人工湿地处理水产尾水的温室气体排放与碳平衡机制：溶解性有机质季节动态与微生物群落的调控作用

本研究针对人工湿地(CWs)处理水产尾水过程中温室气体(GHG)排放抵消碳汇效益的科学难题，通过全年监测垂直流人工湿地(IVCW)的CO2、CH4和N2O排放特征，结合溶解性有机质(DOM)组分与微生物群落分析，揭示富里酸、色氨酸类组分及碳氮循环功能菌群是驱动CH4和N2O季节变异的关键因素，证实IVCW年均碳封存达1532.36 g C m?2 yr?1，为优化人工湿地低碳运行提供理论依据。

　　

水产养殖业的快速发展带来了大量富含氮化物和溶解性有机质(DOM)的尾水，这些污染物可能引发水体富营养化等生态问题。人工湿地(CWs)作为一种生态工程手段，虽能有效净化水质，但其运行过程中产生的温室气体(GHG)排放却可能抵消环境效益。尤其在全球推进碳中和的背景下，厘清人工湿地"碳源-碳汇"平衡机制成为亟待解决的科学问题。

中国科学院水生生物研究所的研究团队在《Bioresource Technology》发表论文，通过对梁子湖附近垂直流人工湿地(IVCW)的全年监测，系统解析了DOM特性与微生物群落如何协同调控GHG排放的季节动态。研究采用三维荧光光谱结合平行因子分析解析DOM组分，通过高通量测序刻画微生物群落结构，结合冗余分析和Mantel检验等统计方法，建立了环境因子-生物群落-气体排放的关联网络。

研究结果

污染物去除效能
IVCW对COD、TN、NH₄⁺-N和TP的去除效果显著，出水达到中国地表水III类标准，证实其在净化水产尾水方面的工程可行性。

温室气体排放特征
监测显示CH₄和N₂O排放呈现强烈季节波动，夏季通量分别达冬季的12倍和3倍。CO₂排放主要受有色溶解有机质(CDOM)浓度直接调控，而CH₄和N₂O通量变化则与富里酸、色氨酸类DOM组分及碳氮循环功能菌群丰度显著相关。

DOM与微生物互作机制
DOM芳香度和分子量是塑造细菌群落的关键决定因素，可解释36.0%（门水平）和49.7%（属水平）的群落变异。特定DOM组分通过调节酶活性影响微生物代谢路径，如蛋白类荧光物质促进反硝化，而某些腐殖酸抑制产甲烷菌活性。

碳平衡评估
尽管存在GHG排放，IVCW整体表现为净碳汇系统，年均碳封存速率达1532.36 g C m^?2 yr^?1，展现可观的碳中和潜力。

该研究首次阐明DOM特性通过"底物-微生物-代谢路径"级联反应调控人工湿地GHG排放的机制，提出定期植物收割可增强系统碳汇功能的实践建议。成果为人工湿地的低碳优化设计提供了理论支撑，对推动水产养殖业绿色发展具有重要指导价值。