【摘 要】
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近海养殖废水直接排放导致大量抗生素排入,影响了滨海湿地的生态环境,红树林湿地生态系统也受到抗生素污染的威胁。研究红树林湿地降解抗生素机制,探索强化红树林湿地原位处理的方法,对于红树林湿地抗生素污染控制与环境修复具有重要意义。本研究通过秋茄（Kandeliaobovata）红树植物室内盆栽污染培养方法,探讨利用生物炭/铁复合材料对沉积物强化处理后,红树林湿地对磺胺类抗生素（以磺胺甲恶唑,Sulfam
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近海养殖废水直接排放导致大量抗生素排入,影响了滨海湿地的生态环境,红树林湿地生态系统也受到抗生素污染的威胁。研究红树林湿地降解抗生素机制,探索强化红树林湿地原位处理的方法,对于红树林湿地抗生素污染控制与环境修复具有重要意义。本研究通过秋茄（Kandeliaobovata）红树植物室内盆栽污染培养方法,探讨利用生物炭/铁复合材料对沉积物强化处理后,红树林湿地对磺胺类抗生素（以磺胺甲恶唑,Sulfamethoxazole,SMX为代表）的降解性能及其影响机制。为此,本研究设置了三种栽培基质（正常沉积物基质、砂化沉积物基质和灭菌沉积物基质）和3种强化剂（生物炭、零价铁、生物炭/铁复合材料）,分别开展了未灭菌的红树林沉积物强化实验、灭菌的红树林沉积物强化实验和砂化的红树林沉积物强化实验。主要研究成果如下:（1）施加生物炭/铁复合材料显著影响了沉积物对磺胺类抗生素的去除能力。沉积物中施加生物炭（SC）、零价铁（SF）、生物炭/铁复合材料（SCF）三种强化剂培养30d,其降解速率常数分别为0.038,0.043和0.059,均高于对照组0.026;而其半衰期分别为18.24 d、16.12d和11.75 d,显著短于对照组26.66 d。这说明用零价铁（SF）、生物炭/铁复合材料（SCF）为强化剂,将显著提升红树林沉积物对磺胺类抗生素的降解;（2）细菌与有机质含量会影响强化剂对SMX降解的强化效果,具体表现在:低有机质含量会显著降低会SCF对SMX降解的效率,细菌对SCF强化降解SMX起到了加速的作用,相较之下,本实验中有机质含量的变化对强化剂强化作用的影响强于沉积物内细菌的作用,但功能细菌群对强化剂强化降解占据重要地位;（3）进一步通过16S rDNA扩增子测序方法,研究了在SCF强化的沉积物中细菌群落结构和功能,结果表明SCF有助于维持细菌的稳定性与多样性。结合SMX降解动态发现,SCF组生物降解作用较其他处理占比更高。扩增子的物种注释结果表明,SCF组经SMX处理后,沉积物中以地杆菌属（Geobacter）、不动杆菌属（Acinetobacter）、链球菌属（Streptococcus）、硫杆菌属（Thiobacillus）、为主要细菌,其中地杆菌属在其他处理中含量极低。结合Tax4fun和KEGG通路预测分析,SCF组具有高异种生物降解代谢通路、高氨基酸代谢通路,认为生物炭/铁复合材料强化沉积物增强降解效率的原因可能是由于生物炭/铁复合材料刺激沉积物以地杆菌属为主的胞外呼吸菌的生长和代谢;（4）环境因子对沉积物中细菌群落相关性结果表明,环境因子对沉积物中细菌群落的影响具有差异性,影响顺序为Fe2+/Fe3+＞pH＞C/N＞Eh,沉积物中Fe2+/Fe3+对细菌群落影响最大,与δ-变形菌纲和地杆菌属呈负相关,γ-变形菌纲、α-变形菌纲、酸微菌纲与C/N、pH呈正相关。不同优势细菌间存在相互影响,δ-变形菌纲和地杆菌属与γ-变形菌纲、α-变形菌纲、酸微菌纲存在负相关关系,还原态铁（Fe2+/Fe3+）的影响占比较高,结果表明,还原态铁占比下降,将刺激沉积物中地杆菌相对丰度升高;（5）SMX胁迫下,生物炭和生物炭/铁复合材料对秋茄幼苗的生长具促进作用,这种促进作用受到沉积物中有机质含量与细菌的影响。原生沉积物,生物炭和生物炭/铁处理（SC、SCF）显著促进幼苗净高生长量和根冠比,综合生物量和根冠比的结果表明添加生物炭及其铁复合材料可明显促进秋茄幼苗根的生长,并且复合材料的促进效果强于单独施加生物炭。细菌在生物炭及其铁复合材料强化幼苗生长过程中起到重要作用,细菌对幼苗的净高生长量具有促进作用,而秋茄幼苗的生物量受到不同强化剂种类与细菌的交互影响。砂化沉积物中,不同强化剂对幼苗的影响存在显著差异。然而与原生沉积物不同的是,SC和SCF降低幼苗的根冠比。（6）综合本研究发现,生物炭/铁复合材料在红树林湿地中形成“沉积物—细菌—生物炭/铁”复合体系,引起沉积物中生物/非生物多重氧化还原反应,促进沉积物中SMX的降解与转化,主要可以分成三个阶段:（Ⅰ）直接电子转移,包括细菌间电子转移,（Ⅱ）生物炭介导电子传递,（Ⅲ）生物炭介导异化铁还原。三个阶段相互补充,相互叠加,在原有沉积物降解途径中,引入生物炭/铁复合材料介导电子传递新途径,多种途径共存,促进电子传递效率进而达到高效率SMX降解。
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