院東北地理與農業生態研究所水環境污染與防治研究團隊通過人工濕地生態模擬實驗，開展了鹽堿與氟離子雙重脅迫下人工濕地中碳、氮和磷遷移轉化及微生物學機制研究。研究表明，與非鹽堿的對照處理組比較，不同程度鹽堿與氟離子脅迫均降低了人工濕地對COD、TN和TP的去除效率，但中、低鹽堿處理組仍具有較強的水質凈化能力。人工濕地對氟離子的去除率隨著鹽堿程度的增加逐漸降低，最終的去除率在22.1% ~ 66.5%。高鹽堿人工濕地處理組具有更強的溫室效應，其全球增溫潛勢（GWP）分別是對照組、低鹽堿和中鹽堿處理組的2.2倍、4.2倍和3.9倍。微生物組裝分析表明，隨機過程中的漂移和擴散限制主導了人工濕地的微生物群落組裝過程，鹽堿水平的升高可能會增強微生物棲息地的分化，增加擴散限制在群落構建中的貢獻，同時提高共生網絡的模塊化和復雜性。這可能是微生物群落抵抗環境壓力和維持網絡穩定性的一種策略。
該研究在系統揭示吉林西部地區農田及其排水溝渠系統中主要面源污染物、鹽堿離子和氟離子濃度的空間分布特征的基礎上，綜合考慮人工濕地在不同進水水質條件下的污染物凈化效率和GWP，提出了吉林西部人工濕地適宜建設區布局的建議。上述研究填補了人工濕地在處理含鹽堿和含氟污水過程中碳氮轉化及微生物響應機制方面的研究空白，為人工濕地在吉林西部鹽漬化地區的實際應用提供了重要的科學依據。
圖1 鹽堿與氟離子雙重脅迫下人工濕地溫室氣體排放特征及微生物學機制
相關成果發表在《Chemical Engineering Journal》上，由科研助理苗雅琴（第一作者）、延邊大學朱衛紅教授（通訊作者）、祝惠研究員（通訊作者）等人共同完成。該研究得到吉林省自然科學基金優秀青年基金、國家自然科學基金、中國科學院創新交叉團隊、中國科學院青年創新促進會等資助。
論文信息及鏈接如下：
Miao,Y.Q.,Shen,Y.T.,Hou,S.N.,Cui,H.,Zhu,W.H.,Zhu,H.,2024. Greenhouse gases emissions and microbial assembly mechanism in constructed wetlands for treating saline-alkali and fluoride-laden drainage water. Chemical Engineering Journal 498,155172. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155172
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