文章信息
通讯作者：俞文正 研究员
通讯单位：中国科学院生态环境研究中心
亮点
• 土壤菌群使生物滤池中的微生物群落具有更复杂的生态位结构。
研究进展
图1 图文摘要
图2 生物滤池的进、出水水质特征（HRT=20小时）：（a）系统进、出水DOC浓度随运行时间的变化；（b）箱型图显示不同阶段不同生物滤池的平均DOC去除率，其中方框、中心线、须状物的标记分别表示下分位数（25%）和上分位数（75%）、平均值和极值。显著性检验：***，p<0.001；**，0.001<p<0.01；（c）254nm处紫外吸光度和紫外特征吸光度的变化。
图3 （a）通过三维荧光光谱-平行因子分析生物滤池进、出水的DOM光学指纹图谱；（b）阶段二和阶段三内生物滤池对主要DOM成分的平均去除率。箱线图标记（即方框、中心线、须状物）分别表示下分位数（25%）和上分位数（75%）、平均值和极值。显著性检验：***，p<0.001；**，0.001<p<0.01；*，0.01<p<0.05；（c）以及（d）不同阶段生物滤池进、出氯化处理后THMs和HAAs的质量浓度和计算毒性变化。
图4 解析接种不同环境基质复合菌群的生物滤池的微生物相互作用：滤池中微生物群落在门（a，c）和科（b，d）水平上的共生网络图。（e）条形图显示了河流和土壤组生物滤池微生物群落在KEGG 3级上的功能预测结果。（f）生物滤池运行参数与DOM属性或衍生的消毒副产物风险之间的关系。水质特征之间的Spearman相关性水平以*：0.01<p<0.05、**：0.001<p<0.01、***：p<0.001表示。
我们基于PICRUSt2分析对河流和土壤组微生物进行了功能注释。土壤微生物在有机物降解的亚功能分类中，例如代谢途径、氨基酸生物合成、碳代谢、原核生物中的碳固定途径及芳香化合物的降解方面有更高的丰度。相比之下，河流组微生物在ABC转运蛋白方面表现得更为积极。这些结果解释了接种土壤复合菌群的生物滤池在DOM生物降解方面更为高效的原因。其次，Mantel检验进一步系统地破译了生物滤池运行参数（即微生物组成、GAC含量和单位质量填料附着的生物量）与DOM属性或衍生的消毒副产物风险之间的关系（图4f）。微生物群落构成与多数DOM特征属性显著的相关性表明该因素对DOM的生物转化行为影响巨大。相比之下，改变GAC含量或者单位质量填料附着的生物量造成的影响相对较小。由此可知，微生物群落构成对DOM生物降解起着决定性的作用。
在本研究中，通过向稳态运行的生物滤池分别导入河流和土壤复合菌群，使驱动生物滤池降解功能的微生物群落在系统发育上发生了分化，从而导致了它们至上而下的性能差异，进而表现为DOM去除和消毒副产物风险控制上的差异。两个组别中，接种土壤复合菌群的生物滤池性能明显更为优越。对其微生物群落特征进行表征后，我们发现DOM的生物转化是多种微生物的共同作用。共现网络进一步解析了河流和土壤组生物滤池中分类群的生态位结构，结合其相对丰度和PICRUSt2分析进一步对影响DOM生物降解行为的关键因素进行了深层次定位。因此，这项研究证明了一个在不增加额外设施或能源消耗的情况下提高生物滤池处理效果的潜在方案，尽管未来需要进行更为详细深入的研究，优化该过程使其在技术上可行。
作者介绍
俞文正，研究员（教授），中国科学院生态环境研究中心。浙江宁波人，曾获欧盟“玛丽居里国际引进学者”基金（IIF）、中组部海外高层次人才青年项目、北京市杰出青年基金和英国皇家化学学会会士，2021年起入选全球前2%顶尖科学家榜单（环境领域）。俞文正研究员的研究方向是饮用水中有机物的产生、转化和去除及其对人体健康的影响，包括污染物去除和水质与慢性疾病相关性。其学术成果以第一或通讯作者已发表SCI论文140余篇，其中1篇Nature Sustainability、1篇Nature Water、1篇Nature Communications（接受），本领域著名期刊ES&T和Water Research共50篇。
通讯邮箱：wzyu@rcees.ac.cn
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