Fe/Cu/C微电解耦合耐盐微生物强化盐碱人工湿地脱氮效能与机制研究

针对盐胁迫抑制人工湿地(CWs)脱氮效率的难题，研究人员创新性地将Fe/Cu/C微电解材料与耐盐微生物(SM)联用，系统研究了盐度2%条件下SM对总氮(TN)去除率的提升作用(CSM-CWs达72.06%)，揭示了Fe/Cu/C-SM-PGS体系使Patescibacteria丰度提升至46.92%的微生物机制，为盐碱水体的生态治理提供了新技术路径。

　　

随着我国河湖及近岸水体盐度持续升高，含氮污染物引发的富营养化问题日益严峻。传统人工湿地(CWs)在高盐环境下因植物光合抑制和微生物代谢受阻，其核心脱氮机制——微生物驱动的硝化(nitrification)/反硝化(denitrification)过程效率显著降低，总氮(TN)去除率可能骤降至40%以下。如何突破盐碱胁迫对CWs生态功能的限制，成为水处理领域亟待解决的瓶颈问题。

陕西省科技厅资助项目组创新性地提出"材料-生物"协同强化策略，首次将Fe/Cu/C微电解材料与耐盐微生物(SM)耦合应用于盐碱CWs。研究发现：在2%盐度下，香蒲体系(CSM-CWs)TN去除率较对照组提升7.86个百分点，葱体系(SSM-CWs)提升更达14.66个百分点。通过高通量测序等技术，揭示Fe/Cu/C材料可使具有硝化/反硝化功能的Patescibacteria相对丰度从0.1%飙升至46.92%，该成果发表于《Journal of Water Process Engineering》。

研究采用三阶段技术路线：首先构建香蒲/葱体系的对照与SM强化组CWs，对比不同盐度(0-2%)下的脱氮效能；其次通过纯砾石基质(PGS)、Fe/C-SM-PGS和Fe/Cu/C-SM-PGS的批式实验，量化微电解材料对反硝化速率的提升作用；最后采用16S rRNA测序解析微生物群落演变规律。

主要结果

1. SM增强CWs脱氮效能：2%盐度下CSM-CWs的TN去除率(72.06%)显著高于C-CWs(64.20%)，证实SM可缓解盐抑制效应。
2. 微电解材料协同作用：Fe/Cu/C-SM-PGS的反硝化速率达4.71 mg/(m³·d)，较SM-PGS提升30.1%，且维持弱碱性(pH=8.3)条件下的活性。
3. 组分贡献排序：基质>SM>植物>微电解材料，其中Fe/Cu/C材料通过电子传递促进SM代谢。
4. 微生物机制：Fe/Cu/C使Bacteroidota(参与有机物降解)丰度增加3.67%，与Patescibacteria协同构建高效脱氮菌群。

该研究不仅证实Fe/Cu/C-SM体系可使盐碱CWs的TN去除率突破70%阈值，更创新性地阐释了微电解材料通过调控Patescibacteria等关键功能菌群强化脱氮的分子生态机制。相比传统Fe/C材料易钝化的缺陷，Fe/Cu/C在弱碱环境中的稳定性为盐碱水体治理提供了新材料选择，其"以废治废"的理念（利用废生物质合成催化剂）兼具经济性与生态价值。研究团队特别指出，该技术对Cl^?/Na⁺主导型盐碱水体的适应性，为我国沿海地区水生态修复提供了重要技术支撑。