在抗生素胁迫下，Tubifex tubifex（管栖蚓）对饱和垂直流构建湿地中氮去除效果的增强

《Journal of Environmental Radioactivity》：Enhancement of nitrogen removal by Tubifex tubifex in saturated vertical flow constructed wetlands under antibiotic stress

人工湿地氮去除与抗生素胁迫机制研究。实验室模拟发现添加水蛭（Tubifex tubifex）的饱和垂直流人工湿地（VF-CWs）在抗生素存在下，氨氮去除率提升至47.1%±2.2%（p<0.05），硝态氮去除率达71.9%±2.1%（p<0.01）。水蛭通过抗生素吞噬和根系促进吸收，降低抗生素浓度，同时增强AOB活性（氨氧化）、反硝化（narG/nosZ基因）及厌氨氧化过程，促进微生物多样性。

　　在当前的环境问题中，抗生素污染已成为一个备受关注的焦点。随着抗生素在人类和兽医医学中的广泛应用，这些化合物逐渐进入城市和农业废水系统，对水体生态系统造成潜在威胁。尤其是在污水处理过程中，抗生素的去除效率往往不足，导致其残留进入自然水体，影响水质和生态平衡。与此同时，人工湿地（Constructed Wetlands, CWs）作为一种生态友好的污水处理技术，因其高效去除氮、磷等污染物的能力而被广泛采用。其中，饱和垂直流人工湿地（Saturated Vertical Flow Constructed Wetlands, VF-CWs）因其独特的水流方式，能够显著提升污染物的去除效果。然而，抗生素的存在可能会对这些湿地系统的运行效率产生负面影响，进而影响其对氮等污染物的去除能力。

为了应对这一挑战，研究者们开始探索利用生物手段来增强人工湿地的处理能力。在众多可能的生物干预措施中，**Tubifex tubifex**（涡虫）作为一种常见的底栖无脊椎动物，因其在自然水体中的广泛分布和对环境的适应能力，被考虑作为潜在的生物调控因子。涡虫在自然水体中不仅参与有机物的分解，还对营养物质的循环起着重要作用。更重要的是，涡虫能够通过摄食和生物扰动（bioturbation）等机制，改变水体和沉积物中的化学和生物环境，从而间接影响污染物的去除效率。基于这些特性，研究者提出了一个假设：在抗生素污染的废水处理系统中，引入涡虫可能会减轻抗生素对氮去除过程的抑制作用，从而提升整体处理效果。

本研究的目的是验证这一假设，并探讨涡虫在饱和垂直流人工湿地中对氮去除和抗生素污染的缓解作用。研究采用了实验室规模的饱和垂直流人工湿地系统，模拟了实际废水处理环境。实验中，研究人员将涡虫引入湿地系统，并对其对氮去除效率和抗生素浓度的影响进行了系统的分析。实验结果显示，抗生素的存在显著降低了氮去除效率，特别是对氨氮（NH??-N）和硝酸盐/亚硝酸盐氮（NOx?-N）的去除率。然而，当涡虫被引入系统后，这些去除率得到了显著提升。这一结果表明，涡虫的引入不仅有助于提高氮的去除能力，还可能对缓解抗生素污染起到积极作用。

进一步的分析表明，涡虫在抗生素污染的环境下能够有效降低抗生素浓度。这一过程主要通过涡虫的摄食行为和其与植物根系的相互作用实现。涡虫能够直接摄取水体中的抗生素，并将其带入体内进行降解或储存，从而减少水体中的抗生素含量。同时，涡虫的生物扰动作用有助于改善沉积物的通气性，促进根系对氮的吸收。这种改善不仅有助于氮的去除，还可能减少抗生素在植物组织间的迁移，从而降低其对湿地系统的影响。此外，涡虫的引入还对湿地中的微生物群落产生了积极影响，提升了氮循环相关微生物的多样性与丰度。这表明，涡虫可能通过调节微生物群落结构，间接促进氮的去除过程。

研究还发现，涡虫的存在能够显著提升氮去除的关键过程，包括氨氧化（Ammonia Oxidation, AOB）、反硝化（Denitrification, narG 和 nosZ）以及厌氧氨氧化（Anammox）。这些过程在氮去除中扮演着重要角色，而涡虫的引入可能通过改变水体和沉积物中的环境条件，促进这些过程的进行。例如，涡虫的活动可能增加了水体中的溶解氧含量，为氨氧化细菌提供了更适宜的生存环境。同时，涡虫的摄食行为可能为反硝化细菌创造了更多的有机碳源，从而增强其代谢能力。此外，涡虫的肠道环境可能成为厌氧氨氧化细菌的栖息地，进一步促进氮的去除。这些发现表明，涡虫不仅能够直接去除抗生素，还能通过其对微生物群落的调节作用，间接提升氮的去除效率。

除了对氮去除的影响，涡虫的引入还对湿地系统中的抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes, ARGs）的传播产生了抑制作用。抗生素抗性基因的扩散是抗生素污染带来的一个严重后果，这些基因可能通过水平基因转移等方式，被其他微生物或生物体获取，从而增加环境中抗生素抗性菌株的出现概率。研究发现，涡虫的引入显著降低了ARGs的丰度，这可能与其摄食行为和生物扰动作用有关。涡虫在摄食过程中可能通过物理吸附或生物降解等方式，减少环境中抗生素的浓度，从而降低ARGs的表达水平。此外，涡虫的活动可能改变了沉积物的物理化学性质，为抗生素抗性基因的减少提供了有利条件。

在实验过程中，研究人员还关注了涡虫对湿地植物生长和功能的影响。由于抗生素可能对植物的生理代谢产生干扰，影响其根系功能和对污染物的吸收能力，因此评估涡虫对植物的影响对于理解其在湿地系统中的作用至关重要。研究结果显示，涡虫的引入并未对植物的生长造成负面影响，反而可能通过改善沉积物的通气性和根系环境，促进植物的健康生长。这种正向影响可能进一步增强了湿地系统对氮的去除能力，因为健康的植物根系能够更有效地吸收和转化氮化合物。

此外，实验还探讨了涡虫在饱和垂直流人工湿地中的应用潜力。尽管目前已有研究表明涡虫在某些类型的湿地系统中具有积极作用，但其在饱和垂直流人工湿地中的具体作用机制仍需进一步探索。本研究通过实验验证了涡虫在饱和垂直流人工湿地中的应用效果，表明其能够有效提升氮去除效率，并减轻抗生素对湿地系统的负面影响。这一发现为未来在抗生素污染严重的废水处理系统中引入涡虫提供了理论依据和实践支持。

总体而言，本研究揭示了涡虫在抗生素污染环境下的积极作用。涡虫不仅能够直接去除抗生素，还能通过其生物扰动行为和对微生物群落的调节作用，间接提升氮的去除效率。这些结果对于优化人工湿地的运行策略，提高其在复杂污染物环境下的处理能力具有重要意义。同时，研究也为未来在抗生素污染治理和氮去除技术方面提供了新的思路和方法。通过合理引入涡虫等生物因子，可以有效增强人工湿地的生态功能，使其在面对多重污染物时表现出更强的适应性和处理能力。这不仅有助于改善污水处理效果，还能够减少抗生素对生态环境的潜在危害，为可持续水环境管理提供科学支持。