芦苇生物炭强化人工湿地污染物去除：微生物群落与代谢功能的新视角

针对人工湿地(CWs)传统填料污染物去除效率低的问题，研究人员通过添加芦苇生物炭构建垂直流人工湿地(VFCW)，发现其对TN、NH4+-N和TP的去除率分别提升6.59%、13.89%和235.51%，揭示了生物炭通过促进功能菌群(如Geobacter)和关键酶(如硝酸还原酶NAR)活性增强脱氮除磷的机制，为湿地植物废弃物资源化利用提供科学依据。

　　

随着城市化进程加速，分散式污水处理成为环境领域的重要挑战。人工湿地(CWs)因其绿色低碳的特性备受关注，但传统砂石填料存在微生物附着性差、氮磷去除效率低等瓶颈。更棘手的是，湿地植物收割后的凋落物若处理不当，反而会成为二次污染源。如何实现"以废治废"，将植物废弃物转化为湿地强化材料，成为破解这一难题的关键突破口。

江苏省高校基础科学研究项目资助团队创新性地将芦苇凋落物制备成生物炭，应用于垂直流人工湿地(VFCW)系统。这种生物炭具有345.92 m²/g的比表面积和丰富孔隙结构，为微生物提供了理想栖息地。研究人员通过对比生物炭组与对照组的处理效能，结合高通量测序和酶活性检测，系统解析了生物炭强化污染物去除的微生物学机制，相关成果发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究采用三项关键技术：1) 500℃限氧热解法制备芦苇生物炭；2) 构建潮汐流运行模式的VFCW小试系统，水力停留时间(HRT)设为3天；3) 运用宏基因组学分析微生物群落结构，结合氮循环关键酶(如氨单加氧酶AMO)活性检测。

【氮去除】生物炭组对NH₄⁺-N和TN的去除效率分别达29.77%和26.15%，较对照组提升13.89%和6.59%。研究发现这与Pseudomonadota门菌群的富集显著相关(p<0.05)，该菌群携带的AMO和硝酸还原酶(NAR)基因表达量显著增加。

【磷去除】TP去除率出现235.51%的惊人提升，归因于生物炭的物理吸附与Pelotalea等聚磷菌的协同作用。脱氢酶(DHA)活性检测显示，生物炭组微生物代谢活性提升48.33%。

【微生物机制】生物炭使微生物群落相似度提高，显著富集Geobacter、Dechloromonas等电化学活性菌，而对照组以Thauera为优势菌。随机生态过程(如均质化扩散)贡献率增加0.53%，表明生物炭促进了微生物扩散。

该研究首次阐明芦苇生物炭通过"物理吸附-微生物代谢-植物吸收"三重协同机制强化人工湿地效能。其中，生物炭对Thermodesulfobacteriota门菌群的定向富集，为开发新型生物强化填料提供了理论依据。研究不仅实现了湿地废弃物的资源化利用，更为分散式污水处理提供了经济可行的解决方案，对推动"双碳"目标下的环境技术创新具有重要实践意义。