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“理工振興”學(xué)術(shù)動態(tài)：我校生態(tài)環(huán)境科研成果（2022）助力白洋淀高質(zhì)量保護與修復(fù)

2023-02-13

為深入貫徹落實習(xí)近平總書記“建設(shè)雄安新區(qū)，一定要把白洋淀保護好，修復(fù)好”指示精神，更好支撐我校“雙一流”建設(shè)，環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)團隊面向雄安新區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)國家重大需求，扎根白洋淀生態(tài)環(huán)境建設(shè)一線，連續(xù)產(chǎn)出科研成果。

1、形成河湖大尺度近自然生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系

突破生態(tài)塘群-功能濕地-退耕還濕梯級水質(zhì)凈化和水系連通優(yōu)化-立地條件改善-微生境營造的近自然生態(tài)修復(fù)技術(shù)，建設(shè)6.3平方千米工程示范，年處理尾水1.5億立方米，出水達到地表水Ⅳ類以上。成果通過第三方評估，被納入國家水專項100項示范工程案例，入選國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展，申請3項發(fā)明專利。

“白洋淀大尺度近自然濕地生態(tài)修復(fù)成效及相關(guān)建議”研究成果報送生態(tài)環(huán)境部并獲部領(lǐng)導(dǎo)批示，詳見《環(huán)境發(fā)展專報》（2022年第24期（總第359期））。

建議一是進一步在白洋淀推廣近自然濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)，逐步實現(xiàn)白洋淀入淀濕地退耕、退塘、退漁、退養(yǎng)；二是加強多水源補水與調(diào)配，提升入淀河口濕地與主淀區(qū)水系連通性，保障濕地系統(tǒng)生態(tài)需水量；三是防控淀區(qū)內(nèi)源污染，保障濕地生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定；四是響應(yīng)碳中和發(fā)展目標和規(guī)劃，推進退耕還淀工程，提升濕地生態(tài)系統(tǒng)碳匯增量。上述成果及建議正在白洋淀生態(tài)環(huán)境保護與修復(fù)實踐得到落實。

生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域期刊Bioresource Technology（中科院一區(qū)TOP，IF=9.642）邀請王洪杰教授與該期刊副主編張光明教授、加拿大北英屬哥倫比亞大學(xué)Jianbing Li教授和英國利茲大學(xué)Akintunde Babatunde教授，共同編輯出版了Constructed Wetlands (CWL-2020)主題專刊，并在線發(fā)表了題為“Recent advances in constructed wetland for wastewater treatment”的Editorial論文。專刊系列論文代表了人工濕地領(lǐng)域的相關(guān)研究進展和發(fā)展方向。同時，近自然河口濕地評價指標體系構(gòu)建及應(yīng)用的工程成果發(fā)表在水資源、水生態(tài)學(xué)和管理綜合性期刊Water（IF=3.103），構(gòu)建了基于層次分析的近自然河口濕地評價體系，為科學(xué)分析水質(zhì)凈化與生態(tài)修復(fù)工程的優(yōu)勢和不足，開發(fā)濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)提供了有力的支撐。

2、關(guān)注新污染物環(huán)境行為與生態(tài)效應(yīng)

團隊青年教師于潔博士利用生物錳氧化物（BiogenicManganeseOxides，BMO）高吸附和氧化活性，建立了一種基于錳氧化菌的錳離子循環(huán)生物氧化（ManganeseOxidationCycle)新體系，在無需外加營養(yǎng)物質(zhì)的條件下，實現(xiàn)了有機微污染物草甘膦（Phosphate）的降解及代謝產(chǎn)物的同步利用。研究成果在線發(fā)表在本領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊Journal of Hazardous Materials（中科院一區(qū)TOP，IF=14.224）的2023年首卷首期。

團隊青年教師李連山博士通過構(gòu)建體外代謝體系明確了噻唑膦在大鼠和公雞肝微粒體中立體選擇性代謝行為，通過同源建模、分子對接等計算機輔助模擬技術(shù)對代謝分子機制進行了初步解析，并利用高分辨質(zhì)譜技術(shù)對噻唑膦的代謝產(chǎn)物和途徑進行了鑒定和推斷，系統(tǒng)闡明了手性農(nóng)藥噻唑膦在非靶標生物大鼠和雞體外代謝的立體選擇性行為和機制，該研究成果發(fā)表農(nóng)用化學(xué)品環(huán)境行為與生態(tài)毒理領(lǐng)域期刊Journal of Agriculture and Food Chemistry（中科院一區(qū)TOP，IF=5.279）。

團隊青年教師馬溢陽博士與清華大學(xué)張正華副教授研究團隊合作，通過設(shè)計表面多介孔結(jié)構(gòu)的四氧化三鈷納米片，可以實現(xiàn)反應(yīng)物分子穿梭進入納米片團簇空間限域內(nèi)，在限定空間中發(fā)揮氧化降解效能；提出了一種液相快速還原法，可以實現(xiàn)活性位點重生且富集氧空位，使得催化劑具有持久有效的催化性能。形成了調(diào)控催化劑結(jié)構(gòu)形貌特征以實現(xiàn)催化性能提升與理化性質(zhì)優(yōu)化的新策略。進一步，通過密度泛函（DFT）理論計算證實，有序排列的四氧化三鈷納米顆粒對目標污染物分子具有更強的吸附能和更低的活化能壘。電子順磁共振（EPR）技術(shù)也揭示這種結(jié)構(gòu)調(diào)控手段可以實現(xiàn)體系中單線態(tài)氧的生成，更重要的是激發(fā)多重氧化作用機制共存于二甲胺類PPCPs的降解過程。

團隊青年教師劉慧娟博士與南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院龍超教授研究團隊合作，用疏水性的介孔SiO₂包覆NaY沸石合成了核殼復(fù)合材料NaY@meso-SiO₂。該材料具有優(yōu)異的疏水性，在含濕條件下對VOCs表現(xiàn)出良好的吸附性能，此外，介孔結(jié)構(gòu)的外延生長也顯著促進了VOCs在復(fù)合材料上的吸附擴散。該研究為提高NaY沸石的疏水性和擴散性用于高效去除VOCs開辟了一條有前景的途徑。

上述研究成果連續(xù)3期發(fā)表在環(huán)境功能材料領(lǐng)域環(huán)境工程領(lǐng)域期刊Chemical Engineering Journal（中科院一區(qū)TOP，IF=16.744）。此外，青年教師王澤華博士與山東大學(xué)孫孝敏教授團隊合作，采用密度泛函理論研究了尖晶石Co₃O₄催化劑非均相活化PMS產(chǎn)生活性氧化劑（HO^?、SO₄^?-和¹O₂），對BPS降解的微觀機理，并對降解過程中生態(tài)毒性的演變進行了預(yù)測。研究采用密度泛函理論（DFT）方法為Co₃O₄/PMS體系中雙酚S的降解機理提供了新的見解。該科研成果發(fā)表在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域期刊Journal of Cleaner Production（中科院一區(qū)TOP，IF=9.297）。

4、聚焦微生物驅(qū)動的氮、碳、硫元素循環(huán)領(lǐng)域

團隊青年教師劉玲博士建立了復(fù)合式異養(yǎng)/硫自養(yǎng)反硝化生物濾池(HSAD)反應(yīng)體系，并應(yīng)用于城市尾水中氮的深度脫除。相關(guān)網(wǎng)絡(luò)分析表明，優(yōu)勢菌之間存在正相關(guān)或負相關(guān)關(guān)系，但在混合營養(yǎng)條件下微生物群落結(jié)構(gòu)形成了穩(wěn)定的共存狀態(tài)。該研究成果揭示了城市尾水中微生物群落結(jié)構(gòu)的變化與生物脫氮過程的內(nèi)在聯(lián)系，深化了對異氧/硫自養(yǎng)反硝化脫氮過程的認識。在微生物驅(qū)動的氮、碳、硫元素循環(huán)領(lǐng)域取得的研究成果發(fā)表在本領(lǐng)域期刊Science of the Total Environment（中科院二區(qū)TOP，IF=7.963）。

團隊王亞利、劉玲博士采用16S rRNA基因測序研究白洋淀的微生物分布特點。結(jié)果表明，地表水的一些環(huán)境因子(氨氮(NH₃-N)、總氮(TN)、總磷(TP)在時空尺度上存在差異。此外,TN、TP、總有機碳(TOC)或重金屬在沉積物中無明顯的季節(jié)差異。藍藻、放線菌和厚壁菌門在水中的分布和放線菌、板霉菌在沉積物中的分布存在顯著季節(jié)間差異(P < 0.05)。上游水體的細菌存在顯著的空間差異，其中變形菌門(Proteobacteria)的豐度最高。PICRUSt代謝推斷分析顯示夏季高溫對酶作用的影響導(dǎo)致河流微生物代謝相關(guān)基因豐度的增加。研究成果發(fā)表在本領(lǐng)域期刊Journal of Environmental Science（中科院二區(qū)TOP，IF=7.963）。