《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Attenuation processes and environmental drivers of atrazine in coastal wetland Photocatalysis-Microorganism combined system
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•基于现场的光催化-微生物联合系统（PMCS）增强了沿海湿地中阿特拉津的降解效果。•偏最小二乘路径模型（PLS-PM）确定光照和溶解氧是关键的过程调节因素。•PMCS在14天内去除了84.74%的阿特拉津成分。•联合处理提升了微生物网络的多样性和稳定性。引言阿特拉津（ATZ）是一
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基于现场的光催化-微生物联合系统（PMCS）增强了沿海湿地中阿特拉津的降解效果。
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偏最小二乘路径模型（PLS-PM）确定光照和溶解氧是关键的过程调节因素。
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PMCS在14天内去除了84.74%的阿特拉津成分。
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联合处理提升了微生物网络的多样性和稳定性。
引言
阿特拉津（ATZ）是一种广泛用于玉米和高粱等作物除草的三嗪类除草剂[1], [2], [3], [4]。由于其广泛应用、在环境中的持久性以及高迁移性，它可以通过地表径流和淋溶从农业土壤传输到周围的水生和沉积环境中[5], [6]。因此，阿特拉津经常在各种环境中被检测到，已成为一个令人担忧的持久性农药污染物[7], [8]。它的存在可能对水生生物构成生态风险，并通过受污染的饮用水和食物链传递对人类健康构成潜在风险[9]。沿海湿地作为陆地与海洋之间的关键过渡带，既起到了生态缓冲作用，也是非点源污染物的汇。它们丰富的微生物群落和有机质沉积物为污染物的滞留、转化和重新分布提供了有利条件。然而，沿海湿地中阿特拉津的自然降解过程通常较慢，而仅依靠单一过程的修复可能不足以实现有效去除[10]。因此，需要综合性的生态修复策略，结合多种互补的降解过程，以改善这些复杂环境中阿特拉津的去除效果。
光催化-微生物联合系统（PMCS）在有机污染物修复方面受到了越来越多的关注[11]。光催化可以通过产生活性氧物质来促进有机污染物的初始转化，从而生成更易于后续生物降解的中间体[12]。微生物可以进一步转化这些中间体，可能加速其降解和矿化[13]。这种互补作用可以提高整体处理效果并改变目标污染物的环境归趋[14]。最近的综述总结了PMCS配置、载体开发以及环境条件对光催化应激下微生物存活影响的进展[15]。然而，大多数先前的研究都是在均质水体系中或简化的实验室微宇宙中进行的，对自然环境中遇到的动态条件的考虑有限。沿海湿地特别具有挑战性，因为高盐度会对微生物造成渗透压应力，潮汐波动导致溶解氧和光照的可利用性时间变化，植物根系分泌和径向氧气损失则造成根际条件的空间异质性。在这种复杂的沿海湿地条件下，PMCS的性能和调节机制仍然知之甚少。尽管实验室规模的研究证明了PMCS在阿特拉津降解方面的可行性，但多种环境因素对其性能的影响尚未得到充分解析[16]。这一知识空白限制了对PMCS在实地修复受阿特拉津污染的沿海湿地中的机制理解和实际应用。
先前的研究已经考察了温度、pH值和溶解氧等单个环境因素对阿特拉津降解的影响[17]。温度和pH值可以影响光催化反应的动力学和微生物代谢[18]，而溶解氧在调节微生物的呼吸和代谢过程中起着重要作用[19]。有机物和低分子量有机酸可能通过改变底物可利用性和局部氧化还原条件进一步影响微生物降解[20]。虽然这些研究提高了我们对单个环境控制因素的理解，但大多数研究都是在相对简化的条件下进行的，关于多个环境因素如何共同调节阿特拉津的转化、微生物相关的降解以及量化三嗪环当量的消耗在复杂沿海湿地系统中的情况了解不多。因此，明确这些耦合的调节效应对于理解PMCS的性能并在环境异质性的现场条件下优化其应用至关重要。
尽管光催化和微生物技术显示出在去除有机污染物方面的巨大潜力，但阿特拉津的环境归趋及其受环境因素的调节机制仍不够清楚，特别是在复杂的沿海湿地中。因此，有两个关键的科学问题需要解答：（1）光解、水解、光催化、沉积物吸附、植物吸收和微生物降解在沿海湿地系统中对阿特拉津降解的相对贡献是什么，这些贡献如何随时间变化？（2）包括光照、pH值、溶解氧和有机酸在内的关键环境因素如何调节阿特拉津的降解和转化，这些效应通过哪些直接和间接途径发生？为了解决这些问题，建立了一个沿海湿地PMCS系统，并结合偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析了不同阿特拉津降解过程及其环境调节的时间贡献。我们假设阿特拉津的降解会从初期以光催化转化为主转变为后期以微生物相关降解为主，同时伴随光照条件、溶解氧和微生物群落结构的顺序变化。因此，本研究旨在明确阿特拉津降解的时间动态和环境调节机制，并为优化农药污染沿海湿地的协同原位修复提供理论基础。
章节摘录
研究区域和实验设计
莱州湾位于渤海与山东半岛的交界处，其水动力交换较弱，生态脆弱性较高。这些条件可能有利于农药和其他污染物在沿海地区的滞留和积累[21]。在流入莱州湾的河流中，小清河是农药从流域传输到河口和沿海环境的重要通道。
沿海湿地中阿特拉津降解过程的相对贡献
在沿海湿地系统中，共有11种过程参与了阿特拉津的降解，其中沉积物相关的滞留、微生物相关的降解、水解和光解贡献最大（图1）。光解和水解分别贡献了8.76%和16.78%的阿特拉津降解。在A组中，沉积物相关的滞留是早期阶段的主要过程，而微生物相关降解的相对贡献
阿特拉津降解过程的时间动态和相对贡献
在沿海湿地中部署的不同处理系统中，阿特拉津的归趋表现出明显的阶段依赖性特征（图1）。先前的研究报告，在自然或模拟自然水条件下，阿特拉津的光解速率常数约为0.02-0.08 min?1[27]，而水解在接近中性的条件下通常最慢。模拟自然降解实验进一步表明，光解过程可能占阿特拉津降解的45%-82%
结论
本研究表明，PMCS有效增强了沿海湿地系统中阿特拉津的降解效果，14天内量化阿特拉津成分减少了84.74%。时间分析显示，在早期阶段非生物光化学降解的贡献较大，后期阶段微生物相关过程的贡献逐渐增加。PMCS还与更高的微生物多样性和网络连通性相关。PLS-PM模型
CRediT作者贡献声明
王平： 数据整理。牛增源： 方法学研究。罗鑫： 方法学研究。张昊宇： 实地调查。戴宇飞： 初稿撰写、实地调查。李克强： 原稿撰写、审稿与编辑、项目管理和资金申请。卢莉： 实地调查。赵静： 项目管理和实地调查。张静宇： 数据整理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的会影响到本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金青年科学基金（42507508）、中国国家自然科学基金（42476145）、自然资源部莱州湾海洋生态系统观测与研究站（SAL202601）、崂山实验室科技创新项目（LSKJ202203904）以及北部湾海洋环境变化与灾害重点实验室（2023KF05）的支持。在准备本工作期间，作者使用了LLM辅助工具
戴宇飞|赵静|卢莉|张静宇|张昊宇|罗鑫|牛增源|王平|李克强
