南科大环境学院王俊坚课题组在消毒副产物前体物研究方面取得重要成果

南方科技大学环境科学与工程学院助理教授王俊坚课题组近期在水资源领域顶级期刊 Water Research上连续发表2篇论文，分别报道了长期生物炭添加与氮沉降增加对陆源溶解性有机质化学及其消毒副产物生成与毒性的影响。

自然界中广泛存在的陆源溶解性有机质（Dissolved Organic Matter, DOM）是水处理过程中消毒副产物（Disinfection Byproducts, DBPs）的重要前体物， 其化学特性关系到DBPs的生成和毒性，可能导致降水事件后DBPs浓度上升及毒性增强。人类活动与全球变化如何影响DOM和DBPs相关的水质安全已成为近年来的热点问题。

生物炭应用的日益增加和大气活性氮沉降增加是人类活动和全球变化影响的典型案例。碳、氮输入的改变会影响流域生物地球化学循环，进而改变陆源DOM的组分特征。这些陆源DOM的改变有可能进一步影响流域DBPs的生成和毒性，威胁水质安全和居民健康。然而，目前学界对于长期氮沉降和生物炭添加对陆源DOM及其DBPs的生成与毒性影响尚未清楚。因此，王俊坚课题组针对这两个因素分别进行研究，并取得了重要研究成果。

图1 人类活动与全球变化可能通过改变陆源溶解性有机质输出与化学特性影响水质安全

在第一项关于生物炭对DOM和DBPs影响的研究中，依托长期（11年和5年）生物炭添加实验台站，基于光谱与超高分辨质谱分析，课题组发现生物炭添加可在某种程度改变DOM的分子化学特性，且对DOM化学特性（尤其是溶解态黑炭组分）的影响与累积生物炭添加量无线性关系，可能与生物炭老化环境和时间相关。此外，基于氯化实验、DBP生成潜能测试、体外生物急性和基因毒性测试方法，研究评估了土壤源DOM氯化产三卤甲烷类（THMs）、卤乙腈类(HANs)、卤代酮类(HKTs)以及水合氯醛（CHD）等DBPs的生成潜能和DBP混合产物的毒性。本研究发现，即使多年的生物炭添加可能增加DOM中溶解态黑炭含量，但是DBPs的生成潜能和DBP混合物的毒性均未随着生物炭添加发生显著改变。

图2 不同处理组土壤源DOM中不同生物化学组分的相对丰度。C0：无生物炭添加，C1：4.5 t/ha/yr，C2：9.0 t/ha/yr，C3：13.5 t/ha/yr。图片来源：Elsevier。

图3 不同生物炭添加影响下每毫克土壤源DOC生成DBPs的潜能。THM：三卤甲烷，HAN：卤乙腈，CHD：水合氯醛，HKT：卤代酮类。图片来源：Elsevier。

在第二项关于氮沉降增加对DOM和DBPs的影响的研究中，课题组依托已模拟氮沉降增加22年的温带森林野外科学观测研究站，收集不同氮沉降程度条件下的陆源DOM，并对其进行模拟氯化实验与毒性分析。研究结果表明，长期氮沉降增加抑制了三卤甲烷类及含溴DBPs的生成，同时促进卤代酮类DBPs的生成。毒性分析显示，长期氮沉降增加减弱了DBPs混合物的急性毒性，但对基因毒性未有显著影响。以上结果表明，长期氮沉降增加显著改变了陆源DOM化学性质与氯化反应性，但并未产生毒性更大的DBP混合物，因此未增加饮用水安全的额外风险。

图4 不同氮添加影响下每毫克土壤源DOC和每平方米土壤来源的DOM生成DBPs的潜能。图片来源：Elsevier。

图5 不同氮添加影响下DOM及DBP属性的主成分分析。图片来源：Elsevier。

在第一项研究中，2016级本科生蔡湾为第一作者，王俊坚助理教授与李立平博士后为共同通讯作者；在第二项研究中，李立平博士后为第一作者，王俊坚助理教授为通讯作者。两项研究均得到了国家自然科学基金委、广东省教育厅、深圳市科技创新委员会以及国家环境保护流域地表水-地下水污染综合防治重点实验室等机构的支持。

论文标题：

Long-term biochar addition alters the characteristics but not the chlorine reactivity of soil-derived dissolved organic matter

Chlorination of soil-derived dissolved organic matter: Long-term nitrogen deposition does not increase terrestrial precursors of toxic disinfection byproducts

全文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135420307971

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135420308083

课题组网站：

http://faculty.sustech.edu.cn/wangjj/