蚯蚓强化人工湿地系统：基于水动力学-宏基因组-水质多维度解析的有机物与氮去除机制

本研究创新性地采用多学科方法（水动力学测试+宏基因组分析+水质监测）评估蚯蚓(EW)接种对人工湿地(CWs)的影响。研究发现EW通过生物扰动延缓水力传导率(K)下降(+16%)，增加细菌基因丰度(65%)并促进难降解有机物分解功能基因表达(3-6%)，但未显著改变氮循环过程。为EW土壤基过滤技术(ESBFT)的优化提供了微生物-水力耦合作用新见解。

　　

亮点

蚯蚓接种展现出三重作用路径：(i)水力路径——通过生物扰动维持孔隙结构，延缓堵塞；(ii)生物路径——肠道菌群输入使细菌基因丰度激增65%；(iii)耦合路径——黏液分泌促进难降解有机物分解菌定殖（占功能基因3-6%），宛如在湿地基质中构建"微生物特战队"。

实验设计

在0.2?m²的中宇宙尺度系统中，对比接种三种蚯蚓（赤子爱胜蚓Eisenia fetida、安氏爱胜蚓Eisenia andrei、庭院双胸蚓Dendrobaena hortensis）的效果。这些"土壤工程师"使水力停留时间(HRT)稳定在6.7-7.8小时，水力传导率(K)保持在10^-6-10^-5?m·s^-1，展现出色的抗堵塞能力。

蚯蚓对水力特性与堵塞的调控

渗透实验数据揭示有趣现象：EW组水力传导率始终高出对照组16%（p<0.05），如同在基质中开通"微型生物隧道"。宏基因组显示，EW肠道菌像"种子快递员"，将木质素降解基因拷贝数提升2.3倍，但整体有机物去除率未变——暗示这些"特种兵菌"仅占功能军团的小股部队(3-6%)。

结论

蚯蚓在人工湿地中扮演"生态系统调节者"双重角色：既是"孔隙疏通工"延缓堵塞，又是"微生物启动子"激活特定功能基因。虽然当前条件下未显著提升脱氮效能，但为应对高有机负荷场景提供了潜在解决方案——就像为湿地装配了抗堵塞的"生物保险丝"。