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（来源：生态修复网）

第一作者：刘严博士

通讯作者：苏俊峰教授

通讯单位：西安建筑科技大学环境与市政工程学院

图片摘要

成果简介

近日，西安建筑科技大学环境与市政工程学院苏俊峰教授团队在环境领域著名学术期刊Journal of Hazardous Materials上发表了题为“Rhizospheric Fe-S-mediated N/P cycling disparities and adaptive strategies to long-term pesticide stress among distinct constructed wetlands plant types”的研究论文。研究系统揭示了挺水植物与沉水植物人工湿地在长期农药胁迫下根际铁硫循环介导的氮磷去除差异及其内在适应机制，为优化农药污染水体的人工湿地设计与运行提供了关键理论支撑。

引言

农药如2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）和阿特拉津（ATZ）具有环境持久性和亲水性，对水生生态系统构成严重威胁。人工湿地利用植物-微生物协同作用去除污染物，但长期低剂量农药暴露不仅抑制硝化过程，更对整个湿地生态系统的稳定性，尤其是支撑污染物去除的关键生物地球化学循环（如氮、磷、铁、硫循环）构成巨大挑战。根际作为植物-微生物相互作用的“热区”，其铁硫循环的动态变化对氮磷去除效率至关重要。然而，不同生态习性的植物（挺水和沉水）如何通过根际氧化还原环境塑造铁硫循环，并在农药胁迫下采取何种适应策略，是优化湿地性能的关键科学问题。

图文导读

挺水植物型人工湿地（ECW）和沉水植物型人工湿地（SCW）的构建

污染物降解效能和机理分析

研究发现，添加作为黄铁矿生物浸出中间产物的硫代硫酸盐（S2O32--S/TN=0.6）能显著促进黄铁矿的生物浸出，增强铁硫循环。在HRT=48小时条件下，S2O32-使SCW对总磷（TP）的平均去除率提升至96.26%，使ECW对总氮（TN）的平均去除率提升至90.08%。

图2：出水溶解氧(a)、温度(b)、pH (c)、总有机碳（TOC）(d)、TFe和Fe2+ (e)、SO42-(f)和S2-(g)的变化情况。

S2O32-在SCW的缺氧根际环境中，一方面促进Fe2+持续释放（TFe浓度升高），利于Fe2+-P沉淀除磷。另一方面作为电子供体，驱动硫自养反硝化，显著提升NO₃⁻去除效率（可达95.67%）。ECW的除磷主要依赖Fe3+氧化物的吸附/共沉淀。

面对农药胁迫（尤其是ATZ），沉水植物主要通过显著增强谷胱甘肽S-转移酶（GST）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性来解毒和清除活性氧（ROS）。同时，积累植物可溶性多糖作为渗透调节剂，维持细胞稳态，其含量波动较小（标准差=1.67），表现出较强的膜系统稳定性。

挺水植物对农药（特别是ATZ对光系统II的抑制）更为敏感。其适应性主要体现在低浓度农药初期快速诱导可溶性多糖合成（含量激增）以应对渗透失衡，并通过显著提升过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性来分解H2O2，减轻氧化损伤（尤其在ATZ胁迫下POD活性远高于SCW）。

电化学（CV, EIS）和XPS分析揭示了关键机制。SCW根际在农药胁迫下（包括复合胁迫）保持了与细胞色素相关的显著氧化还原峰和较低的电荷转移电阻。宏基因组数据也显示SCW中细胞色素相关基因（如ccoN, CYC）丰度显著增加。这表明SCW微生物通过建立并维持一个Fe-S-细胞色素耦合的电子传递网络，有效适应环境压力，保障了根际氧化还原过程的持续运行。而ECW的电子传递链在农药胁迫下则被显著破坏（氧化还原峰几乎消失，电荷转移电阻剧增）。

微生物群落分析发现SCW中富含具有农药降解潜力的菌属(如norank_f_Steroidobacteriaceae, Hydrogenophaga, Aggregatilinea)，以及参与厌氧氨氧化(Anammox)、铁氨氧化(Feammox)、聚磷菌(norank_o_CCM19a)和铁硫氧化还原循环的功能菌群(如Romboutsia, Clostridium)，这些菌群在SCW的相对丰度普遍高于ECW，共同支撑了其在胁迫下的优异性能。

小结

本研究系统阐明了不同类型人工湿地植物在调控根际铁硫循环以应对长期农药胁迫和维持氮磷高效去除方面的关键差异机制，为优化农药污染水体人工湿地的植物选配（优先考虑沉水植物或挺沉组合）和调控策略（如合理添加硫代硫酸盐以活化铁硫循环、关注代谢产物风险）提供了重要的新见解和理论依据。

本项目得到了国家自然科学基金和陕西省杰出青年基金的资助。

作者简介

通讯作者：苏俊峰。西安建筑科技大学教授，博士生导师，陕西省杰出青年基金获得者，中国城市环境卫生协会污泥处理处置专业委员会委员，SCI期刊Frontiers in Microbiology副主编。主要从事地下水铁锰反硝化、生物诱导钙沉淀同步脱氮除氟、低碳源污水的深度处理及资源化等方面的研究；主持国家自然科学基金面上项目、国家重点研发项目子课题、陕西省杰出青年基金项目、陕西省重点研发项目等国家级及省部级项目12项。以第一作者或通讯作者在中科院SCI一区期刊发表论文80多篇，ESI高被引论文9篇，授权发明专利15项。获陕西省科学技术进步一等奖1项，陕西省科学技术进步三等奖2项。

通讯邮箱：sjf1977518@sina.com

第一作者：刘严。女，博士研究生，就读于西安建筑科技大学环境与市政工程学院。导师为苏俊峰教授。研究方向为微生物驱动铁硫循环耦合反硝化机制研究。

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