有机质驱动羟基自由基生成强化人工湿地根际新兴污染物去除：直接与间接耦合效应机制解析

本研究揭示了人工湿地(CWs)植物根际中由有机质(OM)氧化驱动的羟基自由基(•OH)生成机制，及其通过直接氧化和间接调控微生物降解(刺激关键酶活性4.95倍)的双重途径显著提升卡马西平(CBZ)去除率(41.8%)的创新发现，为优化人工湿地氧化-生物协同净化体系提供了理论依据。

　　

Highlight

羟基自由基(•OH)在氧化环境中对新兴污染物(EPs)的去除具有关键作用。根际区域因氧浓度剧烈波动而成为•OH生成的热点区域，但其在人工湿地(CWs)中的具体作用机制尚未充分探索。本研究通过实验室垂直流人工湿地中试系统，发现灯心草根际自然产生0.33 μmol/kg •OH，其中富含酚羟基的水溶性有机质贡献率达60.63%。

ROL介导的•OH生成：氧梯度与电子转移

•OH源于不完全氧还原过程，植物根系径向释氧(ROL)形成的氧梯度(11.80-46.27 μmol/L)与非根际缺氧环境(<4.08 μmol/L)形成鲜明对比。这种氧化还原震荡促进电子从有机质(特别是酚类物质)向氧转移，通过单电子传递链持续生成•OH。

结论

本研究证实OM氧化驱动的•OH生成通过直接化学氧化(贡献CBZ去除41.8%)和间接调控微生物降解(关键酶活性提升4.95倍)的耦合机制显著增强人工湿地根际污染物净化效能，为设计新型生物-化学协同湿地系统提供了理论支撑。