新型生态沟渠系统对农田排水的脱氮性能与机制：温室气体减排协同效应

《Ecological Engineering》：Nitrogen removal from farmland effluents through novel eco-ditch system: Performance and mechanism

本研究构建了结合双层植被和两种工程生物膜载体的新型生态沟渠系统，系统评估了对农田排水硝酸盐（NO3?-N）、亚硝酸盐（NO2?-N）、铵盐（NH4+-N）和总氮（TN）的去除效能（平均去除率分别为37.8%、8.2%、23.7%和28.7%），揭示了菖蒲（Acorus calamus）具有最低全球变暖潜能值（GWP，47.68–97.77 mg CO2-eq m?2 h?1）的温室气体减排优势，并通过微生物群落分析阐明氮代谢途径，为农业面源污染（NPS）治理与气候变化协同 mitigation 提供了创新性解决方案。

　　

Highlight

新型生态沟渠系统通过结合双层植被和两种独特工程生物膜载体，实现了对农田排水中氮污染的高效去除与温室气体（GHGs）排放的协同控制。研究系统解析了氮代谢途径与微生物群落的关联机制，为农业面源污染治理提供了低碳解决方案。

Conclusions

本研究表明，人工生态沟渠可有效处理农业排水。对NO₃^?-N、NO₂^?-N、NH₄⁺-N和TN的平均去除率分别为37.8%、8.2%、23.7%和28.7%。水生植物菖蒲（Acorus calamus）表现出最低的全球变暖潜能值（GWP），对温室气体减排贡献显著。此外，温室气体排放与水体（W）、石滤料（SF）和生物填料（BS）样品中的功能微生物显著相关（Mantel检验p值<0.05）。变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）等微生物通过系列代谢过程参与氮的去除与固定。这些发现证实了生态沟渠在推动可持续农业、改善区域水质和缓解气候变化方面的重要潜力。