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“理工振兴”学术动态：我校生态环境科研成果（2022）助力白洋淀高质量保护与修复

2023-02-13

为深入贯彻落实习近平总书记“建设雄安新区，一定要把白洋淀保护好，修复好”指示精神，更好支撑我校“双一流”建设，环境治理与生态修复团队面向雄安新区生态环境建设国家重大需求，扎根白洋淀生态环境建设一线，连续产出科研成果。

1、形成河湖大尺度近自然生态修复技术体系

突破生态塘群-功能湿地-退耕还湿梯级水质净化和水系连通优化-立地条件改善-微生境营造的近自然生态修复技术，建设6.3平方千米工程示范，年处理尾水1.5亿立方米，出水达到地表水Ⅳ类以上。成果通过第三方评估，被纳入国家水专项100项示范工程案例，入选国家“十三五”科技创新成就展，申请3项发明专利。

“白洋淀大尺度近自然湿地生态修复成效及相关建议”研究成果报送生态环境部并获部领导批示，详见《环境发展专报》（2022年第24期（总第359期））。

建议一是进一步在白洋淀推广近自然湿地生态修复技术，逐步实现白洋淀入淀湿地退耕、退塘、退渔、退养；二是加强多水源补水与调配，提升入淀河口湿地与主淀区水系连通性，保障湿地系统生态需水量；三是防控淀区内源污染，保障湿地生态系统健康稳定；四是响应碳中和发展目标和规划，推进退耕还淀工程，提升湿地生态系统碳汇增量。上述成果及建议正在白洋淀生态环境保护与修复实践得到落实。

生态环境领域期刊Bioresource Technology（中科院一区TOP，IF=9.642）邀请王洪杰教授与该期刊副主编张光明教授、加拿大北英属哥伦比亚大学Jianbing Li教授和英国利兹大学Akintunde Babatunde教授，共同编辑出版了Constructed Wetlands (CWL-2020)主题专刊，并在线发表了题为“Recent advances in constructed wetland for wastewater treatment”的Editorial论文。专刊系列论文代表了人工湿地领域的相关研究进展和发展方向。同时，近自然河口湿地评价指标体系构建及应用的工程成果发表在水资源、水生态学和管理综合性期刊Water（IF=3.103），构建了基于层次分析的近自然河口湿地评价体系，为科学分析水质净化与生态修复工程的优势和不足，开发湿地生态修复技术提供了有力的支撑。

2、关注新污染物环境行为与生态效应

团队青年教师于洁博士利用生物锰氧化物（BiogenicManganeseOxides，BMO）高吸附和氧化活性，建立了一种基于锰氧化菌的锰离子循环生物氧化（ManganeseOxidationCycle)新体系，在无需外加营养物质的条件下，实现了有机微污染物草甘膦（Phosphate）的降解及代谢产物的同步利用。研究成果在线发表在本领域学术期刊Journal of Hazardous Materials（中科院一区TOP，IF=14.224）的2023年首卷首期。

团队青年教师李连山博士通过构建体外代谢体系明确了噻唑膦在大鼠和公鸡肝微粒体中立体选择性代谢行为，通过同源建模、分子对接等计算机辅助模拟技术对代谢分子机制进行了初步解析，并利用高分辨质谱技术对噻唑膦的代谢产物和途径进行了鉴定和推断，系统阐明了手性农药噻唑膦在非靶标生物大鼠和鸡体外代谢的立体选择性行为和机制，该研究成果发表农用化学品环境行为与生态毒理领域期刊Journal of Agriculture and Food Chemistry（中科院一区TOP，IF=5.279）。

团队青年教师马溢阳博士与清华大学张正华副教授研究团队合作，通过设计表面多介孔结构的四氧化三钴纳米片，可以实现反应物分子穿梭进入纳米片团簇空间限域内，在限定空间中发挥氧化降解效能；提出了一种液相快速还原法，可以实现活性位点重生且富集氧空位，使得催化剂具有持久有效的催化性能。形成了调控催化剂结构形貌特征以实现催化性能提升与理化性质优化的新策略。进一步，通过密度泛函（DFT）理论计算证实，有序排列的四氧化三钴纳米颗粒对目标污染物分子具有更强的吸附能和更低的活化能垒。电子顺磁共振（EPR）技术也揭示这种结构调控手段可以实现体系中单线态氧的生成，更重要的是激发多重氧化作用机制共存于二甲胺类PPCPs的降解过程。

团队青年教师刘慧娟博士与南京大学环境学院龙超教授研究团队合作，用疏水性的介孔SiO₂包覆NaY沸石合成了核壳复合材料NaY@meso-SiO₂。该材料具有优异的疏水性，在含湿条件下对VOCs表现出良好的吸附性能，此外，介孔结构的外延生长也显著促进了VOCs在复合材料上的吸附扩散。该研究为提高NaY沸石的疏水性和扩散性用于高效去除VOCs开辟了一条有前景的途径。

上述研究成果连续3期发表在环境功能材料领域环境工程领域期刊Chemical Engineering Journal（中科院一区TOP，IF=16.744）。此外，青年教师王泽华博士与山东大学孙孝敏教授团队合作，采用密度泛函理论研究了尖晶石Co₃O₄催化剂非均相活化PMS产生活性氧化剂（HO^•、SO₄^•-和¹O₂），对BPS降解的微观机理，并对降解过程中生态毒性的演变进行了预测。研究采用密度泛函理论（DFT）方法为Co₃O₄/PMS体系中双酚S的降解机理提供了新的见解。该科研成果发表在环境科学领域期刊Journal of Cleaner Production（中科院一区TOP，IF=9.297）。

4、聚焦微生物驱动的氮、碳、硫元素循环领域

团队青年教师刘玲博士建立了复合式异养/硫自养反硝化生物滤池(HSAD)反应体系，并应用于城市尾水中氮的深度脱除。相关网络分析表明，优势菌之间存在正相关或负相关关系，但在混合营养条件下微生物群落结构形成了稳定的共存状态。该研究成果揭示了城市尾水中微生物群落结构的变化与生物脱氮过程的内在联系，深化了对异氧/硫自养反硝化脱氮过程的认识。在微生物驱动的氮、碳、硫元素循环领域取得的研究成果发表在本领域期刊Science of the Total Environment（中科院二区TOP，IF=7.963）。

团队王亚利、刘玲博士采用16S rRNA基因测序研究白洋淀的微生物分布特点。结果表明，地表水的一些环境因子(氨氮(NH₃-N)、总氮(TN)、总磷(TP)在时空尺度上存在差异。此外,TN、TP、总有机碳(TOC)或重金属在沉积物中无明显的季节差异。蓝藻、放线菌和厚壁菌门在水中的分布和放线菌、板霉菌在沉积物中的分布存在显著季节间差异(P < 0.05)。上游水体的细菌存在显著的空间差异，其中变形菌门(Proteobacteria)的丰度最高。PICRUSt代谢推断分析显示夏季高温对酶作用的影响导致河流微生物代谢相关基因丰度的增加。研究成果发表在本领域期刊Journal of Environmental Science（中科院二区TOP，IF=7.963）。