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(jī)制方面取得進(jìn)展
松嫩平原西部是全球三大蘇打鹽堿地集中分布區(qū)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(jīng)充分利用的氮、磷營養(yǎng)鹽，以及鹽堿離子、氟離子等通過農(nóng)田排水網(wǎng)絡(luò)向下游遷移，加劇了農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)受納濕地和湖泊的水環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)安全造成威脅。人工濕地具有污染物去除效率高、建設(shè)成本低、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于污染水體處理，特別是在農(nóng)田排水凈化方面發(fā)揮了重要作用。但目前關(guān)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(bào)道，其內(nèi)部的微生物組裝過程和機(jī)制也不明確。
為解決上述問題，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所水環(huán)境污染與防治研究團(tuán)隊(duì)通過人工濕地生態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，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(zhuǎn)化及微生物學(xué)機(jī)制研究。研究表明，與非鹽堿的對(duì)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(duì)COD、TN和TP的去除效率，但中、低鹽堿處理組仍具有較強(qiáng)的水質(zhì)凈化能力。人工濕地對(duì)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(qiáng)的溫室效應(yīng)，其全球增溫潛勢(shì)（GWP）分別是對(duì)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(jī)過程中的漂移和擴(kuò)散限制主導(dǎo)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(huì)增強(qiáng)微生物棲息地的分化，增加擴(kuò)散限制在群落構(gòu)建中的貢獻(xiàn)，同時(shí)提高共生網(wǎng)絡(luò)的模塊化和復(fù)雜性。這可能是微生物群落抵抗環(huán)境壓力和維持網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的一種策略。
該研究在系統(tǒng)揭示吉林西部地區(qū)農(nóng)田及其排水溝渠系統(tǒng)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(chǔ)上，綜合考慮人工濕地在不同進(jìn)水水質(zhì)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(shè)區(qū)布局的建議。上述研究填補(bǔ)了人工濕地在處理含鹽堿和含氟污水過程中碳氮轉(zhuǎn)化及微生物響應(yīng)機(jī)制方面的研究空白，為人工濕地在吉林西部鹽漬化地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用提供了重要的科學(xué)依據(jù)。
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(xué)機(jī)制
相關(guān)成果發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上，由科研助理苗雅琴（第一作者）、延邊大學(xué)朱衛(wèi)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(xué)基金優(yōu)秀青年基金、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)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
附件下載：
吉公網(wǎng)安備22017302000214號(hào)
