一种创新的微纳气泡-H?O?原位集成芬顿工艺，用于有效氧化和捕获酸性矿井排水中的有机污染物

《Journal of Water Process Engineering》：A novel micro-nano bubble–H 2O 2 in situ integrated Fenton process for effective oxidation and capture of organic pollutants in acid mine drainage

反硝化作用及水质调控；

　　这项研究聚焦于一种名为*Rhizobium pusense* N7的细菌在循环水产养殖系统（RAS）中的应用潜力，特别是在改善水质、微生物群落结构以及脱氮效率方面的作用。实验设计采用了三种不同的细菌浓度（10^5、10^6 和 10^7 CFU/mL），并设定了一个对照组（CK），以评估不同浓度下该菌株对系统的影响。结果显示，在9天内，*R. pusense* N7显著提升了脱氮效率，其中10^5 CFU/mL的浓度在降低氨氮和亚硝酸盐方面表现出良好效果，而10^7 CFU/mL则在硝酸盐去除方面表现出更强的能力（p < 0.05）。此外，研究也揭示了该菌株在不同浓度下对水体、生物膜和斑马鱼肠道中微生物群落的调控作用。

在水体中，10^5至10^6 CFU/mL的浓度有效抑制了潜在的病原菌，如*Flavobacterium*和*Polynucleobacter*，同时促进了有益菌如*Arenimonas*的增殖。而在生物膜中，*R. pusense* N7则增强了固氮菌（如*Ensifer*和*Brevundimonas*）以及益生菌属（如*Haliangium*和*Lysobacter*）的丰度。这些变化表明，该菌株能够根据不同的环境条件，有针对性地调节微生物群落结构，从而提升水质净化能力。在斑马鱼肠道中，*R. pusense* N7也显著提高了*Cetobacterium*和*Hydrogenophaga*的丰度，而10^7 CFU/mL的浓度则导致*Rhizobium*成为主导菌群，这一现象可能与高浓度下菌株的快速繁殖和竞争能力有关。

研究还发现，*R. pusense* N7在生物膜和斑马鱼肠道中成功定植，但在开放水体中则难以形成有效的种群。这一结果可能与生物膜和肠道环境提供了更多的附着位点有关，而开放水体中缺乏稳定的附着结构，导致该菌株难以长期存活。此外，该菌株能够分泌胞外多糖（EPS），这些多糖不仅有助于菌株在环境中的附着和定植，还能增强其对其他微生物的抑制能力，从而在水体中形成竞争优势。EPS的成分包括甘露糖、阿拉伯糖和木糖等，这些物质在促进细胞附着方面发挥了重要作用。

值得注意的是，虽然高浓度（10^7 CFU/mL）的*R. pusense* N7在硝酸盐去除方面表现优异，但其对条件性致病菌的增殖也带来了负面影响，这可能导致脱氮效率下降以及鱼类死亡率上升。因此，研究建议将*R. pusense* N7的推荐使用浓度设定为10^6 CFU/mL，这一浓度能够在保证脱氮效率的同时，避免对系统微生物平衡的过度扰动。实验数据表明，在10^5至10^6 CFU/mL的浓度范围内，*R. pusense* N7能够实现最佳的脱氮效果和鱼类存活率，而超过这一范围则可能引发一系列负面效应。

在实验过程中，研究人员还对水体中的水质变化进行了详细分析，分为两个阶段：第0至9天为第一阶段，第9至15天为第二阶段。结果显示，随着培养时间的延长，氮的消耗呈现出逐渐上升的趋势，最终达到3343.94 ± 0.80 mg/L的总转化量。平均每日的氮消耗量为222.93 mg/L，这一数据表明*R. pusense* N7在脱氮过程中具有较高的效率。然而，值得注意的是，不同浓度的菌株对水质改善的效果存在差异，其中10^5至10^6 CFU/mL的浓度在改善水质方面表现最为均衡，而10^7 CFU/mL的浓度虽然在硝酸盐去除方面效果显著，但对其他水质参数的调控能力相对较弱。

此外，研究还强调了*R. pusense* N7在生物膜和肠道中成功定植的重要性。生物膜作为RAS中的关键组成部分，不仅能够提供微生物附着的物理结构，还能通过复杂的代谢网络促进氮的转化和去除。*R. pusense* N7在生物膜中的定植能力表明其能够在系统中长期发挥作用，从而维持稳定的脱氮效果。而肠道中的定植则进一步表明该菌株不仅能够改善水体环境，还能通过与宿主的相互作用提升鱼类的健康状态。这些结果为*R. pusense* N7作为水产养殖中的益生菌提供了理论支持，同时也揭示了其在实际应用中的潜力与限制。

在实际应用中，研究人员发现*R. pusense* N7不仅具有高效的脱氮能力，还能够适应多种环境条件。例如，该菌株能够在低温、高盐度、有机污染物以及高重金属浓度的环境中存活，这一特性使其成为一种极具应用前景的微生物资源。此外，该菌株的固氮能力和益生特性使其在水产养殖系统中能够与其他微生物形成共生关系，从而提升系统的整体功能。这种适应性和功能性不仅使其能够在不同的养殖环境中发挥作用，还能为解决传统脱氮方法中存在的问题提供新的思路。

研究还指出，传统脱氮细菌由于需要厌氧条件，往往与RAS中高溶解氧（DO）的需求相冲突，这限制了其在实际应用中的效果。相比之下，*R. pusense* N7作为一种好氧脱氮细菌，能够在有氧条件下高效完成脱氮过程，同时不需要额外的厌氧环境，这大大简化了系统的运行和管理。此外，由于其能够在生物膜和肠道中定植，*R. pusense* N7还能够通过物理和生物机制促进氮的转化和去除，从而提高系统的整体脱氮效率。

在实验过程中，研究人员还对*R. pusense* N7的种群动态进行了跟踪分析。结果显示，随着培养时间的延长，该菌株在生物膜和肠道中的丰度逐渐增加，而开放水体中的丰度则相对较低。这一现象表明，该菌株更倾向于在附着环境中定植，而非在自由悬浮状态中生存。这种特性可能与其分泌的胞外多糖有关，这些多糖能够增强细胞间的相互作用，促进菌株在生物膜中的聚集和稳定。此外，*R. pusense* N7的表面形态变化也为其在水体中的附着提供了条件，使其能够更有效地与水中的氮化合物相互作用，从而提升脱氮效率。

在水产养殖系统中，*R. pusense* N7的引入不仅能够改善水质，还能通过调节微生物群落结构，提升系统的生态平衡。例如，在水体中，该菌株能够抑制病原菌的增殖，同时促进有益菌的生长，从而降低病原菌对鱼类健康的威胁。在生物膜中，*R. pusense* N7能够增强固氮菌和益生菌的种群，这有助于系统中氮的循环和转化，提高整体的氮去除能力。而在斑马鱼肠道中，该菌株的引入能够提高*Cetobacterium*和*Hydrogenophaga*的丰度，这可能与这些菌株在肠道中具有益生作用有关，从而改善鱼类的消化和健康状况。

研究还发现，不同浓度的*R. pusense* N7对系统的影响存在显著差异。例如，10^5 CFU/mL的浓度在降低氨氮和亚硝酸盐方面效果较好，而10^6 CFU/mL的浓度则在生物膜和肠道中的定植能力更强。10^7 CFU/mL的浓度虽然在硝酸盐去除方面表现优异，但其对条件性致病菌的增殖也带来了负面影响，这可能导致脱氮效率下降以及鱼类死亡率上升。因此，研究建议将推荐使用浓度设定为10^6 CFU/mL，这一浓度能够在保证脱氮效率的同时，避免对系统微生物平衡的过度扰动。

综上所述，*R. pusense* N7作为一种高效的好氧脱氮细菌，在水产养殖系统中展现出广泛的应用潜力。其在生物膜和肠道中的定植能力表明其能够在系统中长期发挥作用，而其对病原菌的抑制作用和对有益菌的促进作用则进一步增强了系统的生态平衡。此外，该菌株的适应性和功能性使其能够在多种环境条件下生存，为解决传统脱氮方法中存在的问题提供了新的思路。研究结果不仅为*R. pusense* N7在水产养殖中的应用提供了理论依据，也为未来开发高效、安全的微生物资源提供了重要参考。