人工湿地系统中有机农药污染物的微生物降解机制及控制研究

农业径流中农药是造成地表水污染最直接、最大的原因之一。而人工湿地可以有效降低地表水和地下水中农药的浓度，因此应用人工湿地处理农药污染势为我国农业面源水体污染治理提供一条极有参考价值的技术途径和技术模式。本项目拟采用表面流人工湿地系统处理含有机农药废水。首先通过有无微生物活性的试验结果对比，分析水体中、基质中微生物对农药的降解作用，以及植物种植对微生物降解农药的促进作用；结合液相色谱-质谱、气相色谱-质谱技术对湿地不同部位的农药降解产物进行鉴定，解析农药在湿地系统中的降解途径及区域特征，掌握农药降解的主要功能菌群，明确人工湿地系统中农药污染物的微生物降解机制。最后通过添加生物促进剂和投加合适菌剂的方法，增强人工湿地系统中农药及有毒降解产物的去除率。本研究工作的开展，将为控制水体中农药污染、推广人工湿地在处理农药废水中的应用方面提供科学依据。

本项目采用人工湿地系统，研究了有机农药在人工湿地中的去除机制，确定了微生物降解在农药去除中的作用，以及植物种植对微生物降解农药的促进作用。结果表明，进入湿地的硫丹废水在30 d之后硫丹含量平均减少了93.6%。3 d内，水中约80.0%的硫丹被吸附到基质中。根际基质对硫丹的平均去除率比非根际基质高7.9%，植物体内的硫丹总量仅占非根际基质与根际基质之差的48%左右，这表明植物吸收与根际代谢对硫丹去除均有作用。.通过往基质土壤中加入有机农药，探讨农药与微生物的短期相互作用关系，明确了农药的微生物降解机制与降解途径，并发现细菌在农药降解中发挥极为重要的作用。研究表明，天然土（NE）、链霉素土（SSE）和灭菌土（SE）分别降解了8.62%、 5.51% 、2.47% 的硫丹。硫丹硫酸酯在9天后积累至初始量的160%，而硫丹二醇和硫丹内酯在SSE中减少了超过60%，在NE中只减少了13%。细菌因为能够产生更多容易降解的硫丹二醇而在短期实验中表现的比真菌更加优秀。9 d内，真菌的总生物量下降了47%，而细菌生物量却没有明显降低。添加初期，硫丹对细菌的群落结构就产生了较大影响。而低浓度的硫丹，对真菌的群落结构影响不大，高浓度的硫丹初期对真菌群落结构的影响也不大，但经过28d的培育，对真菌的群落结构产生了较大影响。.通过富集培养，分离纯化的方法，从被有机农药污染的土壤中分离筛选出了优势的农药降解菌。研究结果表明，其中3株菌能够在不含硫不含碳的培养基中生长良好，对硫丹有非常高的耐受能力，可以用于高浓度硫丹废水的治理中。在降解机理上，我们认为菌种作用下，硫丹的降解以硫丹醇降解的途径为主，生成的硫丹硫酸酯非常少，能够有效降低系统的毒性。.通过投加生物促进剂（蔗糖，KH2PO4，以及微生物菌剂）的方法，分别研究了它们对人工湿地系统中硫丹去除的促进作用。研究结果表明，这些方法可以使得硫丹的去除率提高到93-99%。加入微生物菌剂及碳源蔗糖对硫丹去除的促进作用较明显。然而，加入KH2PO4增加了植物对硫丹的吸附。因此，在人工湿地系统中，投加碳源和微生物菌剂能够有效促进硫丹的去除，而投加KH2PO4可能会引起大气污染，值得进一步研究。同时，生物促进剂及菌剂共同投加的联合生物修复相对于单独投加，并没有显著增加硫丹的去除效率。该研究为初步实现对人工湿地系统中农药的污染控制提供了理论依据。