東北地理所在人工濕地去除有機磷農藥的機制與強化技術方面取得進展
松嫩平原分布有大面積的鹽堿荒地，后備土地資源豐富，是我國糧食增產潛力最大的地區之一。隨著河湖連通工程的實施，該區鹽堿地水田開發規模不斷擴大，鹽堿水田頻繁的洗鹽排水成為主要的農業面源污染源，退水中氮磷營養鹽、鹽離子和有機磷農藥等污染物對受納泡沼濕地水環境、水生態安全構成嚴重威脅。中科院東北地理與農業生態研究所水環境污染與防治學科團隊以吉林西部稻田退水中典型有機磷農藥毒死蜱為重點研究對象，探究了毒死蜱（CP）及其有毒降解產物3,5,6-三氯-2-吡啶酚（TCP）在潛流人工濕地中的降解機制，量化了多元脅迫條件對毒死蜱降解效率的貢獻，通過優化濕地基質和濕地微生物群落結構，有效提高了人工濕地對毒死蜱及TCP的去除效率。主要研究成果如下：
人工濕地在24小時內可去除進水中90%以上的毒死蜱，系統運行8天后毒死蜱的去除率可達到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。隨著進水中毒死蜱濃度的升高，毒死蜱和TCP的去除率降低；進水中氮、磷營養鹽濃度增加顯著抑制了人工濕地對毒死蜱的降解（P<0.05），但對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。研究還發現，以爐渣為基質的人工濕地對TCP的去除效率高于礫石基質的人工濕地。
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吸附的能力較弱，僅占<3%、4~14%（圖1）。Fe-C基質強化和液體菌劑投加是較理想的強化凈化措施，降解菌劑加入后4天內毒死蜱和TCP就被徹底降解。對人工濕地中微生物群落結構的分析發現，變形菌門的相對豐度在50%以上，其可能是毒死蜱和TCP降解的主要菌門。Fe-C的加入對微生物群落結構影響較大，硫桿菌屬（Thiobacillus）、噬酸菌屬（Acidovorax）、水小桿菌屬（Aquabacterium）和Noviherbaspirillum菌屬是Fe-C處理組的優勢菌屬，其可能參與到鐵碳微電解的相關鐵氧化過程或能夠在微電解環境下對水體中的污染物進行有效降解。
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的機制，研發的強化凈化技術可大幅縮短人工濕地處理毒死蜱及TCP的周期，為鹽堿化地區稻田退水面源污染的生態治理提供了重要的理論基礎和技術支撐。上述研究成果分別發表于Journal of Hazardous Materials和Science of The Total Environment。此項研究由水環境污染與防治學科組祝惠研究員、在站博士后于翔霏等共同完成。研究得到了國家重點研發計劃子課題（No. 2016YFC0500404-4）、中科院青促會項目（No. 2017274）、中科院創新交叉團隊項目（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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