東北地理所在人工濕地去除有機(jī)磷農(nóng)藥的機(jī)制與強(qiáng)化技術(shù)方面取得進(jìn)展
松嫩平原分布有大面積的鹽堿荒地，后備土地資源豐富，是我國(guó)糧食增產(chǎn)潛力最大的地區(qū)之一。隨著河湖連通工程的實(shí)施，該區(qū)鹽堿地水田開發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大，鹽堿水田頻繁的洗鹽排水成為主要的農(nóng)業(yè)面源污染源，退水中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽、鹽離子和有機(jī)磷農(nóng)藥等污染物對(duì)受納泡沼濕地水環(huán)境、水生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。中科院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所水環(huán)境污染與防治學(xué)科團(tuán)隊(duì)以吉林西部稻田退水中典型有機(jī)磷農(nóng)藥毒死蜱為重點(diǎn)研究對(duì)象，探究了毒死蜱（CP）及其有毒降解產(chǎn)物3,5,6-三氯-2-吡啶酚（TCP）在潛流人工濕地中的降解機(jī)制，量化了多元脅迫條件對(duì)毒死蜱降解效率的貢獻(xiàn)，通過(guò)優(yōu)化濕地基質(zhì)和濕地微生物群落結(jié)構(gòu)，有效提高了人工濕地對(duì)毒死蜱及TCP的去除效率。主要研究成果如下：
人工濕地在24小時(shí)內(nèi)可去除進(jìn)水中90%以上的毒死蜱，系統(tǒng)運(yùn)行8天后毒死蜱的去除率可達(dá)到99%。人工濕地中TCP濃度在毒死蜱降解初期迅速上升，在第1~2天達(dá)到峰值，隨后緩慢下降，在第8天降低至2 μg L-1以下。隨著進(jìn)水中毒死蜱濃度的升高，毒死蜱和TCP的去除率降低；進(jìn)水中氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度增加顯著抑制了人工濕地對(duì)毒死蜱的降解（P<0.05），但對(duì)TCP的降解影響不顯著；而鹽離子濃度升高加快了毒死蜱和TCP的堿性水解速率。研究還發(fā)現(xiàn)，以爐渣為基質(zhì)的人工濕地對(duì)TCP的去除效率高于礫石基質(zhì)的人工濕地。
人工濕地降解毒死蜱的途徑主要有4種，以微生物降解和堿性條件下的化學(xué)水解為主，分別占37.75~61.91%、18.93~57.42%，而濕地植物吸收和基質(zhì)吸附的能力較弱，僅占<3%、4~14%（圖1）。Fe-C基質(zhì)強(qiáng)化和液體菌劑投加是較理想的強(qiáng)化凈化措施，降解菌劑加入后4天內(nèi)毒死蜱和TCP就被徹底降解。對(duì)人工濕地中微生物群落結(jié)構(gòu)的分析發(fā)現(xiàn)，變形菌門的相對(duì)豐度在50%以上，其可能是毒死蜱和TCP降解的主要菌門。Fe-C的加入對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)影響較大，硫桿菌屬（Thiobacillus）、噬酸菌屬（Acidovorax）、水小桿菌屬（Aquabacterium）和Noviherbaspirillum菌屬是Fe-C處理組的優(yōu)勢(shì)菌屬，其可能參與到鐵碳微電解的相關(guān)鐵氧化過(guò)程或能夠在微電解環(huán)境下對(duì)水體中的污染物進(jìn)行有效降解。
圖1 潛流人工濕地降解毒死蜱的去除途徑及Fe-C、微生物強(qiáng)化效果
本研究揭示了潛流人工濕地降解鹽堿稻田退水中毒死蜱及TCP的機(jī)制，研發(fā)的強(qiáng)化凈化技術(shù)可大幅縮短人工濕地處理毒死蜱及TCP的周期，為鹽堿化地區(qū)稻田退水面源污染的生態(tài)治理提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。上述研究成果分別發(fā)表于Journal of Hazardous Materials和Science of The Total Environment。此項(xiàng)研究由水環(huán)境污染與防治學(xué)科組祝惠研究員、在站博士后于翔霏等共同完成。研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題（No. 2016YFC0500404-4）、中科院青促會(huì)項(xiàng)目（No. 2017274）、中科院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（No. JCTD-2020-14）等共同資助。
論文信息如下：
1.Xiangfei Yu, Hui Zhu, Baixing Yan, Yingying Xu, Gary Ba？suelos, Brian Shutes,Huiyang Wen, Rui Cheng. (2019). Removal of chlorpyrifos and its hydrolytic metabolite 3,5,6-trichloro-2-pyridinol in constructed wetland mesocosms under soda saline-alkaline conditions: effectiveness and influencing factors. Journal of hazardous materials, 373, 67-74. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.03.052
2.Hui Zhu, Xiangfei Yu, Yingying Xu, Baixing Yan, Gary Ba？uelos, Brian Shutes, Zhidan Wen. (2021). Removal of chlorpyrifos and its hydrolytic metabolite in microcosm-scale constructed wetlands under soda saline-alkaline condition: mass balance and intensification strategies. Science of The Total Environment, 145956. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145956
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