盐碱地开垦、滨海水产养殖和工业生产中未经处理的含盐废水排放量日益增大，严重威胁水环境安全，但盐碱环境不利于人工湿地等生态净化技术对水体中典型污染物（如氮素）的去除。外源微生物强化技术在人工湿地去除含盐废水中氮素方面具有巨大潜力，但外源功能菌的快速流失和反复接种菌剂限制了该技术的实际应用。
针对这一技术瓶颈，东北地理所水环境污染与防治团队研发了固定化微生物强化人工湿地技术，成功解决了菌剂强化效果持久性差、外源功能菌丰富度低等问题。该技术基于耐盐脱氮菌Alishewanella sp. F2（ZL2019104415919）的耐盐反硝化特性，使其与玉米芯粉进行联合固定化，得到一种固定化耐盐菌粒（C-F2菌粒，2020110775613），并将C-F2菌粒应用于人工湿地中，以获得高效持久的脱氮效能。
长期实验结果表明，在人工湿地底部砾石层添加C-F2菌粒后，由于C-F2菌粒具有丰富的缓释碳源，同时可提供丰富的微生物附着点，使耐盐脱氮菌Alishewanella sp. F2成为人工湿地的优势菌属之一，并通过Alishewanella sp. F2自身的耐盐反硝化特性及其对人工湿地系统中部分反硝化菌（如Bacteroides和Clostridium-XlVa菌属）、植物促生菌（如Cyanobacteria和Gammaproteobacteria菌纲）等土著功能菌的促进作用，有效提高并维持了人工湿地对含盐废水（EC = 15 mS/cm）中氮素的去除效率。底部添加C-F2菌粒的微生物强化型人工湿地对NO3--N和TN的平均去除率分别为97.8%和88.1%，均显著（p < 0.05）高于未强化对照组（48.7%和67.2%）。同时，人工湿地添加C-F2菌粒后有效促进了湿地植物美人蕉的生长，美人蕉TN含量（636.06 mg/microcosm）显著（p < 0.05）高于未强化对照组（372.06 mg/microcosm）。固定化微生物强化技术除具有高效降解、活性持久等优点外，还解决了重复接种成本高的问题，具有广阔的应用潜力。本研究突破了人工湿地对含盐废水中氮素处理效率低、净化持久性差的瓶颈，为人工湿地在含盐废水处理中实际应用提供了重要的理论和技术支撑。
图1 固定化微生物强化人工湿地对含盐废水中氮素的去除效率
该研究由东北地理所科研助理王鑫壹、祝惠研究员（通讯作者）、阎百兴研究员等共同完成。相关成果发表在生态环境领域权威期刊Environmental Pollution（中科院一区TOP，IF = 8.071）上，同时申请国家发明专利3项，其中2项已获授权。该研究得到中国科学院创新交叉团队（JCTD-2020-14）和中国科学院青年创新促进会（2017274）等项目的资助。相关信息如下：
Wang, X.Y., Zhu, H., Yan, B.X., Shutes, B., Ba？uelos, G., Wen, H.Y., Cheng R. (2021) Improving denitrification efficiency in constructed wetlands integrated with immobilized bacteria under high saline conditions. Environmental Pollution 287, 117592. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117592
祝惠, 王鑫壹, 阎百兴, 陈欣, 于翔霏. 一株以亚硝酸盐为氮源的耐盐反硝化细菌及其应用, 发明专利, 专利号: ZL2019104415849
