近日，任南琪院士团队中的丁杰教授、杨珊珊副教授课题组在Water Research上发表了题为“New insights into substrates shaped nutrients removal, species interactions and community assembly mechanisms in tidal flow constructed wetlands treating low carbon-to-nitrogen rural wastewater”的研究论文（DOI: 10.1016/j.watres.2024.121600），探究了不同湿地基质对污染物去除，微生物相互作用和群落组装机制的影响。开展了人工湿地脱氮除磷性能、微生物群落相互作用，生态学组装机制、电子传递性能、脱氮相关酶活性、以及关键基因和物种之间贡献度的分析，发现锰矿基人工湿地脱氮除磷的效能更好，微生物间的相互作用更为复杂，有着更多的关键微生物参与碳、氮和磷的转化。同时，锰矿强化了电子传递性能，功能菌的协同合作促进了同步硝化反硝化的过程。
人工湿湿地（CWs）已被广泛用于农村地区的低碳氮比分散式污水的处理。然而目前对人工湿地基质微生物的相互作用和群落组装机制的了解有限，特别是在不同基质下，阻碍了微观层面相互作用与宏观层面湿地性能之间生态联系的建立。本研究构建了不同基质的人工湿地，发现与沸石基人工湿地(CW_A）相比，锰矿基人工湿地(CW_B)对氨氮和总氮的去除率较高。CW_A中的优势微生物属(Candidatus_Competibacter)是反硝化聚糖菌，而CW_B中的优势微生物属(unclassified_f_Blastocatellaceae)主要参与碳和氮的转化。零模型显示，随机过程(漂移)在两个人工湿地中都主导着微生物群落的组装；但在CW_B中，确定性选择所占的比例较高。与CW_A中的微生物相比，CW_B中微生物之间的相互作用更为复杂，有更多的关键微生物参与碳、氮和磷的转化；功能菌的协同合作促进了不同硝化反硝化的过程。锰矿有利于生物膜的形成，提高电子传递系统的活性，增强氨氧化和硝酸盐还原过程。
这项工作建立了微观层面的相互作用与宏观层面湿地性能之间的生态联系。报道了不同基质人工湿地脱氮除磷的性能，并从微生物群落组装机制、物种间相互作用、关键酶活性、电子传递活性，微生物物种与功能代谢关系等方面揭示了人工湿地微生物脱氮除磷的主要作用机制。这项研究阐明了生长在不同基质上的微生物的生态模式，从而加深了我们对基质如何塑造不同微生态系统的理解，其结果可以指导人工湿地的建设和管理。
城市水资源与水环境国家重点实验室为论文通讯单位，实验室丁杰教授、杨珊珊副教授为通讯作者。哈工大环境学院博士生钟乐为论文第一作者。
文章链接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135424005013
