植物是人工濕地系統(tǒng)的重要組成部分之一，其根際是植物與微生物相互作用的主要區(qū)域。大約5%-21%的總光合固定碳以根系分泌物的形式轉(zhuǎn)移到根際，根系分泌物可以改變根際微生物的豐度和多樣性，進(jìn)而影響人工濕地中氮的去除效率。然而，處理高負(fù)荷污水過(guò)程中植物根系分泌物的變化特征及根際微生物群落的響應(yīng)機(jī)制仍不清楚。因此，中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員團(tuán)隊(duì)通過(guò)野外小區(qū)控制試驗(yàn)，選擇了美人蕉、梭魚草和黃菖蒲三種濕地植物對(duì)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理。研究旨在揭示處理高負(fù)荷污水過(guò)程中濕地植物根際微生物群落的響應(yīng)特征及氮去除機(jī)制。

研究發(fā)現(xiàn)：相比于美人蕉，梭魚草和黃菖蒲更適合處理含高濃度氮的養(yǎng)殖廢水。梭魚草和黃菖蒲根系分泌的溶解性有機(jī)碳（DOC）和總有機(jī)酸（TOA）在處理養(yǎng)殖廢水后分泌速率增加，而美人蕉則呈現(xiàn)相反趨勢(shì)。不同濕地植物根際微生物群落具有相同的優(yōu)勢(shì)門，但其相對(duì)豐度上存在差異。在處理養(yǎng)殖廢水后微生物群落具有更加明顯的協(xié)同和共生關(guān)系。養(yǎng)殖廢水中的NH₄⁺-N、TN濃度、pH、溶解氧（DO）含量以及根系分泌的丙二酸和琥珀酸可促進(jìn)根際低豐度的氮循環(huán)功能微生物生長(zhǎng)，進(jìn)而增強(qiáng)微生物對(duì)氮素的降解能力，從而提高了人工濕地中氮的去除效率。本研究結(jié)果有助于進(jìn)一步理解高負(fù)荷污水處理過(guò)程中植物根際氮的去除機(jī)理，也對(duì)人工濕地系統(tǒng)處理高負(fù)荷污水的功能提升技術(shù)具有重要理論價(jià)值。

相關(guān)研究成果以Effect of root exudation on community structure of rhizosphere microorganism of three macrophytes during treating swine wastewater為題發(fā)表在環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)Top期刊Journal of Environmental Management上。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的共同資助。

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人工濕地植物根際脫氮機(jī)制示意圖

環(huán)境因子及根系分泌物對(duì)根際微生物群落的組成和氮循環(huán)功能的影響