近日，广东省科学院南繁种业研究所在水环境领域期刊npj Clean Water（新锐一区TOP，IF=13.003）发表题为 “Apparent pH-TAN operational breakpoint links duckweed-microbiome destabilization and nitrogen fate shift in ammonia-rich swine digestate” 的研究论文。该研究围绕高氨养殖废水处理中浮萍体系的运行稳定性问题，系统解析了氨胁迫下浮萍生理、微生物组结构及氮素命运的协同变化，并探索了功能细菌和微藻干预对体系恢复的作用。研究表明，在试验条件下，浮萍体系存在明显的条件性pH-TAN运行转折区间，对应计算游离氨浓度约为8.5mg NH₃-N/L。

厌氧消化后的养殖废水通常仍含有较高浓度的氨态氮。浮萍具有生长快、营养吸收能力强和可形成可收获生物质等特点，是高营养废水低能耗处理与资源化利用的重要候选植物。然而，高氨条件下浮萍处理体系何时由稳定运行转向失稳，以及这种变化如何影响微生物组和氮循环过程，仍缺乏系统认识。

研究通过设置pH-TAN 梯度，结合浮萍生理指标、水体理化参数、微生物群落分析、氮循环功能基因定量及15N同位素示踪，对高氨胁迫下浮萍处理体系的响应进行了综合解析。结果显示，随着体系进入高游离氨条件，浮萍生物量、相对生长速率、根系生长和光合作用性能明显下降，氧化损伤增强；与此同时，浮萍表面相关细菌丰度和群落多样性下降，微生物群落组成发生显著重构。

进一步的15N示踪结果表明，高氨胁迫不仅降低了氮去除效率，还显著改变了氮素在体系中的分配格局。低游离氨条件下，37.0%的示踪氮进入植物相关氮库，15.5%进入微生物相关氮库，29.0%残留于溶解态氮库；在高游离氨条件下，植物相关氮和微生物相关氮分别下降至14.5%和8.5%，而残余溶解态氮升高至57.0%。这表明，高氨条件会使氮素由生物固定途径向残余水相重新分配，从而增加处理水中活性氮残留的风险。

游离氨（FA）递增条件下浮萍响应的实验设计及示意图框架

在此基础上，研究进一步引入功能细菌群落和微藻进行生物干预。结果显示，细菌—微藻联合处理在多项指标上表现出较强的恢复效应，可改善浮萍生长和光合作用性能，使微生物群落组成部分向低游离氨状态恢复，并增强生物氮固定。在联合处理条件下，植物相关15N由14.5%提高至32.0%，微生物相关15N由8.5%提高至16.5%，残余溶解态 15N则由57.0%下降至32.5%。

该研究从传统的污染物去除率评价进一步拓展到运行稳定性与氮命运调控，揭示了高氨条件下浮萍生理状态、微生物组结构及氮循环过程之间的协同响应。研究提出，pH-TAN 运行区间及其对应的氨形态可作为高氨废水浮萍处理体系运行状态的重要参考，并为通过pH 调控、负荷优化以及微生物干预提高浮萍生态处理系统稳定性提供了理论依据。

该研究由广东省科学院南繁种业研究所完成。宋英杰博士为通讯作者，杨婷博士为共同第一作者，研究所相关科研人员共同参与完成该项工作。

论文链接: https://doi.org/10.1038/s41545-026-00639-7

供稿人：宋英杰  农业资源利用技术中心

校　稿：龙晓澄  刘乔曼

审　稿：胡敏捷

终　审：陈美豪