近日，国地中心赵敏教授领衔的分散式污水与流域生态治理团队在Nature旗下期刊《npj Clean Water》(SCI一区，IF = 10.4)上发表题为“Underwater light source changes nitrogen and phosphorus removal pathways by Vallisneria spinulosa Yan growth system”的研究论文。

人类活动引起的点源和面源污染，已造成水体中氮、磷等物质浓度的显著升高，从而形成了富营养化水体。沉水植物在生长过程中能够吸收水体中的氮、磷等物质，从而降低水体的氮、磷污染负荷。然而，水体中悬浮物的反射和折射作用降低了水下光照的强度和可用性，从而抑制了沉水植物的影响。为此，研究者提出通过人工添加水下光源来改善水下光照条件。然而，水下光源对不用浊度条件下沉水植物微生态系统的影响机制尚不明确，尤其是对氮、磷转化途径的影响，相关研究对于沉水植物水生态修复技术的发展及应用至关重要。

赵敏教授领衔的分散式污水与流域生态治理团队，基于多年的水生态修复技术研究基础，研究了水下光源对不同类型浊度下刺苦草微生态系统的影响。水下光源的添加显著提升了系统对水体中氮、磷的去除负荷，并改变了系统对氮、磷的主要去除途径。未添加水下光源时，系统主要依靠功能菌的生物脱氮除磷作用，而添加水下光源时，主要依靠刺苦草的吸收和共代谢作用。

图1 不同部分微生物α-多样性指数差异

本研究设置了三种类型的水体浊度条件（有机、无机和混合浊度），探究了不同类型浊度条件下水下光源对刺苦草微生态系统的影响。研究发现：（1）添加水下光源促进了刺苦草的克隆繁殖能力，从而使TN、TP和NO- 3-N的去除负荷分别提高了1.60-3.43×10^-2，1.49-3.49×10^-3和 0.80-2.06×10^-2 g m^-2 d^-1。（2）水下光源的添加显著降低了刺苦草叶片附着微生物群落的丰度，以及系统中大部分硝化细菌和反硝化细菌。（3）水下光源的添加促进了部分蓝藻门(Chloroplast和Cyanobacteria)和光合细菌(Rhodobacter)在叶片上的附着以及水体和沉积物中Methyloligellaceae的生长。（4）无水下光源时，刺苦草生长系统的脱氮除磷主要依靠功能菌的生物过程，而添加水下光源时，主要依靠刺苦草的吸收和共代谢作用。

图2 环境因素之间的相关性热图

图3 环境变量与脱氮功能菌丰度之间的相关性热图

沉水植物已被广泛用于水体生态修复工程，其修复效果的关键在于沉水植物群落的构建。然而，由于水体普遍存在浊度偏高的问题，极大地削弱了水下光照条件，从而抑制了沉水植物的正常生长。如何在高浊度水体中构建沉水植物群落已经成为沉水植物水生态修复的技术难题。基于此，本研究提出在不同的浊度条件下人工添加水下光源的方法，以提升水下光照强度，从而促进沉水植物的生长和繁殖，最终实现在高浊度水体中构建稳定的沉水植物群落。研究成果有利于促进沉水植物修复在水体生态修复中更加广泛的应用

相关研究成果发表于《npj Clean Water》（SCI一区，IF = 10.4），新葡的京集团8814为唯一通讯单位，2020级硕士生赵金山和2021级硕士生周小琳为第一作者，赵敏教授和吴苏清副教授为通讯作者，相关工作由国家重点研发计划（项目批准号：2022YFE0106200）和新葡的京集团8814三垟湿地生态环境研究院科研专项（项目批准号：SY2022ZD-1002-02）资助。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41545-024-00354-1