（环境科学与工程专业论文）有机氯农药硫丹对人工湿地生态系统的影响及响应机制研究.pdf

山东大学硕士学位论文 目录 摘要1 a b s t r a c t ：； 第一章前言5 1 1 研究背景及意义一5 1 1 1 人工湿地综述5 1 1 2 硫丹简介7 1 1 3 国内外研究现状1o 1 1 4 研究意义1 0 1 2 研究目的与研究内容11 1 2 1 课题来源1 l 1 2 2 研究目的11 1 2 3 研究内容1 1 1 2 4 技术路线1 2 第二章硫丹对人工湿地生态系统中植物和基质微生物的影响1 3 2 1 试验装置与方法1 3 2 1 1 试验装置。1 3 2 1 2 试验方法1 3 2 1 3 水质分析项目与方法。1 4 2 1 4 植物叶片抗氧化酶活性的测定1 5 2 1 5 植物叶片蛋白质分析方法。1 6 2 1 6 磷脂脂肪酸( p l f a ) 分析方法1 7 2 1 7 数据分析18 2 1 8 多样性统计学分析1 8 2 2 结果与讨论1 9 2 2 1 不同浓度的硫丹对植物抗氧化酶活性变化的影响1 9 2 2 2 不同浓度的硫丹对丙二醛( m d a ) 含量变化的影响2 0 2 2 3 不同浓度的硫丹对脯氨酸( p r o l i n e ) 含量变化的影响2 l 2 2 4 硫丹胁迫下植物叶片内不同蛋白质的表达分析2 2 2 2 5p l f a 的谱图2 5 2 2 6p c a 分析2 6 2 2 7p l f a 浓度随硫丹浓度的变化2 7 2 2 8 土壤样品微生物多样性分析2 7 2 3 小结2 8 第三章硫丹对人工湿地氮循环的影响2 9 3 1 试验装置与方法2 9 3 1 1 水质分析2 9 3 1 2 土壤氮素分析2 9 3 1 3 植物中氮素含量分析方法31 3 1 4 气体采集分析方法3 1 3 1 5 数据分析与处理3 3 3 2 结果与讨论3 3 3 2 1 人工湿地系统温度变化3 3 3 2 2 不同浓度的硫丹对湿地水质的影响3 3 3 2 3 不同浓度硫丹对湿地系统土壤中氮素变化的影响3 8 3 2 4 不同浓度硫丹对湿地系统植物中氮素的影响。4 0 3 2 5 不同浓度硫丹对湿地系统n 2 0 排放量的影响4 l 3 2 6 人工湿地系统中污染物去除动力学模型拟合。4 2 3 2 7 人工湿地系统中氮元素物料平衡分析4 4 3 3 小结4 8 第四章结论与展望5 0 4 1 结论5 0 4 2 展望：5 1 参考文献5 2 致谢。5 7 发表论文5 8 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e 1 a b s t r a c ti ne n g l i s 3 c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 5 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 5 1 1 1c o n s t r u c t e dw e t l a n dr e v i e w 5 1 1 2e n d o s u l f a nr e v i e w 7 1 1 3r e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d 1 0 1 1 4r e s e a r c hs i g n i f i c a n c e 1 0 1 2r e s e a r c hp u r p o s e sa n dc o n t e n t 11 1 2 1s u b j e c ts o u r c e 11 1 2 2r e s e a r c hp u r p o s e s 11 1 2 3r e s e a r c hc o n t e n t 11 1 2 4t e c h n o l o g yr o a d m a p 1 2 c h a p t e r2 e f f e c to fe n d o s u l f a no np l a n t sa n dm a t r i xm i c r o 。o r g a n i s m si nt h e w e t l a n de c o s y s t e m 1 3 2 1e x p e r i m e n td e v i c ea n dm e t h o d ”1 3 2 1 1e x p e r i m e n td e v i c e 1 3 2 1 2e x p e r i m e n tm e t h o d 1 3 2 1 3w a t e rq u a l i t ya n a l y s i sp r o j e c ta n dm e t h o d s 1 4 2 1 4d e t e r m i n a t i o no f a n t i o x i d a n te n z y m ea c t i v i t i e si np l a n tl e a v e s 1 5 2 1 5m e t h o d so f p l a n tl e a f p r o t e i na n a l y s i s 1 6 2 1 6m e t h o d so f p l f a 1 7 2 1 7d a t aa n a l y s i s 1 8 2 1 8d i v e r s i t yo f s t a t i s t i c a la n a l y s i s 1 8 2 2r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 1 9 2 2 1i m p a c to f e n d o s u l f a no np l a n ta n t i o x i d a n ta c t i v i t yc h a n g e s 1 9 2 2 2i m p a c to fe n d o s u l f a no np l a n tm d aa c t i v i t yc h a n g e s 2 0 2 2 3i m p a c to fe n d o s u l f a no np l a n tp r o l i n ec h a n g e s 2 1 2 2 4d i f f e r e m tp r o t e i ne x p r e s s i o na n a l y s i su n d e re n d o s u l f a ns t r e s s 2 2 2 2 5s p e c t r u mo f p l f a 2 5 2 2 6p c a a n a l y s i s 2 6 2 2 7c h a n g e so f p l f au n d e re n d o s u l f a ns t r e s s ”2 7 2 2 8a n a l y s i so f m i c r o b i a ld i v d s i t yo f s o i ls a m p l e s 2 7 2 3c o n c l u s i o n 2 8 c h a p t e r3 e f f e c to fe n d o s u f f a n0 1 1n i t r o g e nc y c l eo f w e t l a n ds y s t e m 2 9 3 1e x p e r i m e n td e v i c ea n dm e t h o d 2 9 3 1 1a n a l y s i so f w a t e r q u a l i t y 2 9 3 1 2a n a l y s i so f s o i ln i t r o g e n 。2 9 3 1 3n i t r o g e nc o n t e n to f p l a n t s 3 1 3 1 4g a sc o l l e c t i o na n da n a l y s i sm e t h o d s 3 1 3 1 5d a t aa n a l y s i sa n dp r o c e s s i n g 3 3 3 2r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 3 3 3 2 1w e t l a n ds y s t e mt e m p u t r a t u r e 3 3 3 2 2i m p a c to f e n d o s u l f a no nw a t e rq u a l i t yo f w e t l a n ds y s t e m 3 3 3 2 3i m p a c to f e n d o s u l f a no nn i t r o g e ni nt h es o i lo f w e t l a n ds y s t e m 3 8 3 2 4i m p a c to f e n d o s u l f a no nn i t r o g e no f p l a n t0 nw e t l a n ds y s t e m 4 0 3 2 5i m p a c to fe n d o s u l f a no nn 2 0e m i s s i o no fw e t l a n ds y s t e m 4 1 3 2 6p l a n tr e m o v a li nw e t l a n ds y s t e md y n a m i c sm o d e lf i t t i n g 。4 2 3 2 7m a t e r i a lb a l a n c eo f n i t r o g e ni nt h ew e t l a n ds y s t e m 4 4 3 3c o n c l u s i o n 4 8 c h a p t e r4 c o n c l u s i o na n do u t l o o k 5 0 4 1c o n c l u s i o n 5 0 4 2o u t l o o k 5 0 r e f e r e n c e s 5 2 a c k n o w l e d g e m e n t s 5 7 p a p e rp u b l i c a t i o n 5 8 山东大学硕士学位论文 摘要 有机氯农药是全世界最普遍的环境污染物之一。硫丹( e n d o s u l f a n ) 是一种 人工合成的、广谱类和具有较好生物活性的有机氯类农药，在世界范围内很多国 家包括我国都有广泛应用。人工湿地被认为是潜在的处理农药污染的有效途径之 一。因此，开展人工湿地对农药的去除的研究具有重要的实际意义。 本文首先分析人工湿地植物和微生物对有机氯农药硫丹污染物的响应，结果 表明：在不同浓度硫丹胁迫下，植物通过产生各种抗氧化酶和蛋白质来抵御胁迫。 当硫丹浓度为0 2 - - - 2 “g l 时，植物抗氧化酶活性升高，植物生长受到抑制。当 硫丹浓度为1 0 嵋几时，植物开始枯萎甚至死亡。另外，在不同浓度硫丹胁迫下， 植物细胞内蛋白质产生了不同程度的表达。这些蛋白质包含了各种功能，如防御 有关的应激蛋白，光合作用、r n a 转录、翻译相关的蛋白等，在植物抵抗硫丹 胁迫时发挥重要的作用；微生物也有不同的响应结果，随着硫丹浓度的升高，基 质中微生物磷脂脂肪酸总量先上升，在硫丹浓度为2 嵋几时达到最大值，之后 随着硫丹浓度的进一步升高而减少。在不同硫丹浓度下，土壤中微生物多样性指 数、均匀度和丰度均不同。硫丹的加入使湿地系统微生物多样性减少。当硫丹浓 度为l o 岭l 时，土壤中微生物受硫丹胁迫的影响，微生物种类降低，微生物多 样性显著下降。 氮的去除在人工湿地中是很重要的评价指标。因此，本文同时研究硫丹对生 态系统氮循环的影响，深入揭示人工湿地处理含有机氯农药硫丹污水机理和生物 对其的响应机制。结果表明，投加一定浓度的生活污水后，人工湿地系统对c o d 和氨氮的平均去除率稳定在7 0 以上；对总氮、硝态氮和亚硝态氮的平均去除 率稳定在4 0 7 0 之间。通过研究植物叶片、土壤n 含量及湿地系统n 2 0 的释 放量发现，硫丹对土壤中氮素含量的影响变化不大，与空白样品基本一致；植物 全氮含量在硫丹胁迫下变化较明显，在硫丹含量为o 5 “g l 时，植物全氮含量值 最高，随着硫丹浓度的增大，全氮含量明显降低；另外，对通入不同浓度硫丹污 水的芦苇n 2 0 的释放量测定发现，湿地系统中微生物对硫丹进行一定程度的降 解，在低浓度范围内，微生物活性随硫丹的升高而增大，n 2 0 的释放量随之小幅 度升高，当硫丹浓度为1 0 嵋l 时，微生物活性减弱，n 2 0 的释放量也出现一定 程度的降低。 通过对湿地系统中各污染指标降解的一级动力学方程拟合，得知各污染指标 降解的一级动力学方程拟合效果较好，硫丹浓度为o 5 嵋l 时系统的c o d 降解 较快，l o 嵋几的湿地系统c o d 降解最慢；同样，t n 、a n 在0 5 嵋l 时也降解 较快。在不同浓度硫丹胁迫下，亚硝氮的降解趋势差距较小，硝氮和亚硝氮的降 解在硫丹浓度为2 嵋几时降解速率最大。通过氮物料平衡的研究可知，在硫丹 胁迫下，基质吸附和系统排水降解作用是湿地脱氮的主要途径，其次是植物和微 生物的硝化反硝化作用。 综合上述结果，投加硫丹后，植物通过改变化合作用速率，触发抗氧化酶防 御系统和累积相关功能性蛋白来抵抗外界硫丹胁迫。于此同时，人工湿地生态系 统中微生物、氮循环也受到一定程度的影响。 关键词：硫丹；人工湿地；植物；基质；氮循环 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t o r g a n o c h l o r i n ep e s t i c i d e s ( o c p s ) a r eo n eo ft h em o s ts e r i o u se n v i r o n m e n t p o l l u t a n t st h r o u g h o u tt h ew o r l d e n d o s u l f a nw a so n eh n do fw a t e r - i n s o l u b l e o r g a n o c h l o r i n e b a s e dp e s t i c i d et h a ti sw i d e l yu s e da sab r o a ds p e c t r u mi n s e c t i c i d e w o r l d w i d e c o n s t r u c t e dw e t l a n d sw e r eg a i n i n gr e c o g n i t i o na so n eo ft h em o s t p o t e n t i a lm a n a g e m e n tp r a c t i c e sf o rt h er e d u c t i o no fp e s t i c i d ec o n c e n t r a t i o n si n a g r i c u l t u r a lr u n o f f s o ，i ti ss i g n i f i c a n tf o rt h er e s e a r c ho fr e m o v a lo fp e s t i c i d e si n w e t l a n ds y s t e m t h i sp a p e rf h - s ta n a l y z e dt h er e s p o n s eo ft h ea r t i f i c i a lw e t l a n dp l a n t sa n d m i c r o o r g a n i s m so nt h eo r g a n o c h l o r i n ep e s t i c i d ee n d o s u l f a np o l l u t a n t s ，t h er e s u l t s s h o w e dt h a tu n d e rt h es t r e s so fe n d o s u l f a ni nd i f f e r e n tl e v e l s ，p l a n t sc a np r o d u c e d i f f e r e n tk i n d so fa n t i o x i d a s ee n z y m ea n dp r o t e i nt or e s i s ts u c hs t r e s s t h ea c t i v i t yo f a n t i o x i d a s ee n z y m er i s ea n dt h eg r o w t ho f p l a n t sw a sr e s t r a i n e dw h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fe n d o s u l f a nr e a c h e do 2 2 嵋l ，w h i l et h ep l a n t sw i t h e r e da n de v e n d i e du n d e rt h es t r e s so flo l a g le n d o s u l f a n b e s i d e s ，u n d e rt h es t r e s so fe n d o s u l f a ni n d i f f e r e n tl e v e l s ，t h ec e l l u l a rp r o t e i n so ft h ep l a n t se x p r e s s e dd i f f e r e n t l y t h e s ec e l l u l a r p r o t e i n s w i t hd i f f e r e n t f u n c t i o n s ，i n c l u d i n gr e s i s t i n g r e l a t e ds t r e s s p r o t e i n ， p a r t i c i p a t i n gi np h o t o s y n t h e s i s ，t r a n s c r i p t i o no fr n aa n dt r a n s l a t i n gr e l a t e dp r o t e i n s ， p l a y e dak e yr o l ei nr e s i s t i n gt h es t r e s so fe n d o s u l f a n s i m i l a r l y ，t h em i c r o b i a l r e s p o n s er e s u l t e dd i f f e r e n t l y a st h el e v e lo fe n d o s u l f a ne l e v a t e d ，t h ea m o u n to f p h o s p h o l i p i df a t t ya c i d ( p l f a ) i n c r e a s e df i r s t ，r e a c h e di t sp e a k w h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fe n d o s u l f a ne l e v a t e dt o2p l ，a n dt h e nb e g a nt od e c l i n ew h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fe n d o s u l f a nc o n t i n u e dt oi n c r e a s e a n du n d e rt h ee n d c i s u l f a ni n d i f f e r e n tl e v e l s ，t h em i c r o p o p u l a t i o n si nt h es o i lw e r ed i f f e r e n tt os o m ee x t e n t - - w i t h d i f f e r e n td i v e r s i t y i n d e x ，h o m o g e n e o u sd e g r e e a sw e l la sr i c h n e s s w h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fe n d o s u l f a nr e a c h e d10 嵋几，t h em i c r o b i a ld i v e r s i t yn o t a b l yd e c l i n e d d u et ot h es e r i o u ss t r e s s a st h en i t r o g e nr e m o v a li nc o n s t r u c t e dw e t l a n d si sv e r yi m p o r t a n te v a l u a t i o n i n d e x e s t h ea r t i c l ea l s os t u d i e dt h ei m p a c to fe n d o s u l f a no nt h ee c o s y s t e mn i t r o g e n c y c l e ，r e v e a lt h em e c h a n i s mo fc o n s t r u c t e dw e t l a n dc o n t a i n i n ge n d o s u l f a ns e w a g e a n di t sr e s p o n s eo fb i o l o g i c a l w h e na d d e di ns o m ed o m e s t i cs e w a g e ，t h em e a n r e m o v a le f f i c i e n c yo fc o da n da m m o n i an i t r o g e n ( 姗w a ns t e a d i l yo v e r7 0 w h i l e t h em e a nr e m o v a le f f i c i e n c yo ft n ，n i t r a t ea n dn i t r i t ew a ns t e a d i l yi n4 0 7 0 b y s t u d y i n gt h en i t r o g e nc o n t e n ti np l a n tl e a v e sa n ds o i la n dt h ee m i s s i o no fn 2 0b y w e t l a n ds y s t e m , e n d o s u l f a nw a sf o u n dt oh a v ev e r yl i t t l ei n f l u e n c et ot h en i t r o g e n c o n t e n ti nt h es o i l ( i ti sc l o s et ot h eb l a n ks a m p l e ) ，b u th a v eas i g n i f i c a n te f f e c to nt h e n i t r o g e nc o n t e n ti nt h ep l a n t - - t h en i t r o g e nc o n t e n td e c r e a s e de v i d e n t l yw h e nt h e e n d o s u l f a nl e v e le l e v a t e d u n d e rl o wl e v e lo fe n d o s u l f a n ，t h ea c t i v i t yo fm i c r o b e s r i s e da st h el e v e le l e v a t e da n dt h en 2 0e m i s s i o ns l i g h t l yi n c r e a s e d ；b u tw h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fe n d o s u l f a nr e a c h e d10 鹏几，t h ea c t i v i t yo f m i c r o b e sd e c r e a s e d , a sa r e s u l t ，t h en 2 0e m i s s i o nw a sd e c l i n e d t h er e s u l to fak i n e t i ce q u a t i o nf i t t i n gf o rt h ed e g r a d a t i o no fp o l l u t i o n i n d i c a t o r si nt h ew e t l a n ds y s t e mw a ng o o d t h ed e g r a d a t i o no fc o d ，t na n da nw a n f a s tw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fe n d o s u l f a nw a n0 5 鹇la n dt h es p e e do fd e g r a d a t i o n w a nl o w e s tw h e ne n d o s u l f a nw a n1 0 熠几t h eg a po fn i t r i t ed e g r a d a t i o nt r e n dw a s s m a l l e ru n d e rv a r y i n gd e g r e e so fs t r e s s t h es p e e do fn i t r a t ea n dn i t r i t ed e g r a d a t i o n w a nf a s t e s tw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fe n d o s u l f a nw a n2 烬l t h enm a t e r i a lb a l a n c e r e s e a r c hs h o w e dt h a ts u b s t r a t ea d s o r p t i o na n dd e g r a d a t i o no fd r a i n a g es y s t e mw e r e t h em a i nw a y sf o rt h ed e n i t r i f i c a t i o no f w e t l a n d s n i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o no f p l a n t s a n dm i c r o o r g a n i s m sw e r ea l s ot h ew a y sf o rt h ed e n i t r i f i c a t i o no fw e t l a n d s i ns l l r l l ，a r e ra d d i n ge n d o s u l f a n , p l a n t sc h a n g et h er a t eo fp h o t o s y n t h e s i s ， t r i g g e rt h ea n t i o x i d a n ta l z y m ed e f e n s es y s t e ma n da c c u m u l a t et h ef u n c t i o n a lp r o t e i n t or e s i s tt h es t r e s so fe n d o s u l f a n m i c r o o r g a n i s ma n dn i t r o g e nc y c l ei na r t i f i c i a l w e t l a n de c o s y s t e mw e r ea f f e c t e dt oac e r t a i ne x t e n t k e yw o r d s ：e n d o s u l f a n ；c o n s t r u c t e dw e t l a n d ；p l a n t ；s u b s t r a t e ；n i t r o g e nc y c l e 4 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章前言 有机氯农药污染是全世界最普遍的环境污染之一。有机氯农药污染在全世界 引起了广泛的关注 1 。硫丹( e n d o s u l f a n ) 是一种人工合成的、广谱类和具有较 好生物活性的有机氯类农药，在世界范围内很多国家包括我国都有广泛应用 2 】， 并且在大气、土壤、淤泥、地表水、地下水和粮食中都能检测到较高浓度的硫丹 残留【3 ，4 。人工湿地被认为是最好的潜在去除农业径流中农药的方法 5 】，并已 被广泛应用。因此，开展人工湿地对农药的去除的研究具有重要的实际意义。 1 1 1 人工湿地综述 人工湿地是由人工建设运行的，能够对投加到其中的污水进行生态处理，并 最终降解污染物质，达到水质净化目的的湿地系统。人工湿地去污过程主要依靠 植物、基质和微生物的相互协同，其中包括物理、化学及生物的三重作用。对污 水进行处理，它的作用机制主要包括过滤沉淀作用，植物土壤吸附作用，微生物 的分解、转化作用以及湿地系统内部水分蒸腾和养分吸收作用。 1 1 1 1 人工湿地的组成 人工湿地主要包括水体、基质、植物和微生物几部分。其中，植物是人工湿 地的重要组成部分，它在人工湿地去除污染物过程中发挥重要的作用，可以直 接摄取污水中含有的营养物质、富集污水中污染物质，还能向根区输送氧气，提 供根区微生物生长、繁殖和降解过程需要的氧。植物对有机污染物的吸收通过与 微生物的协同作用完成 6 】。 基质是人工湿地的重要组成部分，对于净化污水中的污染物有重要作用 7 。 基质是人工湿地系统植物和微生物的生存区，并能将有机物降解转化为无毒的无 机物质。基质被称为高效的“活过滤器”它的净化功能主要有：基质中微生物 的降解转化作用；基质中各种胶体物质的沉淀和吸收络合作用；绿色植物的吸 收和生物合成作用；基质中气体的扩散；对污染物质的阻留作用；基质的离 子交换作用 8 】。 1 1 1 2 人工湿地的分类及特点 按照污水在湿地床中水流方式分类，可将人工湿地分为三种：表面流人工湿 地，潜流人工湿地和垂直流人工湿地。 表面流人工湿地与天然湿地组成结构类似，污水在其表层流动，污染物质的 去除主要利用植物的拦截阻留和植物根茎上附着的生物膜降解。表面流人工湿地 中水层与大气的接触面积较大，系统氧气含量充足，因此其对有机物和悬浮物质 的去除效果较好 9 】。 潜流人工湿地中基质一般是由土壤和填料组成，其上种植水生植物，污水在 系统基质层内部流动。污染物质的去除主要是通过基质中微生物的降解、植物根 系的阻留和吸收等作用来进行降解。潜流人工湿地相较于表面流人工湿地，具有 卫生条件好、水力停留时间长及污染物净化效果好，尤其是对c o d 、总氮、总 磷的去除效率较高的优点。目前潜流人工湿地已广泛应用到工业废水的污水处理 领域 1 0 】。 垂直流人工湿地是在表面流人工湿地和潜流人工湿地基础上改进而来的一 种工艺。该系统常采用间歇式进水方式，污水在系统内处于垂直方向流动，具有 水力负荷大、占地面积小的优势。 1 1 1 3 人工湿地污染物去除机理 人工湿地对污染物质的去除主要依靠湿地系统中植物根系吸收富集、基质过 滤吸附和微生物消解的协同作用。污水在进入人工湿地系统后，植物直接从污水 中吸收氮磷等营养物质，水体中的硝酸盐、铵盐等物质都能通过植物的吸收，最 后进行植物收割来达到去除效果。同时，植物根系能够吸收富集部分重金属等有 毒物质，且植物底部复杂的根系也能起到拦截颗粒物的作用。 当污水与人工湿地系统中基质接触时，水中部分固体颗粒物质可与基质中的 颗粒物发生作用，通过化学键和化学吸附的作用被粘附在基质表面，同时，基质 中形成的土壤胶体也具有较强的吸附能力，能够截留和吸附水中的悬浮固体物 6 山东大学硕士学位论文 质。因此，基质的物理过滤和吸附作用也是水中污染物去除的重要途径之一。 人工湿地系统中富含的微生物是水中污染物降解的主力军。其中，好氧微生 物主要通过呼吸作用，将污水中大部分有机物分解成为二氧化碳和水，而厌氧细 菌将有机物分解成二氧化碳和甲烷，硝化细菌和反硝化细菌分别可以将铵盐硝化 和硝态氮还原成氮气等。通过微生物的分解作用，水中的有机污染物基本都能得 到一定程度的降解同化，或转化为无害的无机物质回归到自然界中。 人工湿地中的污染物质可分为溶解性有机物和不溶性有机物质。其中溶解性 有机物质主要是通过植物根系和基质中生物膜的吸附及生物降解过程去除；不溶 性有机污染物质主要是依靠植物和基质的沉淀过滤作用以及微生物的降解利用 去除。人工湿地中含氮素的污染物主要有有机氮、氨氮、硝氮和亚硝氮。有机氮 主要通过微生物的氨化将其转化为氨氮。水中氨氮在好氧条件下，依靠微生物的 硝化作用转化成为硝氮或通过氨气的挥发去除。硝态氮和亚硝态氮主要是被系统 中微生物利用，通过反硝化作用还原为n 2 或n 2 0 进入大气。 1 1 1 4 人工湿地的应用 由于人工湿地应用方式灵活，可以因地制宜，将污水就地或就近处理，不需 要强大的管网系统收集污水。人工湿地在美国、丹麦、芬兰和瑞士被广泛应用于 处理受污染的农业径流，以达到控制面源污染的目的 1 l ，1 2 。我国引进人工湿地 工程技术来处理农业径流废水，并已在众多水域的面源污染控制以及废水处理中 得到成功应用，取得了较为显著的效果 1 3 ，1 4 。人工湿地己被广泛应用在生活 污水以及矿山、制药、垃圾渗滤液和公路径流等废水处理中 1 5 ，1 6 。许多野外 应用实例和室内研究结果表明用人工湿地可有效处理农业径流中的杀虫剂和除 草齐l j c l 7 - 1 9 。 1 1 2 硫丹简介 1 1 2 1 硫丹结构和理化性质 硫丹是一种环戊二烯类有机氯农药，学名为1 ，2 ，3 ，4 ，7 ，7 六氯双环2 ， 2 ，l 庚- 2 烯5 ，6 双轻甲基亚硫酸酯，分子式为c 9 h 6 c 1 6 0 3 s ，又称赛丹，安杀 丹，雅丹等。工业硫丹主要是由a 硫丹和b 硫丹两种同分异构体组成，其比例 为2 ：1 或7 ：3 1 2 0 ，2 1 。a 硫丹和b 硫丹虽然物理化学特性不同，但杀虫效力相同 2 2 ，2 3 。 秘秘 甜硫丹b 硫丹 硫丹常温下为固体，纯品为白色晶体，硫丹的摩尔质量是4 0 6 9 9g m o l ，熔 点为1 0 6 。硫丹不溶于水，但能溶解于丙酮、氯仿、正己烷等有机溶剂中。在 在碱性介质中，硫丹不稳定，能缓慢降解成硫丹二醇和二氧化硫。硫丹在日光下 较稳定，不易降解。 1 1 2 2 硫丹的应用 硫丹作为有机氯杀虫剂，在世界范围内，广泛应用于农业，但却是一个极具 争议的农药。由于其剧毒性、生物蓄积性和内分泌干扰素作用，已经在包括欧盟、 一些亚洲和西非等5 0 多个国家被禁止使用。但它仍然在许多其他国家有着广泛 应用，包括印度，巴西和澳大利亚。据估计，用于作物的硫丹的全球累计用量为 3 3 8 万吨，并且全球的排放量呈上升趋势 2 4 】。在2 0 0 5 年硫丹作为环境内分泌 干扰物，被美国环保局列入环境中1 2 9 种优先控制的污染物，同时欧盟通过了禁 止使用硫丹作为植物保护产品中的活性成分的决议 2 5 】。 1 1 2 3 硫丹的迁移转化 硫丹的来源主要有两个：一是硫丹生产厂家的废弃排放，二是农业生产中使 用的硫丹。农业中使用的硫丹，一部分能够挥发到大气，在大气中通过大气运动 迁移到别处；一部分黏附在农作物表面，经过雨水冲刷进去地表，后被转移至土 壤和水中。硫丹在环境中的降解产物主要是硫丹二醇或硫丹硫酸盐。硫丹二醇又 可进一步降解成为硫丹氰基醚和硫丹醚，硫