米兰官网-微生物“暗战”黑臭水体—新闻—科学网

冬季的山东济宁金乡县马庙村，暖阳漫过村头坑塘的堤岸，清凌凌的水面下石子纹路清楚可见，波光粼粼间，银鳞小鱼忽然跃出水面，溅起一串水花。

谁能想到，如今这鱼虾成群、岸边草木繁盛的水域，曾经是全村人避之不和的“臭水塘”——厚密的绿藻死死封住水面，风一吹，黑绿色的浮沫层层翻涌，发黑的污水裹着刺鼻的臭鸡蛋味，能飘满半个村巷。

这项演变暗地里藏着青岛年夜学生命科学学院传授牛玉生团队4年半的苦守。近日，该结果发表在全世界水资源范畴顶期《天然-水》（Nature Water）。这项由牛玉生牵头，结合清华年夜学研究员张弓研发的镧/锆改性玄武岩吸附-微生物协同水污染管理技能，初次体系地阐了然于污水管理中质料-微生物的耦合机制，将污水磷去除了效率晋升至原有程度的10倍，一举破解传统管理治标不治本、成本高、奏效慢的痛点，实现了开端财产化运用。

这是青岛年夜学首篇该期刊论文。国际相干专家评价该技能“预示着一个将刻不容缓的情况危机改变为可连续再生的将来。”

牛玉生传授于调试试验装配

从痛点出发，为治水而来

“社会上需要啥，远比咱们于象牙塔里揣摩要强。”牛玉生的这句话，道出了这项研究的初心。深耕情况管理范畴二十余年，牛玉生的履历非分特别非凡。

早年的他于非洲赞比亚从事矿产情况评估事情5年，跑遍了沙漠荒原，又于科研治理岗亭深耕多年，深知试验室结果落地难的痛点。2019年，回归科研一线后，他一眼盯上了山东省济宁市南四湖周边的黑臭水体管理难题。

南四湖作为南水北调东线工程的焦点枢纽之一，水质直接瓜葛到北京、天津等北方年夜都会的用水安全，但其周边是黄河旧道，地势低洼，上世纪五六十年月村平易近挖土造房留下的年夜量土坑，搜集了糊口污水及农业面源污染，水体流动性差，逐步酿成藏污纳垢的“黑臭水塘”。

“绿藻铺患上像毯子，底下都是发臭的黑水粘糊糊的，已经经严峻影响到周边住民的糊口了。”牛玉生回忆。然而，水体中的污染物并不是一无可取，磷、氮等元素都是农业出产中的有利元素，是农业出产的肥料。

牛玉生的设法很明确，“咱们不仅要把污水中磷、氮这些工具去除了失，更想经由过程一种方式‘变废为宝’。”带着这个方针，2021炎天，牛玉生率团队一头扎进了试验室及田间地头。

研究的第一步，即是寻觅适合的载体及吸附剂。“就像给病人找对于症的药，每一样都患上试，不克不及怕贫苦。”论文第一作者青岛年夜学博士生吴天明坦言，团队最初筛选了数种质料，每一样质料都做不异规格样品，监测吸附效率、不变性。

这是一场重复又繁琐的“长期战”。颠末与沸石、珍珠岩的重复对于比，团队终极选用孔隙率占50%以上，粒径2~3毫米的多孔玄武岩为基本载体。“玄武岩多孔布局延伸磷与质料接触时间，于孔隙内形成富磷微情况并促成微生物附着定殖，同时孔隙组织的微流场进一步强化传质接触。”牛玉生注释。

综合思量成本效益与吸附效率，团队以稀土以和锆基质料作为吸附活性位点，进而合成为了镧锆二元金属氢氧化物负载玄武岩吸附质料，吴天明提到“质料合成简朴，合成历程能耗较低，后续更易扩展范围出产”，这为后续的协同作用打下了基础。

试验室里，这项质料的除了磷效果一起飘红，可谁也没想到，到效果试验阶段就遭受了“滑铁卢”。

2023年春季，团队于一些野外的坑塘举行试点，坑塘里的塑料袋、残花败柳、泥沙把质料孔道堵患上严严实实。

“试验室里的水没有处置惩罚前只有单一的污染物，而野外污水是‘八门五花’的。”吴天明回忆起其时的状态，仍有些无奈。不仅有氮磷，还有有年夜量悬浮物、有机物，甚至还有有村平易近倾倒的糊口垃圾。

实际运用场景的繁杂多样性并未让牛玉生措手不和，他的方针明确，要一一解决问题——进步前辈行预处置惩罚，打捞水面漂浮物及年夜块垃圾，再于进水口设置简略单纯过滤装配阻挡悬浮物——针对于差别的污染元素组合慢慢管理。

“我想做的是运用基础研究，先看能不克不及运用，再举行研究，科研要扎根现场。”牛玉生对于《中国科学报》说，这是团队所苦守的理念。

牛玉生传授于管理前的水塘前

解密质料-微生物的协同暗码

“弄科研不克不及只知其然，还有得悉其以是然！”于技能落地奏效的同时，牛玉生没让团队停下探究机理的脚步。他深知，只有把道理弄透，技能才能真正走出试验室。可这一钻，就碰到了个让团队头疼的“硬骨头”。

玄武岩的孔道是自然形成的，不匀称也不法则，怎么才能证实污水能及质料的活性位点充实接触？

“咱们使用CT扫描对于岩石举行三维重构，并举行流场模仿，这需要强盛的算力撑持，其时咱们是没有相干装备的。”吴天明回忆。

不辞辛劳，牛玉生带着团队最先跑遍吉林年夜学、中国科学院相干研究所等十几个单元，都因装备算力不足或者软件不匹配无果，小半年的奔忙毫无成果，团队里的情绪不免有些懊丧。

起色来自在牛玉生一名伴侣的帮忙，借助其相干的超算计较机，解决团队的燃眉之急。那段时间，团队白日做试验，晚上熬夜处置惩罚数据，经由过程拼接几千张质料切片图，证明玄武岩的孔道能形成匀称且繁杂的流场。

终极模子成果让所有人面前一亮——纯真用质料吸附，吸附量到必然水平就会饱及，而插手微生物的作用以后，这项技能的可处置惩罚水量相称在质料体积的4.5万倍。

“用一方质料，能处置惩罚45000方的水，今朝海内外的文献上记载的没有比咱们处置惩罚更强的了！”牛玉生难掩自豪。

吸附穿透力的冲破，让团队看到了协同机制的潜力，可新的问题又随之而来，微生物成百上千，毕竟哪一种才是要害质料。

为此，团队收罗了差别管理阶段的水体及质料样品，举行了宏基因组、宏转录组、代谢组等多组学阐发，积攒了近1T的原始数据。

“从这些数据中挖出咱们想要的历程是很坚苦的，比以前加起来所有的事情量都年夜。”那段时间，试验室的灯经常亮到深夜，一最先筛选出了多种微生物，不知道哪一种才是最为要害的。他们只能经由过程对于比试验，一一解除，末了把方针锁定于一种叫“副伯克霍尔德菌”的微生物上。

“就是它！”吴天明至今记患上找到谜底时的高兴。这类微生物是典型的磷消融菌，它能排泄柠檬酸、苹果酸等有机酸，将质料吸附的矿物磷消融转化并贮存于细胞内，再经由过程磷相干基因调控聚磷合成与分化，促成真菌等真核生物共生。

“这不是单一微生物的作用，而是一个微型生态体系。”牛玉生注释，玄武岩的多孔布局为微生物提供一个附着机制，形成为了“富磷”的微情况，让微生物能连续孳生生长。

牛玉生传授（左二）与金乡县水务局相干卖力人于现场调研

金乡马庙管理先后感官图

从试验室到田间地头

机理摸透了，技能成熟了，团队最先向现实治水场景周全发力。2024年4月，金乡县马庙村的管理正式开启。联合水体污染近况，开展水面保洁事情，于进水口设置过滤装配，分批投放藻相节制质料、储氧催化质料与水体活化质料，经由过程质料的吸附、储氧及催化作用改善水体微情况。

治水效果来患上比想象中更快。一个月后最先养殖鱼类，两个月后水面就已经经从玄色酿成青色，绿藻也没了。如今，这口水池已经成为村平易近饭后溜达，孩童游玩的热点行止。

这项事情也获得了山东省生态情况厅泥土中央、金乡县水务局相干部分的高度承认。他们于现场调研时兴奋的指出：“马庙景不雅水体多年来水体污浊、恶臭难闻、蓝藻满塘的问题，终究被牛传授团队采用新技能管理解决啦！”“水质差劲的死水塘变为了鱼虾畅游的布满生气希望的活水体，两年多来，一直水质清亮，波光粼粼。”

牛玉生传授于对于处置惩罚后水质举行检测

“技能有扎实的运用案例及透辟的机理阐发，还有有完备的经济及情况评价，有底气打击头部刊物！”牛玉生年夜手一拍决议。团队没有选择按部就班，而是直接且只向全世界水资源范畴排名第一的权势巨子期刊《天然-水》投稿。

等候的历程非分特别漫长。2025年1月投稿后，直到6月尾才收到审稿定见，这项技能因其怪异上风颇对于审稿人胃口，首投即中。

然而，相干三位审稿人给出了三四十条细节修改建议，此中，相干微生物绝对于定量数据及磷的跨膜传输机制等内容倒是团队以前未触及的范畴，“一最先压力很年夜，这么多建议，并且有些技能咱们以前没接触过。”吴天明说到。

压力很快酿成了动力。那段时间，吴天明自学流式细胞技能，泡于试验室一遍各处做试验、测数据，增补了一系列试验，与张弓等一路对于论文逻辑一遍遍打磨完美。“这个历程实在我本身也把握了许多技术，是对于本身系统更深的查抄改正。”10月初，团队再次提交了修改稿。这一次，审稿人很快给出了正面反馈。

12月中旬，正式吸收动静传来的时辰，团队成员脸上难言欢乐——4年半的攻坚克难，上百次试验，无数个熬夜的夜晚，终究有了最佳的回报。

论文发表并不是竣事，2025年12月5日，金乡县5个村的8个坑塘的水质管理同步启动，团队采用自我研发的施工方案，仅用34天便完玉成部工程，原本遍及处在劣Ⅴ类的水体全数达标，此中西夹村3号坑塘水质更是晋升至地表水Ⅲ类，氨氮、总磷等要害指标均优在管理方针，完全消弭了黑臭征象。

“及传统的处置惩罚要领比拟，咱们提出的协同系统管理成本可以勤俭几倍。”牛玉生先容，经由过程生命周期阐发（LCA）评估，其18项情况影响指标，均低在市道上的主流质料，运用场景极具扩大性。

科研不止在发表顶刊，更于在解决现实问题，让科技真正走进田间地头，温暖千家万户。如今，技能已经形成完备的财产化链条，既可为南水北调等庞大工程的水质保障提供支撑，也能适配泛博地域的水污染管理需求。

牛玉生先容，下一步，团队的方针已经明确聚焦在水体有利元素的再使用研发，“治水不是尽头，让资源轮回起来，让村平易近真正受益，才是咱们的方针。”