人工湿地在牛蛙养殖尾水处理中的微生物作用机制取得新进展

人工湿地在牛蛙养殖尾水处理中的微生物作用机制取得新进展

水产养殖业在快速发展的同时，也带来了尾水污染问题。中国科学院亚热带农业生态研究所谢永宏研究员团队研发的"四池两坝"人工湿地系统，在牛蛙养殖尾水处理方面取得了重要进展。该系统不仅能有效去除总氮、总磷等污染物，还揭示了水生植物和微生物在净化过程中的综合作用机制。

水产养殖业在全球都得到了迅速发展，在满足日益增长的水产品需求的同时，也带来了显著的环境挑战。水产养殖尾水富含有机物、氮、磷等营养物质，未经有效处理直接排放会导致周围水体富营养化、生态失衡。因此，如何有效处理水产养殖尾水已成为当前亟待解决的课题。尽管已有许多研究探讨了人工湿地的处理效果，但关于水生植物和微生物在水产养殖尾水处理中综合作用机制仍缺乏深入了解。

针对上述问题，谢永宏研究员团队研发了“四池两坝”人工湿地（沉淀池、第一过滤坝、曝气池、第二过滤坝、生物滤池、沉水植物稳定池），并在益阳市大通湖区牛蛙养殖基地构建了示范基地。该研究重点探讨了水生植物和附生生物膜在牛蛙养殖尾水处理中的作用机制。

研究发现：

1. 人工湿地系统对牛蛙养殖尾水总氮、总磷去除率均超过60%，且能够有效去除一系列污染物，但效果存在季节性差异，表现为总氮去除具有较高的稳定性，而在磷去除季节波动明显。
2. 曝气池显著提高了溶氧浓度，为7月的除磷和11月的除氮效果提供了基础。
3. 在曝气池、生物滤池中，附生细菌的α-多样性显著高于其他池，表明曝气和生物滤池能够为细菌群落提供更好的栖息环境。
4. 细菌群落结构表现出显著的季节性变化，如7月以厚壁菌门为主，而11月以硝化螺旋菌门和酸杆菌门为主。
5. 与硫代谢、固氮和氧化磷酸化等相关的功能基因在曝气池中表现出明显的时间变化，说明生长期的变化及处理工艺的调整会直接影响生物膜内功能基因的表达。

研究结果表明，曝气和水生植物（尤其是沉水植物）对水产养殖尾水的处理效果发挥了重要作用，水生植物和附生生物膜的综合作用至关重要。在实际应用中，加强水生植物管理和持续曝气是“四池两坝”人工湿地发挥作用的重要技术手段。

这项研究近期发表在《Microorganisms》期刊上，得到了湖南省创新生态建设计划科技合作项目（2023WK2003）和湖南省科技创新平台计划项目（2022PT1010）的资助。

四池两坝人工湿地净化系统

本文原文来自中国科学院亚热带农业生态研究所