人工湿地去除有机磷农药毒死蜱机理及其生物响应研究

本项目将采用复合垂直流人工湿地系统来处理含有机磷农药毒死蜱污水。首先用液相色谱分析在不同温度、不同污染物浓度和水力负荷条件下系统去除毒死蜱的效果；然后全面深入地分析系统对毒死蜱的去除作用机理：包括用气相色谱分析基质吸附和植物组织器官摄取积累毒死蜱过程，以及微生物对毒死蜱的降解作用及变化规律，用磷脂脂肪酸和酶学分析方法解析植物根系输氧产生的促进作用；同时用变性梯度凝胶电泳和BIOLOG ECO板分析有机磷农药毒死蜱对微生物种群结构和多样性的影响，并且监测植物生长发育和生理生化特性的变化。本项目的开展旨在阐明人工湿地去除有机磷农药毒死蜱的机理，揭示系统生物对毒死蜱胁迫的响应方式，为人工湿地去除含有机磷农药毒死蜱废水的推广应用提供科学依据，进而促使人工湿地高效地处理农业面源污染水体。

本项目在综合分析国内外研究现状的基础上，以人工湿地为试验系统，以含毒死蜱污染物的模拟废水为处理对象来开展研究。全面研究了毒死蜱在人工湿地系统中的吸附、吸收、降解转化等过程，同时从微生物学、植物学和生物化学等方面研究系统生物在该类污染物胁迫下的响应。结果表明人工湿地能够有效的去除毒死蜱，去除率达到了93.54-94.32%；毒死蜱在人工湿地中的去除是基质、植物和微生物的共同作用：运行一个月后基质中吸附吸收毒死蜱含量为0.84-0.97µg/g，植物有助于湿地基质富集毒死蜱；湿地植物不同器官对毒死蜱的富集能力有显著差别，其中须根最高达到19.71µg/g，块根其次，叶子和花茎中毒死蜱含量最低；基质非生物作用对毒死蜱的去除率为25.24-31.56%，无论是种植植物与否，基质微生物对毒死蜱的去除效果显著高于未接触过毒死蜱的基质微生物，说明人工湿地微生物经过毒死蜱的驯化后降解能力提高。湿地植物和微生物通过调整生理过程和群落结构来应对毒死蜱的胁迫：植物叶中三种叶绿体色素的含量显著降低，并且植物的生长发育受到抑制；毒死蜱的添加导致植物体内氧化产物含量上升，但同时植物新叶能够激发自身的氧化调节功能；基质酶在受到毒死蜱胁迫后活性增加，脲酶活性显著提高了72.73%；基质脂肪酸甲酯表明毒死蜱的添加增加了基质微生物总体丰富度，其中好氧原核类微生物和真核微生物两大类群的微生物增量最大。本项目揭示了人工湿地去除毒死蜱机理，同时阐明了系统生物对有机磷农药胁迫的响应方式，为人工湿地高效的处理有机磷农药废水提供科学依据。