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富营养化是全球水环境难题，内源氮（N）、磷（P）是关键。研究人员构建 MgFe-LDHs/Vallisneria natans联合系统除 N、P。该系统对水体和沉积物中 N、P 去除效果显著，还揭示了协同机制。为富营养化治理提供新技术，意义重大。
富营养化，被称为 “生态癌症”，正严重威胁着全球的水环境。想象一下，原本清澈的湖水变得浑浊不堪，水面上漂浮着大量藻类，水下的鱼儿因缺氧而痛苦挣扎，整个水生态系统陷入危机。这一切的 “幕后黑手”，就是水体富营养化。传统的治理方法在面对这一难题时，总是显得力不从心。目前，基于吸附剂功能材料的 P 钝化技术虽有发展，但像 La/Zr 改性材料成本高、有重金属风险，且受多种因素影响，去除效率难以保证。而自然沉积物中内源 N 的去除主要依赖微生物反硝化，过程缓慢且抗干扰能力弱。为了找到更有效的治理方法，科研人员踏上了探索之旅。
不知来自何处的研究人员开展了一项关于构建新型 MgFe-LDHs/Vallisneria natans（V. natans）联合系统的研究。他们希望通过这个联合系统，同时有效地去除富营养化水体中的内源 N 和 P。经过一系列的实验和研究，他们发现这个联合系统效果显著。在修复期间，该联合系统对改善上覆水水质效果明显，溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）和悬浮物（SS）等指标都有显著变化，总磷（TP）、总氮（TN）和氨氮（NH4+-N）的去除效率高达 99%。在沉积物中，TP 和 TN 的去除率分别约为 68% 和 63%，其中有机磷（Org-P）和 NH4+-N 的减少占了大部分。这项研究成果发表在《Environmental Research》上，为富营养化水体的治理提供了新的方向和理论依据，有望改善日益恶化的水生态环境。
研究人员为开展这项研究，运用了多种关键技术方法。首先，制备了具有高水稳定性的聚合物支撑的 MgFe-LDHs 材料，这是联合系统的重要组成部分。接着，通过 45 天的实验，对 MgFe-LDHs/V. natans耦合系统中内源 N 和 P 的去除性能进行研究，期间对 N 和 P 的形态变化及其在上覆水和沉积物中的动态关系进行探索。同时，对根际内源 N 和 P 形态、酶活性及典型根系分泌物进行定性和定量分析，并结合微生物群落变化、功能基因表达和元基因组分析结果，深入探究联合系统去除内源 N 和 P 的协同强化机制 。
上覆水水质变化
研究人员观察了 45 天修复期内典型水质指标的变化。结果发现，添加 MgFe-LDHs 和V. natans后，上覆水水质明显改善。其中，MgFe-LDHs/V. natans组合对 DO、ORP 和 SS 的改善最为显著。DO 浓度从 2.1mg/L 增加到 4.0mg/L，ORP 值从 172 上升到 226。这表明联合系统对改善上覆水的氧化还原状态和溶解氧水平效果显著，为水体生态系统的恢复创造了良好条件。
沉积物中氮磷去除效果
在沉积物方面，研究测定了 TP 和 TN 的去除率。结果显示，TP 去除率约为 68%，TN 去除率约为 63%。进一步分析发现，Org-P 和 NH4+-N 的减少分别在 TP 和 TN 的去除中占主导地位。这说明联合系统能够有效降低沉积物中内源 N 和 P 的含量，减少其向上覆水的释放，从而缓解水体富营养化问题。
协同作用机制
从协同机制来看，MgFe-LDHs 和V. natans之间存在着相互促进的关系。MgFe-LDHs 可以促进V. natans对 NH4+-N 的同化，通过提高代谢酶的活性来实现。而V. natans则通过分泌有机酸，有助于 Org-P 的矿化，进一步促进无机磷（IP）在 MgFe-LDHs 上的富集 。此外，V. natans的化感作用和 MgFe-LDHs 之间的协同作用，使微生物群落之间的共生关系更加紧密和稳定，与反硝化、同化硝酸盐还原、磷酸化和有机磷矿化过程相关的功能基因表达显著上调。这表明微生物的协同作用对联合系统去除内源 N 和 P 至关重要。
元基因组分析
通过元基因组分析，研究人员深入了解了微生物群落的变化以及功能基因的表达情况。分析结果与上述协同机制研究相呼应，进一步证实了微生物在联合系统去除内源 N 和 P 过程中的重要作用。这为从基因层面揭示联合系统的作用机制提供了有力证据，也为后续优化治理方案提供了理论支持。
研究表明，MgFe-LDHs/V. natans联合系统能够有效去除富营养化水体中内源 N 和 P，无论是在上覆水还是沉积物中都取得了显著的去除效果。该联合系统不仅在污染物去除上表现出色，还揭示了其内部的协同作用机制，明确了微生物在其中的关键角色。这一研究成果意义重大，为富营养化水体的治理提供了一种高效、环保的材料 / 植物联合修复技术，尤其是对于内源 N 和 P 负荷较高的水体，具有广阔的应用前景。同时，也为后续相关研究提供了重要的参考，推动了水体富营养化治理领域的发展。
