人工濕地在面源污染控制與水環(huán)境治理方面具有重要作用。然而，因溫室氣體和氨氣的排放，存在將“水污染”轉(zhuǎn)嫁為“大氣污染”的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在碳減排和大氣污染防治目標(biāo)需求背景下，同步實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化與多種氣體減排已成為當(dāng)前人工濕地研究的國(guó)際前沿與熱點(diǎn)。以往研究聚焦于如何提高人工濕地的凈化效能，較少關(guān)注溫室氣體或氨氣排放，缺乏主要碳氮?dú)怏w同步減排技術(shù)的研發(fā)；此外，微生物介導(dǎo)下，碳、氮在人工濕地多介質(zhì)間的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制尚不明晰。 

　　近年來，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所水環(huán)境污染與防治研究團(tuán)隊(duì)聚焦人工濕地水-氣協(xié)同調(diào)控中的理論和技術(shù)瓶頸，并開展系列創(chuàng)新研究?？蒲腥藛T在前期成果的基礎(chǔ)上（Chen et al., 2020a/2020b/2020c），基于電化學(xué)、微生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科的原理，將微生物燃料電池體系耦合到人工濕地中，構(gòu)建了新型潛流人工濕地，并驗(yàn)證了對(duì)主要溫室氣體（CH₄、N₂O）和NH₃的減排功能。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)潛流人工濕地相比，耦合人工濕地不僅能產(chǎn)生電能，使得污水凈化效率顯著提升，而且實(shí)現(xiàn)了多種氣體的協(xié)同減排，其CH₄、N₂O和NH₃的排放通量分別降低34%、28%和52%。微生物燃料電池促進(jìn)了人工濕地中反硝化細(xì)菌（如Bacteroidetes、Rhodobacteraceae等）數(shù)量以及nirK、nirS基因豐度的增加，從而抑制了N₂O的生成與排放；產(chǎn)電菌（如Proteobacteria、Firmieutes和Geobacter等）與產(chǎn)甲烷微生物的競(jìng)爭(zhēng)以及pomA、mcrA基因豐度的減少，有助于控制CH₄排放；耦合系統(tǒng)更高的氮去除能力降低了水相中氨離子濃度，從而減少了NH₃揮發(fā)通量（圖1）。 

　　該研究從全新的視角詮釋了微生物燃料電池耦合人工濕地系統(tǒng)的工作機(jī)制與功能，為同步實(shí)現(xiàn)人工濕地高效水質(zhì)凈化和多種碳氮?dú)怏w減排提供了新思路，并將為“雙碳”目標(biāo)背景下低排放型人工濕地的設(shè)計(jì)提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)支持。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在Water Research上。研究工作得到中科院人工濕地水-氣協(xié)同調(diào)控創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、“一帶一路”國(guó)際科學(xué)組織聯(lián)盟和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的支持。 

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微生物燃料電池耦合人工濕地對(duì)多種氣體的協(xié)同減排機(jī)制