《典型納米顆粒在人工濕地中的生態效應及遷移歸趨》是依託東南大學，由黃娟擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：典型納米顆粒在人工濕地中的生態效應及遷移歸趨
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃娟
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
納米顆粒對水環境和人類健康的潛在危害已引起廣泛重視，而人工濕地的複合生態環境和協同除污機制為其去除提供了可行途徑。本項目以納米銀、納米氧化鋅、富勒烯三種典型納米顆粒為研究對象，圍繞其在人工濕地中的生態效應及遷移歸趨展開研究。具體內容包括：研究納米顆粒對濕地植物生理生態特性、抗氧化酶活性和微生物活性分布、功能多樣性、群落結構的脅迫效應；研究納米顆粒脅迫下，基質界面、植物根際局部微環境及溶解氧、關鍵酶活性等濕地整體微環境的動態變遷；研究納米顆粒在植物組織、微生物細胞內的遷移分布，及在濕地不同環境層中的遷移持留和賦存形態；研究納米顆粒與常規污染物共存狀態下，各類物質的時空分布和輸移轉化，解析納米顆粒與常規污染物的環境共行為與耦合降解機制，構建生態動力學模型，並結合抗逆植物、抗逆菌種、高效基質等針對性地提出強化措施。本研究為納米污染物的生態修復及人工濕地技術的套用與發展提供理論依據和技術支持。
結題摘要
隨著納米科技的發展，納米顆粒不可避免地暴露於環境中，對生態環境存在風險。本項目研究了典型納米顆粒的暴露對人工濕地生態系統中濕地植物、微生物群落及微環境特徵的生態效應，解明了典型納米顆粒在人工濕地生態系統中的遷移歸趨，探討了人工濕地生態技術去除典型納米顆粒的可行性。研究表明，典型納米顆粒對濕地植物生理生態指標產生影響，植物抗逆性標指標也發生明顯變化；對參與地球化學循環的關鍵酶活性（脫氫酶、脲酶、芳基硫酸酯酶等）產生不同程度的抑制；明顯改變生態系統中土壤微生物豐度及群落結構。相比於納米氧化鋅(ZnONPs)和富勒烯(nC60)，納米銀(AgNPs)對微生物群落結構的影響更為顯著。人工濕地在長期運行過程中對納米顆粒表現出高效的去除能力。進入生態系統的AgNPs絕大部分被攔截去除(92%~98%)；量化模型分析表明，AgNPs一部分滯留於土壤表層，一部分截留於下層基質，一部分被植物吸收富集，其餘隨出水從系統逃脫；其中，土壤表層是納米顆粒的主要歸趨。濕地植物雖然吸收富集有限，但植物的存在可明顯降低納米顆粒的生態毒性，具有解毒效應。AgNPs長期暴露下，人工濕地生態系統表現出先抑制後穩定的生態過程。暴露初期，人工濕地系統立即表現出明顯的急性毒性效應，常規污染物的去除效果明顯降低，尤其對含氮污染物的去除產生明顯抑制，且其影響具有顯著的濃度效應；隨著暴露時間延長，毒性效應逐漸減弱，長期暴露450天后人工濕地運行重新趨於穩定。測序結果表明，濕地微生物群落結構及優勢種群隨暴露時間表現出明顯變遷，同時對濕地脫氮功能基因（amoA、nxrA、nirS、nirK、nosZ和anammox bacterial 16S rRNA）產生影響，進而改變了濕地氮轉化途徑。為進一步強化納米顆粒脅迫下人工濕地的穩定運行，對濕地植物進行比選發現黃菖蒲在納米顆粒長期脅迫下表現出良好的抗逆性；通過對濕地運行方式的對比研究發現上行流運行方式明顯優於下行流。人工濕地深度處理單元仍具有高效去除納米顆粒的潛力，同時保障濕地出水水質達到一級A標準。
