《Journal of Water Process Engineering》：Nanomaterial control in constructed wetlands: Linking environmental fate, ecological effects, and sustainable management
编辑推荐：
•人工湿地（CWs）是m-NMs、c-NMs和p-NMs进入天然水体前的天然屏障。•基质-生物膜是纳米材料（NMs）的主要汇，植物起辅助作用。•NMs通过微生物/植物过程改变碳-氮-磷循环，其效应取决于NMs类型。•NMs控制需要在截留量、处理性能和湿地稳定性之间取得平衡。引
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人工湿地（CWs）是m-NMs、c-NMs和p-NMs进入天然水体前的天然屏障。
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基质-生物膜是纳米材料（NMs）的主要汇，植物起辅助作用。
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NMs通过微生物/植物过程改变碳-氮-磷循环，其效应取决于NMs类型。
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NMs控制需要在截留量、处理性能和湿地稳定性之间取得平衡。
引言
纳米材料（NMs）通常被定义为至少有一个维度在1至100 nm范围内的材料。根据其材料组成，NMs可大致分为金属基纳米材料（m-NMs）、碳基纳米材料（c-NMs）和纳米塑料（p-NMs）[1]，[2]，[3]。凭借其独特的结构、高反应活性和优异的 optoelectronic 性质，m-NMs和c-NMs已广泛应用于工业、农业、医学、电子设备和消费品领域[4]。相比之下，p-NMs主要来源于塑料产品的老化、风化和碎裂，代表了一种在环境中更加分散和持久存在的次生NMs形式[5]，[6]。随着生产和消费的增加，NMs不断被释放到废水处理系统和淡水环境中，包括河流、湖泊和海水（表S1）[7]。m-NMs和c-NMs在天然水体中的浓度通常在ng/L至低μg/L范围内，但在局部高暴露环境中（如废水排放口、工业排放区和沿海浴场），浓度可显著升高，报告的浓度最高可达900 μg/L（图1，表S1）。相比之下，p-NMs来源更加多样，可能在环境中更广泛地出现[8]，[9]。不同水生环境单元之间的水体交换可进一步促进纳米材料（NM）的迁移，导致长期、多源且动态变化的暴露模式（图1）。
作为人类主导区域与天然水体之间重要的生态界面，人工湿地（CWs）广泛分布在城市、农村及小型社区的排水系统与下游河流、湖泊乃至近海水体之间[10]，[11]。通过发挥基质、植物和微生物的协同功能，CWs模拟自然生态过程，提供废水净化、径流拦截和污染缓冲服务[12]。因此，CWs不可避免地会接收含有NMs的水体（图1）。越来越多的证据表明，CWs可有效截留m-NMs、p-NMs和c-NMs[13]，[14]，[15]。然而，与膜生物反应器和常规活性污泥法等生物处理系统不同，CWs通常缺乏常规剩余污泥排放[16]。因此，截留的NMs可能在湿地系统中随着长期运行而不断累积。
其纳米级尺寸赋予NMs高界面反应活性和生物利用度，使其能够与微生物细胞直接相互作用，在某些情况下还能穿透植物根系屏障进入内部组织[17]，[18]。因此，CWs中NMs的长期累积和暴露可能改变微生物活性、植物生长和基质特性，从而影响关键生态系统功能[19]，[20]。这些生物和非生物组分共同调控CWs中碳（C）、氮（N）、磷（P）和硫（S）的生物地球化学循环；它们对NMs的响应可能进一步传导至污染物去除和温室气体排放，并最终影响长期生态稳定性[21]，[22]。值得注意的是，在环境相关浓度下，NMs的暴露和累积也可能对CWs产生不利影响[10]，[23]。因此，阐明NMs在CWs中的环境归趋和生态效应，对于评估基于CW的处理系统的长期可持续性至关重要。
在过去十年中，关于CWs中NMs的研究数量总体呈上升趋势（图S1），并已有多篇综述涉及其环境行为与生态效应。Chand和Prajapati综述了银纳米材料在CWs中的迁移转化及其与湿地组分的相互作用[24]。Gupta等[25]总结了微/纳米塑料在CWs中的去除效果及其对植物、微生物和N、P循环的影响；Yu等[26]则从N去除的角度进一步综述了微/纳米塑料对功能微生物和植物的影响。然而，现有综述大多集中于单一类型的NM，且涉及微/纳米塑料的综述主要聚焦于微塑料（MPs）。由于纳米级尺寸可能赋予p-NMs与MPs不同的环境行为和生态效应，它们值得在更广泛的NM框架内进行进一步考量[27]。此外，m-NMs、c-NMs和p-NMs在组成、物理化学性质和环境稳定性方面存在显著差异，可能在CWs中表现出不同的归趋和生态响应[17]，[28]。与此同时，尽管CWs作为连接废水排放与天然水体的生态处理单元具有重要作用，但其对NM污染控制和长期管理的潜力尚未得到系统评估[29]。
为解决上述知识空白，本综述聚焦于三大NM类别——m-NMs、c-NMs和p-NMs——评估其在湿地系统中的迁移、截留、转化和生态效应。我们进一步考察其对污染物去除、温室气体排放和长期系统稳定性的影响，并讨论通过湿地优化来提高NM控制能力和扰动耐受力的增强策略。通过整合当前对CWs中NM归趋、生态效应和工程应用的理解，本综述旨在为在新兴污染物压力不断加剧的背景下，CWs的高效、稳定和环境可持续长期运行提供科学依据。
各节摘要
CWs中NMs的归趋
现有研究逐渐从将CWs视为被动过滤系统的视角，转向将其视为动态生物地球化学反应器的视角，其中NMs的归趋受不同尺度上多种相互作用过程的支配。总体而言，现有证据表明，CWs中NMs的归趋可概括为三种在不同尺度上运行的耦合过程（图2A）：(i)控制颗粒输运和聚集的胶体过程；(ii)基质-生物膜界面尺度的截留；
NMs对CWs的影响
截留的NMs并非惰性。其在基质、生物膜和植物中的累积可能持续影响CWs的生物组分和生态功能[92]。NMs可直接影响微生物和植物过程，同时也可通过改变CWs中的界面环境和微观环境条件来进一步调控生物地球化学过程，从而影响污染物去除性能和生态功能。
CWs用于NM控制和可持续管理
NMs可能影响CWs的关键功能，包括微生物过程、植物性能和污染物去除。因此，对于不可避免地持续接收含NM水体的CWs而言，关键挑战在于如何在限制NMs向下游迁移的同时，维持系统的长期稳定性。据此，本节评估了CWs处理含NM水体的潜力与局限，并进一步讨论了提高其NM控制能力的增强策略以及
环境基质中NMs的检测方法
CWs环境基质中NM的浓度可能较低，而颗粒易发生聚集、溶解、表面老化和与自然胶体或OM的结合，使得颗粒定量化和来源识别面临挑战。因此，迫切需要发展适用于复杂环境基质的高效提取、分离和定量化方法，并提升颗粒识别和痕量NMs长期追踪的能力。
结论
总体而言，现有证据表明，CWs对NMs的控制主要通过将NMs从水相截留并重分配至湿地内部各组分来实现。基质-生物膜组分是主要的汇，而植物主要通过颗粒截留和根际调控起辅助作用。截留的NMs仍可能经历老化、溶解、硫化等转化过程，尽管这些过程的程度和速率
CRediT作者贡献声明
宋滨强（Binqiang Song）：写作——审稿与编辑，写作——初稿撰写，方法论，概念构思。陈芒（Mang Chen）：写作——审稿与编辑，监督，获取资助。苏雨茹（Yuru Su）：写作——初稿撰写，概念构思。隋梦冉（Mengran Sui）：写作——初稿撰写，可视化。布凡保（Fanbao Bu）：写作——初稿撰写，数据整理。赵扬国（Yang-guo Zhao）：写作——审稿与编辑。杨相宇（Xiangyu Yang）：写作——审稿与编辑，监督，获取资助。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本论文所报告的工作。
致谢
本研究得到国家自然科学基金（52570218，52200077）、泰山学者青年专家计划（tsqn202408074）、山东省优秀青年科学家基金计划（海外）（2024HWYQ-040）和山东省博士后创新计划（SDCX-ZG-202400175）的资助。
宋滨强|陈芒|苏雨茹|隋梦冉|布凡保|赵扬国|杨相宇
