人工濕地修復有機磷農藥污染水體的作用及機制研究

《人工濕地修復有機磷農藥污染水體的作用及機制研究》是依託同濟大學，由成水平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：人工濕地修復有機磷農藥污染水體的作用及機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：成水平
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

有機磷農藥在給農業生產帶來收益的同時，也給自然和人類帶來一定的隱憂，進入水體威脅到水生態系統健康和安全飲用水的生產。如何高效安全地處理含農藥污水或受污染水體，對人類健康與生態環境有著重要的現實意義。人工濕地是一種高效低耗的面源污染控制技術手段。本項目在篩選出了對有機磷農藥三唑磷去除效果較好的濕地植物基礎上，開展種植美人蕉、再力花等植物的人工濕地對水體中三唑磷的去除效果與機制研究。研究不同運行條件下（進水污染物濃度、水力負荷和季節）人工濕地去除三唑磷的效果，確定人工濕地較佳運行參數與模式；剖析三唑磷在人工濕地中的歸趨，探討其基質吸附、植物吸收累積、微生物降解途徑；研究人工濕地植物回響、基質中與有機物降解有關的磷酸酶、脲酶等酶活性及植物根區微生物群落動態，探討人工濕地去除三唑磷的生物學機制。本研究為人工濕地控制有機磷農藥面源污染套用提供科學依據，為受有機物污染水體治理提供一種修複方式。

結題摘要

本項目針對有機磷農藥污染導致地表水體污染的狀況，以三唑磷（TAP）為研究對象，開展人工濕地對水體有機磷農藥的去除作用與機制研究。通過最佳化固相萃取前處理操作條件，建立了固相萃取-高效液相色譜聯用（SPE-HPLC）測定水體、美人蕉（Canna indica）及陶粒中TAP的分析方法，加標回收率達到86.5%-95.7%。構建了種植美人蕉陶粒基質的水平潛流人工濕地小試系統，研究不同水力負荷、不同季節、不同起始TAP濃度運行條件下人工濕地去除三唑磷的效果。水力負荷為100 mm/d時，人工濕地對不同進水濃度的三唑磷（0.1/1.0/5.0 mg/L）的平均去除率分別為94.3%、97.8%、84%；水力負荷為200 mm/d時，僅對於高濃度的進水三唑磷（5.0 mg/L）的去除率下降，而其他濃度組無下降，可見，針對一般污染水體，該水平潛流濕地表現出很好的TAP去除效率，水力負荷可以採用200 mm/d。通過在人工濕地側面布置採樣點檢測分析TAP濃度，運用MATLAB軟體插值模擬TAP在濕地內部的降解情況; 分析了人工濕地水流沿程不同位置美人蕉不同器官中的TAP含量和不同位置陶粒吸附的TAP含量，計算表明人工濕地系統所去除的TAP中， 0.2%的TAP殘留在濕地植物美人蕉體內而被收割去除，約5.0%左右的TAP是通過濕地基質陶粒的吸附而殘留，絕大部分的TAP可能是通過植物、微生物降解等作用而去除。研究了濕地陶粒基質與三唑磷降解有關的磷酸酶、脲酶等轉化酶活性；探討了人工濕地中美人蕉對三唑磷的回響,包括葉片螢光活性、根系酶活性、根系分泌物等的影響；研究了濕地系統微生物群落結構與動態，採用高通量測序分析微生物組成的系統差異及季節差異，並測定了相應的優勢菌群。夏季，Proteobacteria 是優勢菌群；冬季，Firmicutes 成為優勢菌群，其中芽孢桿菌綱Bacilli 是主要綱，芽孢桿菌屬Bacillus是優勢菌，是導致冬季基質脲酶活性較高的主要因素，與三唑磷降解密切相關，揭示了該人工濕地去除TAP的生物學機制，植物、微生物降解作用是TAP去除的主要途徑。人工濕地濕地可以有效地去除TAP，可以作為有機磷農藥污染水體的修復技術措施。