典型根系分泌物成分對人工濕地去除雌激素的影響

張曉，宋海亮*，高韻辰，楊小麗

1. 東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210096；2. 東南大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210096

典型根系分泌物成分對人工濕地去除雌激素的影響

張曉1，宋海亮1*，高韻辰1，楊小麗2

1. 東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210096；2. 東南大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210096

人工濕地是一種簡單、經(jīng)濟(jì)的生態(tài)型水處理技術(shù)，有研究表明利用人工濕地去除類固醇雌激素（SEs）具有一定的效果。天然雌激素雌酮（E1）和人工合成雌激素 17-α乙炔基雌二醇（EE2）是環(huán)境中典型的類固醇雌激素，目前對人工濕地去除 SEs的研究多集中在去除效率方面，機(jī)理研究缺乏。文章研究了不同濃度的典型根系分泌物成分草酸和咖啡酸對人工濕地去除模擬污水中E1和EE2的影響。結(jié)果表明：在進(jìn)水流量為139 μL·min-1，水力停留時間為5 d情況下，隨著根系分泌物質(zhì)量濃度的增加，9種不同類型的潛流濕地對E1平均去除率分別為34.3%（50 mg·L-1）、41.5%（100 mg·L-1）、55.8%（200 mg·L-1），對E2平均去除率分別為21.3%（50 mg·L-1）、29.6%（100 mg·L-1）、42.9%（200 mg·L-1），說明在一定范圍內(nèi)（50～200 mg·L-1），根系分泌物質(zhì)量濃度的增加能促進(jìn)人工濕地對E1、EE2的去除。利用熒光原位雜交(FISH)法分析濕地植物根區(qū)微生物數(shù)量。草酸、咖啡酸質(zhì)量濃度各為50、100、200 mg·L-1時，細(xì)菌數(shù)量分別為6.0×106、7.2×106、11.2×106個·g-1。結(jié)果表明：根系分泌物質(zhì)量濃度越高，濕地細(xì)菌數(shù)量越多，E1的生物降解作用越強(qiáng)。分析根系分泌物去除率與SEs去除率的關(guān)系發(fā)現(xiàn)：隨著草酸、咖啡酸添加量的增加，其去除率逐漸降低，E1去除率增高。總之，根系分泌物共代謝可以增強(qiáng)人工濕地中SEs的降解作用。

類固醇雌激素；人工濕地；根系分泌物；根區(qū)微生物；生物降解

類固醇雌激素（SEs）分為天然SEs和人工合成SEs。天然SEs主要包括雌酮（E1）、17-β雌二醇（E2）、和雌三醇（E3），人工合成SEs主要是廣泛使用的避孕藥成分——17-α乙炔基雌二醇（EE2）。

SEs直接或間接進(jìn)入水環(huán)境會導(dǎo)致人和動物正常荷爾蒙功能和生理狀況的改變從而危害魚類和其他野生動物健康。因此必須重視污水處理廠中環(huán)境雌激素的去除。其中E2和EE2是最有代表性的兩種物質(zhì)，它們的雌激素效應(yīng)最強(qiáng)、危害最大（Baronti et al.，2000；Khim et al.，1999），通過對SEs的降解途徑研究發(fā)現(xiàn)，E2較易氧化形成E1（遵循典型的醇氧化為酮反應(yīng)），因此選取 E1，EE2作為SEs代表污染物。

有研究表明，官廳水庫上游的某人工濕地系統(tǒng)在秋冬季對SEs的除去效果較弱（劉操等，2007）。河海大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，在水力負(fù)荷為0.17 m·d-1，水力停留時間為4.6 d情況下，水平潛流人工濕地對E1、E3、E2、EE2的平均去除率分別為 81.4%、39.3%、69.7%、65.2%（劉健等，2011）。Gray et al.（2005）研究發(fā)現(xiàn)，在水力停留時間3.5 d時，Prado濕地某小塊濕地單元能去除 36%的 E2和 41%的EE2。美國伊利諾州立大學(xué)（Peterson et al.，2009）的研究表明，潛流型濕地和漂浮植物濕地分別能去除27%E1和13%E2，而表面流濕地幾乎不能去除E2。上述研究表明：利用人工濕地去除SEs具有一定的效果，但仍需提高。

實(shí)驗(yàn)室研究表明，SEs可作為生長基質(zhì)直接被微生物利用并降解，即通過“生長代謝”方式被降解（Ren et al.，2007）。人工濕地系統(tǒng)中由于植物的存在，植物根系分泌物耦合的 SEs共代謝很可能是濕地根區(qū) SEs生物降解獨(dú)特而不可忽視的機(jī)理。植物根系能分泌種類繁多的芳香酸（如：咖啡酸、對羥基苯甲酸、沒食子酸、水楊酸等）、酚醛類（如黃酮、花青素、領(lǐng)苯二酚）和甾醇類物質(zhì)，這些多環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)物源源不斷地釋放到濕地根區(qū)，將選擇馴化出大量能夠降解具有多環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)有機(jī)物的微生物。目前，國外關(guān)于多環(huán)芳香烴（PAHs）與根系分泌物共代謝的研究報道已屢見不鮮（Toyama et al.，2011；Rentz et al.，2005；Joner et al.，2002），因此分子結(jié)構(gòu)上與PAHs相似的SEs極有可能同樣發(fā)生與根系分泌物共代謝的過程。由于根系分泌物的環(huán)境濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 SEs的環(huán)境濃度，因此這些被根系分泌物選擇馴化形成的根區(qū)微生物群便可以利用根系分泌物作為一級基質(zhì)，獲得足夠的碳源和能源供自身生長繁殖，并誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的降解酶來降解作為二級基質(zhì)的SEs。

草酸是濕地植物中普遍存在且含量較高的有機(jī)酸，咖啡酸作為一種芳香酸，具有多環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)，因此本文以濕地植物典型的根系分泌物成分草酸和咖啡酸（李稹等，2012；揚(yáng)程等，2008）為代表，研究在不同基質(zhì)、不同植物的人工濕地中，不同質(zhì)量濃度的根系分泌物對 SEs去除效果的影響。

1 材料和方法

1.1 濕地裝置結(jié)構(gòu)

濕地裝置采用內(nèi)徑10 cm、高40 cm的玻璃柱，構(gòu)造如圖1所示。采用人工模擬廢水，利用蠕動泵提升，廢水由底部進(jìn)水口進(jìn)入，上部出水口出水。

圖1 連續(xù)流濕地裝置濕地裝置結(jié)構(gòu)Fig. 1 Construction of constant height constructed wetland

1.2 9種濕地系統(tǒng)

沸石、陶粒、鋼渣這3種物質(zhì)作為人工濕地填料已被證實(shí)具有儲量豐富、價格低廉、吸附容量大、對環(huán)境無毒害等優(yōu)點(diǎn)，尤其是對有機(jī)物、氮、磷有較好的去除效果（于少鵬等，2004），因此本次試驗(yàn)選取沸石、陶粒、鋼渣作填料。選用目前應(yīng)用較為廣泛的兩種濕地植物：蘆葦（Phragmites）、香蒲（Typha）（張忠祥等，2004），兩兩組合成 9種濕地系統(tǒng)，分為L組、X組、W組，如表1所示。試驗(yàn)設(shè)計為連續(xù)流，設(shè)計進(jìn)水量 139 μL·min-1，水力停留時間為5 d。

表1 9種濕地系統(tǒng)Table 1 Nine kinds of constructed wetlands

采用9種濕地系統(tǒng)，即L組、X組、W組共9套人工濕地系統(tǒng)處理人工模擬廢水，通過改變?nèi)斯つM廢水中草酸（C2H2O4）、咖啡酸（C17H16O4）的投加量，考察草酸、咖啡酸質(zhì)量濃度變化對不同填料與植物的濕地系統(tǒng)去除雌激素的影響。

1.3 濕地系統(tǒng)的運(yùn)行條件

進(jìn)水水質(zhì)按試驗(yàn)階段分為4種，如表2所示，配水主要添加了 E1、EE2、C2H2O4、C17H16O4、C6H12O6、KH2PO4、KNO3和適量的微量元素Mg、Ca等以保證植物的穩(wěn)定生長，每個階段運(yùn)行時間為一個月。

表2 設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)Table 2 Designal inflow water quality

1.4 測定方法

1.4.1 E1、EE2、草酸、咖啡酸的測定：高效液相色譜法

1.4.1.1 水樣預(yù)處理

水樣經(jīng) 0.45 μm的針筒式濾膜過濾器過濾后，用高效液相色譜儀（HPLC）測定 E1、EE2的濃度。

1.4.1.2 色譜分析條件（E1、EE2測定）

流動相A為乙腈，流動相B為蒸餾水，乙腈和水在使用前均經(jīng)濾膜過濾并超聲去除其中的氣體，以保護(hù)色譜柱與儀器。流動相 A的流速為 1 mL·min-1，B為0 mL·min-1時，穩(wěn)定色譜柱中的壓力。然后設(shè)置A∶B=0.5∶0.5，穩(wěn)定基線30 min后，設(shè)置自動進(jìn)樣20 μL，每個樣品等度洗脫10 min，根據(jù)峰面積對應(yīng)所建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線計算濃度。

1.4.1.3 色譜分析條件（草酸、咖啡酸測定）

流動相為5 mmol·L-1H2SO4水溶液，使用前經(jīng)濾膜過濾并超生去除其中的氣體，以保護(hù)色譜柱與儀器。流速0.5 mL·min-1；柱溫50 ℃；進(jìn)樣量10 μL。

1.4.2 根區(qū)微生物測定：熒光原位雜交（FISH）法

1.4.2.1 玻片預(yù)處理

玻片清洗：將載玻片與蓋玻片用超聲清洗干凈，然后用清水浸泡過夜；第二天換用 1%的鹽酸浸泡24 h，然后用蒸餾水清洗干凈后放入高壓滅菌鍋滅菌，60 ℃烘干。蓋玻片用錫紙包好 4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

黏附劑涂片制備：將載玻片放入APES與丙酮的1∶50溶液中約1 min，取出用無菌水清洗后于室溫下干燥，然后置于4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4.2.2 樣品的采集和預(yù)處理

取樣：用滅菌后的聚乙烯管子取基質(zhì)懸液，然后放入帶有冰袋的黑色塑料袋中運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室作后續(xù)處理。

樣品固定與清洗：將水樣混勻，然后取出 0.5 mL懸濁液，按1∶1加入4%多聚甲醛于4 ℃固定24 h；將固定樣本取出，混勻后離心，棄去上清液，然后將固定樣本用磷酸緩沖液（PBS）10000 r·min-1離心漂洗兩次，棄去上清液。用PBS與乙醇的1∶1溶液將固定樣品稀釋定容至1 mL，于-20 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

熱固定與脫水：取10 μL樣品在載玻片上涂抹20 mm×20 mm大小，置于37 ℃的烘箱熱固定2 h，然后依次用50%、80%、96%乙醇于室溫下各脫水3 min，室溫干燥。

1.4.2.3 雜交反應(yīng)（以測細(xì)菌數(shù)量為例）

總細(xì)菌的探針見表3。

表3 總細(xì)菌探針序列Table 3 Probe sequence of total bacteria

在密閉的雜交盒里放入吸水紙（經(jīng)過高壓滅菌烘干），疊放一定厚度并鋪平。用雜交液濕潤，使雜交環(huán)境保持一定濕度。分別用移液槍取24 μL的雜交液和1 μL探針放入帶有樣品的載玻片上（覆蓋住涂片面積），每張載玻片均做如此操作，然后放入雜交盒內(nèi)進(jìn)行雜交反應(yīng)。雜交時間為 5 h，雜交溫度均為 46 ℃。所有有關(guān)探針的操作在處理過程中應(yīng)避光處理。

1.4.2.4 洗脫

提前將雜交洗脫液放入 48 ℃水浴鍋中預(yù)熱，然后將洗脫液倒在一個干燥的瓷盤中，將雜交后的載玻片放入裝有洗脫液的瓷盤中，避光洗脫20 min后取出并蓋上蓋玻片，放入干燥的瓷盤中，室溫下晾干。

1.4.2.5 鏡檢

待載玻片干燥后，放在熒光顯微鏡（OLYMPUS-BX42）下觀察，濾光片為B光源。陽性為藍(lán)色、綠色，觀測30個視野記錄細(xì)菌數(shù)目。

2 結(jié)果和討論

2.1 不同根系分泌物質(zhì)量濃度對E1、EE2的去除影響

2.1.1 不同根系分泌物質(zhì)量濃度對E1的去除影響

9種濕地系統(tǒng)在不同根系分泌物質(zhì)量濃度情況下對E1的去除率如下圖2、3、4所示。9種濕地系統(tǒng)隨著根系分泌物質(zhì)量濃度的增加，E1去除率整體上呈增加趨勢。

圖2 蘆葦濕地E1去除率Fig. 2 E1 removal efficiency In phragmites wetlands

圖3 香蒲濕地E1去除率Fig. 3 E1 removal efficiency in typha wetlands

圖4 無植物濕地E1去除率Fig. 4 E1 removal efficiency in none plant wetlands

在植物濕地中，無根系分泌物添加時，蘆葦濕地、香蒲濕地對E1去除率無差別。當(dāng)草酸、咖啡酸質(zhì)量濃度各為50 mg·L-1時，濕地植物種類對E1去除率顯示出差別，香蒲濕地更有利于E1的去除。當(dāng)草酸、咖啡酸質(zhì)量濃度各為100 mg·L-1時，濕地植物種類對E1去除率無差別，說明草酸、咖啡酸質(zhì)量濃度的增加，掩蓋了植物種類對E1去除效果的影響。不同填料對E1去除效果有顯著差異，填充陶粒、沸石的濕地對E1去除率比填充鋼渣的濕地平均高 10%～15%，陶粒、沸石間差別不顯著。當(dāng)根系分泌物質(zhì)量濃度達(dá)到各100 mg·L-1時，填充陶粒、沸石的濕地更有利于E1的去除。當(dāng)草酸、咖啡酸質(zhì)量濃度各為200 mg·L-1，不同填料對E1去除的影響更加顯著，即填充沸石、陶粒的濕地對E1去除無顯著性差異，但比填充鋼渣的濕地分別高17%和20%。

目前，Toyama et al.（2011）、Rentz et al.（2005）和Joner et al.（2002）已研究了多環(huán)芳香烴（PAHs）與根系分泌物的共代謝作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)根系分泌物可以選擇馴化形成特定的根區(qū)微生物群，當(dāng)根系分泌物的環(huán)境濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PAHs環(huán)境濃度，根區(qū)微生物群便可以利用根系分泌物一級基質(zhì)，獲得足夠的碳源和能源供給自身生長繁殖，并誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的降解酶來降解作為二級基質(zhì)的 PAHs，因此在分子結(jié)構(gòu)上與PAHs相似的E1同樣極有可能發(fā)生與根系分泌物共代謝的過程，在利用根系分泌物進(jìn)行繁殖的同時誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的降解酶來降解SEs，并且根據(jù)填充鋼渣的濕地對E1的去除率最低，推測鋼渣填料不適合此特定微生物群的增殖，或不適合E1降解酶的產(chǎn)生。

在無植物濕地中，填料的種類對E1的去除影響顯著，濕地填料對E1的凈化效果從高到低依次是：陶粒、沸石、鋼渣。當(dāng)草酸、咖啡酸質(zhì)量濃度各為 50 mg·L-1時，與無根系分泌物添加時相比，無植物濕地對E1去除率無顯著增加，表明添加50 mg·L-1的根系分泌物對無植物濕地去除E1無顯著影響，推測是由于根系分泌物質(zhì)量濃度過低，無法誘導(dǎo)相應(yīng)的降解酶來降解E1。繼續(xù)增加根系分泌物質(zhì)量濃度，無植物濕地能促進(jìn)對 E1的去除。

總體而言，在一定范圍內(nèi)（50～200 mg·L-1），根系分泌物質(zhì)量濃度的增加能促進(jìn)濕地對E1的去除，推測因?yàn)楦哔|(zhì)量濃度的根系分泌物能馴化特定的微生物種群，誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的降解酶，促進(jìn) E1的生物降解（Toyama et al.，2011；Rentz et al.，2005；Joner et al.，2002）。

2.1.2 不同根系分泌物質(zhì)量濃度對EE2的去除影響

9種濕地在不同根系分泌物質(zhì)量濃度情況下對EE2的去除率如圖5、6、7所示。9種濕地系統(tǒng)隨著根系分泌物質(zhì)量濃度的增加，EE2去除率整體上呈增加趨勢。

在植物濕地中，當(dāng)無根系分泌物添加時，蘆葦濕地、香蒲濕地對EE2去除率無差別。當(dāng)草酸、咖啡酸質(zhì)量濃度各為50 mg·L-1時，與無根系分泌物添加時相比，植物濕地對EE2的去除無顯著影響。當(dāng)草酸、咖啡酸質(zhì)量濃度增加到100和200 mg·L-1時，EE2去除率增加，表明根系分泌物的增加有利于EE2的去除；植物種類對EE2的去除無明顯影響。植物濕地不同填料對EE2去除有顯著差異，填充陶粒、沸石的濕地對EE2去除率比填充鋼渣的濕地高11%～14%，陶粒、沸石間差別不顯著。

推測當(dāng)根系分泌物質(zhì)量濃度較大時，根區(qū)微生物利用根系分泌物作為一級基質(zhì)，獲得足夠的碳源和能源供自身生長繁殖，馴化出相應(yīng)的微生物種群，并誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的降解酶來降解作為二級基質(zhì)的EE2，從而促進(jìn)微生物對EE2的去除，此時馴化出的微生物更適合在陶粒、沸石填料中去除EE2，而鋼渣不利于此類微生物對EE2的去除，且隨著根系分泌物質(zhì)量濃度的增大，差異越明顯。

在無植物濕地中，填料的種類對EE2的去除影響顯著，濕地填料對EE2的去除效果從高到低依次是：陶粒、沸石、鋼渣。當(dāng)草酸、咖啡酸質(zhì)量濃度各為50 mg·L-1時，與無根系分泌物時相比，無植物濕地EE2去除率無顯著增加，表明添加50 mg·L-1的根系分泌物對無植物濕地去除EE2無顯著影響，推測是由于根系分泌物質(zhì)量濃度過低，無法誘導(dǎo)相應(yīng)的降解酶來降解E1。繼續(xù)增加根系分泌物質(zhì)量濃度，無植物濕地能促進(jìn)對EE2的去除。

綜上所述，在一定范圍內(nèi)（50～200 mg·L-1），根系分泌物質(zhì)量濃度的增加能促進(jìn)濕地對 EE2的去除，推測因?yàn)楦哔|(zhì)量濃度的根系分泌物能馴化特定的微生物種群，促進(jìn)EE2的生物降解。

2.1.3 E1、EE2去除效率比較

圖5 蘆葦濕地EE2去除率Fig. 5 EE2 removal efficiency in phragmites wetlands

圖6 香蒲濕地EE2去除率Fig. 6 EE2 removal efficiency in typha wetland

圖7 無植物濕地EE2去除率Fig. 7 EE2 removal Efficiency in none plant wetlands

由圖3至圖7可以看出，在不同根系分泌物質(zhì)量濃度添加條件下，九種人工濕地對 E1的去除率均高于EE2。推測作為一級基質(zhì)的根系分泌物馴化出的相應(yīng)微生物種群更易降解 E1，這可能是由于EE2較E1穩(wěn)定，因此不容易被微生物降解。河海大學(xué)研究表明：水平潛流濕地對E1、EE2的平均去除率分別為81.4%和65.2%（劉健等，2011），即E1的去除率大于EE2，與本研究結(jié)果一致。

2.2 人工濕地中根區(qū)微生物數(shù)量

分析3個階段草酸、咖啡酸質(zhì)量濃度各為50、100、200 mg·L-1的試驗(yàn)結(jié)果，九種濕地的根區(qū)細(xì)菌數(shù)量如表4所示。結(jié)果表明：3個階段根區(qū)細(xì)菌數(shù)量與E1去除率規(guī)律一致。即隨著根系分泌物質(zhì)量濃度增加，細(xì)菌數(shù)量增多。在加入的根系分泌物質(zhì)量濃度為50 mg·L-1時，香蒲濕地細(xì)菌數(shù)量高于同種填料的蘆葦數(shù)量，無植物濕地細(xì)菌數(shù)量最低；同種植物不同填料間細(xì)菌數(shù)量無顯著差異（P>0.05）。隨著根系分泌物濃度的增加，香蒲濕地細(xì)菌數(shù)量與同種填料的蘆葦數(shù)量差異不明顯（P<0.05），無植物濕地細(xì)菌數(shù)量最低；同種濕地植物條件下，沸石、陶粒填料上細(xì)菌差異不顯著（P>0.05），高于鋼渣填料上細(xì)菌數(shù)量（P<0.05）。

綜上所述，3個階段E1的去除率與植物濕地的細(xì)菌數(shù)量正相關(guān)，表明根系分泌物質(zhì)量濃度越高，濕地細(xì)菌數(shù)量越多，E1的生物降解作用越強(qiáng)。

2.3 根系分泌物去除率與雌激素去除率的關(guān)系

草酸、咖啡酸在 3個階段的去除率如下表 5所示。結(jié)果表明，隨著草酸、咖啡酸投加量的增加，其去除率逐漸降低，草酸的去除率遠(yuǎn)高于咖啡酸。

表4 9種濕地細(xì)菌數(shù)量Table 4 Spatial distribution of bacteria in nine wetlands ×106個·g-1

表5 根系分泌物在3個階段的去除率

Table 5 Root exudate removal efficiency in three stages %

n=6

根據(jù)2.3結(jié)果，隨著根系分泌物濃度的增加，濕地細(xì)菌數(shù)量越多，且濕地利用根系分泌物的量也越多，E1去除率增高，根據(jù)Toyma et al.（2011）和Rentz et al.（2005）和Joner et al.（2002）的試驗(yàn)結(jié)果，推測與多環(huán)芳香烴分子結(jié)構(gòu)相似的E1與根系分泌物存在共代謝作用，即根系分泌物可以選擇馴化形成根區(qū)微生物群，根區(qū)微生物群可以利用根系分泌物作為一級基質(zhì)，獲得足夠的碳源和能源供自身生長繁殖，并誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的降解酶來降解作為二級基質(zhì)的E1。

3 結(jié)論

（1）9種濕地系統(tǒng)隨著外加根系分泌物質(zhì)量濃度的增加，E1和E2去除率整體上呈增加趨勢。

（2）在同種填料不同植物濕地中，當(dāng)進(jìn)水中未添加草酸和咖啡酸時，香蒲濕地和蘆葦濕地對E1、EE2去除率相當(dāng)；當(dāng)進(jìn)水草酸、咖啡酸質(zhì)量濃度各為50 mg·L-1時，植物種類對去除雌激素仍有影響，香蒲濕地更有利于去除E1；當(dāng)草酸、咖啡酸質(zhì)量濃度各為100、200 mg·L-1時，香蒲濕地和蘆葦濕地對E1、EE2去除率也相近，此條件下植物的影響已被根系分泌物的影響所掩蓋。

（3）在同種植物不同填料濕地中，當(dāng)根系分泌物質(zhì)量濃度達(dá)到各100、200 mg·L-1時，SEs去除率：陶粒填料≈沸石填料>鋼渣填料，說明鋼渣填料不利于E1、EE2的去除。

（4）在不同根系分泌物質(zhì)量濃度添加條件下，9種人工濕地對E1的去除率均高于EE2。

（5）E1的去除率與有植物濕地的根系微生物數(shù)量正相關(guān)，表明根系分泌物質(zhì)量濃度越高，濕地微生物數(shù)量越多，E1的生物降解作用越強(qiáng)。

（6）隨著根系分泌物質(zhì)量濃度的增加，草酸、咖啡酸的去除率逐漸降低，E1去除率增高。

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Efects of Typical Root Exudate Constituents On the Removal of Steroidal Estrogens in Constructed Wetland

ZHANG Xiao1, SONG Hailiang1, GAO Yunchen1, YANG Xiaoli2
1. School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing 210096, China; 2. School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China

Constructed wetland is a kind of simple, economic, ecological water treatment technology. Studies have shown that using artificial wetland to remove steroid estrogen has a certain effect. Estrone (E1), one of the natural steroidal estrogen hormones, and 17α-ethinylestradiol (EE2), one of the synthetic steroidal estrogens, are typical steroidal estrogens (SEs). Currently, researches on steroid estrogens in constructed wetland have only focused on removal efficiency while little about mechanisms. In this paper, the method of simulated wastewater was adopted to study the removal efficiencies of E1 and EE2 at different mass concentrations of typical root exudate components (Oxalic acid,caffeic acid) in constructed wetland. The results showed that with an influent flow of 139 μL·min-1and a hydraulic retention time of 5 d, the removal efficiencies of E1 by nine different types of small subsurface flow constructed wetlands were 34.3% (50 mg·L-1), 41.5% (100 mg·L-1), 55.8% (200 mg·L-1) respectively, the removal efficiencies of E1 were 21.3% (50 mg·L-1), 29.6% (100mg·L-1), 42.9% (200 mg·L-1) respectively. It indicated that within a limit of 50 mg·L-1to 200 mg·L-1, increased mass concentrations of root exudates could promote the removal of E1 and EE2 by the wetlands. The quantity distribution of wetland plant root-zone microorganism was analysed using fluorescence in situ hybridization (FISH). when the mass concentrations of oxalic acid and caffeic acid were 50 mg·L-1, 100 mg·L-1, 200 mg·L-1respectively, bacterial amounts were 6.0×106pcs·g-1, 7.2×106pcs·g-1, 11.2×106pcs·g-1. The results showed that the higher mass concentration of root exudates, the more wetland bacteria quantity, as well as the greater biodegradation of E1. The relationship between the removal rates of root exudates and SEs was analysed, which was found that with the increasing mass concentrations of oxalic acid and caffeic acid, the removal rate gradually reduced while removal rate of E1 increased. The research results above showed that the Co-metabolism of root exudates could enhance the degradation of steroidal estrogens in constructed wetland.

steroidal estrogens; constructed wetland; root exudates; root-zone microorganism; biodegradation

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.09.013

X17

A

1674-5906（2015）09-1505-07

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國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41571476）；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（BK20141117）；江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目（BE2015358）。

張曉（1990年生），女，碩士研究生，主要從事水污染控制研究。E-mail: 1225364660@qq.com *通訊作者：宋海亮（1979年生），男，副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事水環(huán)境生態(tài)修復(fù)和新興污染物的環(huán)境行為及其污染控制研究。E-mail: songhailiang@seu.edu.cn

2015-07-08