生物炭或铁矿石添加对人工湿地脱氮效率的影响及微生物机制分析

来源：环境工程技术学报杂志2025年第2期北京时间：

作者：毕玉翠, 刘福兴, 付子轼, 乔红霞, 王俊力

摘要：农业径流普遍存在碳氮比（C/N）较低的问题，人工湿地对这类污水的脱氮效率不高。利用生物炭、三氯化铁（FeCl3）改性生物炭和铁矿石作为基质在提高人工湿地总氮（TN）去除率方面具有巨大潜力，但其内在微生物学机制仍不清楚。构建了5组不同基质人工湿地，包括石英砂人工湿地、生物炭人工湿地、FeCl3改性生物炭人工湿地、铁矿石人工湿地和铁矿石+生物炭人工湿地，研究其对农业径流的脱氮效率，并分析根系微生物群落结构，揭示其内在机制。结果表明：所有处理均能提高人工湿地的脱氮效率，但铁矿石组的脱氮效率最高，其中，生物炭具有丰富的孔隙结构和较大的比表面积，可通过吸附氨氮（\mathrmNH_4^+ -N）来提高人工湿地的脱氮效率。FeCl3改性生物炭组主要通过提高人工湿地中放线菌门、假单胞菌属和黄杆菌属等反硝化菌的相对丰度，提高人工湿地的TN去除率；铁矿石组主要通过提升人工湿地中的地杆菌属（铁氨氧化细菌）和变形菌门、拟杆菌门、脱氯单胞菌属等硝酸盐依赖型铁氧化细菌的相对丰度，提高人工湿地的TN去除率；铁矿石+生物炭组主要通过增加厚壁菌门和鞘氨醇菌属等反硝化菌的相对丰度，提高人工湿地的TN去除率。铁氨氧化细菌和硝酸盐依赖型铁氧化细菌协同作用使铁矿石人工湿地对低C/N农业径流的TN去除率最高。研究表明，铁矿石人工湿地在拦截净化低C/N农业径流方面具有推广应用的潜力。

关键词：人工湿地, 生物炭, 三氯化铁改性生物炭, 铁矿石, 脱氮效率, 微生物群落