纳米氧化镍暴露下人工湿地运行性能及微生物群落的响应

作者：李璇; 钱秀雯; 黄娟^*; 王鸣宇; 肖君

来源：生态环境学报, 2023, 32(10): 1833-1841.

DOI：10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.10.012

• 人工湿地
• 运行性能
• 纳米氧化镍
• 营养物去除
• 基质酶活性
• 微生物群落结构

纳米氧化镍(NiONPs)的广泛应用导致环境暴露且存在生态风险，其随污水进入人工湿地(CWs)可能对生态因子产生胁迫，从而影响湿地运行性能。考察了垂直流人工湿地在10 mg·L-1和30 mg·L-1 NiONPs暴露下的运行特性和微生物群落响应。结果显示，NiONPs暴露一定程度上促进了有机物、氮和磷的去除，其中COD、NH4+-N、TN、TP去除率较加药前分别提高5.24%-20.8%、53.0%-66.4%、7.72%-34.7%和56.0%-68.9%。而30 mg·L-1 NiONPs暴露显著抑制了反硝化过程，NO3--N去除率较加药前低44.7%-64.4%。对于关键酶活性，Ni O NPs令脱氢酶(DHA)和氨单加氧酶(AMO)相对活性分别降低2.58%-51.5%和46.7%-76.4%，而脲酶(URE)活性则显著提升225%-460%。此外，NiONPs有促进磷酸酶(PST)活性的潜力，除10 mg·L-1 NiONPs暴露前期外，PST相对活性较加药前提高11.1%-93.1%，与TP去除率提升一致。对微生物群落结构而言，NiONPs降低了绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)等微生物门丰度，且具有浓度效应。30 mg·L-1 NiO NPs令关键反硝化门变形菌门(Proteobacteria)丰度降低7.98%。从功能菌属分析，Ni O NPs对亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)的刺激可促进NH4+-N去除，而硝化螺旋菌(Nitrospira)则较加药前减少84.0%-91.7%。另外，NiONPs对脱氯单胞菌属(Dechloromonas)、噬氢菌属(Hydrogenophaga)、动胶菌属(Zoogloea)等反硝化属产生抑制，而刺激了芽殖杆菌属(Gemmobacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)等聚磷微生物，进而导致NO3--N和TP去除率分别降低与升高。该试验的研究结果有助于丰富湿地微生态系统应对Ni O NPs胁迫的主要机制，为人工湿地处理含NiONPs废水的可行性与稳定性提供理论依据。

• 单位
  土木工程学院; 东南大学