植物是人工濕地系統(tǒng)的重要組成部分之一，其根際是植物與微生物相互作用的主要區(qū)域。大約5%-21%的總光合固定碳以根系分泌物的形式轉(zhuǎn)移到根際，根系分泌物可以改變根際微生物的豐度和多樣性，進而影響人工濕地中氮的去除效率。然而，處理高負荷污水過程中植物根系分泌物的變化特征及根際微生物群落的響應(yīng)機制仍不清楚。因此，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員團隊通過野外小區(qū)控制試驗，選擇了美人蕉、梭魚草和黃菖蒲三種濕地植物對養(yǎng)殖廢水進行處理。研究旨在揭示處理高負荷污水過程中濕地植物根際微生物群落的響應(yīng)特征及氮去除機制。
研究發(fā)現(xiàn)：相比于美人蕉，梭魚草和黃菖蒲更適合處理含高濃度氮的養(yǎng)殖廢水。梭魚草和黃菖蒲根系分泌的溶解性有機碳（DOC）和總有機酸（TOA）在處理養(yǎng)殖廢水后分泌速率增加，而美人蕉則呈現(xiàn)相反趨勢。不同濕地植物根際微生物群落具有相同的優(yōu)勢門，但其相對豐度上存在差異。在處理養(yǎng)殖廢水后微生物群落具有更加明顯的協(xié)同和共生關(guān)系。養(yǎng)殖廢水中的NH4+-N、TN濃度、pH、溶解氧（DO）含量以及根系分泌的丙二酸和琥珀酸可促進根際低豐度的氮循環(huán)功能微生物生長，進而增強微生物對氮素的降解能力，從而提高了人工濕地中氮的去除效率。本研究結(jié)果有助于進一步理解高負荷污水處理過程中植物根際氮的去除機理，也對人工濕地系統(tǒng)處理高負荷污水的功能提升技術(shù)具有重要理論價值。
相關(guān)研究成果以Effect of root exudation on community structure of rhizosphere microorganism of three macrophytes during treating swine wastewater為題發(fā)表在環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)Top期刊Journal of Environmental Management上。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目（2023YFD1702003）和國家自然科學(xué)基金（42077215，42177110）項目的共同資助。
人工濕地植物根際脫氮機制示意圖
環(huán)境因子及根系分泌物對根際微生物群落的組成和氮循環(huán)功能的影響