【土壤污染微界面过程及其分子诊断与调控原理】

        该项目属国家自然基金重点项目，由南开大学环境科学与工程学院周启星、罗义、刘家女等人完成。根据我国土壤污染现状和趋势，择要研究导致其土壤环境复合污染的气－土或水－土界面之间在微观尺度上的多界面迁移转化过程；选择Cd、Pb和石油烃等典型传统污染物以及PPCPs新型污染物（包括加乐麝香、吐纳麝香、罗红霉素、氯四环素和土霉素等），从模式生物蚯蚓、小麦和大白菜暴露复合污染土壤的分子毒理着手，重点通过DNA分子损伤与多态性、mRNA与蛋白质水平变化及典型生物化学与生理学响应的生物标志物较为系统的筛选研究；并以棕壤、褐土和红壤等代表性土壤对其反应灵敏度、特异性及可操作性进行验证基础上，进一步开展对现场实际土壤污染进行分子诊断的应用研究，为我国今后全面、系统开展该方向研究积累经验与方法，为建立土壤污染暴露危害和早期预警的有效检测手段打下基础。在此基础上，以上述复合污染土壤的生态修复调控为重点，结合畜禽粪便施肥及污泥农用的源头阻断与作物根际阻抗调控研究，探寻有效解决我国土壤复合污染的新技术原理。

        该项目取得了两个方面的重要突破和创新：
        （1）以石墨烯类纳米材料为典型新型污染物，在生物化学与生理学响应的生物标志物研究的基础上，利用代谢组学技术筛选出与模式生物小麦根萌发和叶绿素合成呈显著相关的代谢物可作为土壤污染分子诊断的标志物，包括：十六烷酸的上调与根的萌发呈现正相关（R2=0.98），缬氨酸的上调与叶绿素a 的合成呈现正相关（R2=0.99），肌醇的下调与叶绿素a比叶绿素b的比值呈现负相关（R2=0.97）。

        （2）首次把生物电化学系统应用于复合污染土壤调控原理的研究层面，即在石油烃污染的盐碱土修复过程中，由于生物电化学系统的应用，不仅提高了石油烃的降解率，同时回收了电能，特别是通过活性炭空气阴极的优化，通过向催化层内负载季胺盐，则加速了阴极内OH-的传递，降低了阴极局部pH，提高了阴极性能，从而使其最大功率密度提升了29%（达到2503±61 mW∙m−2），电荷转移内阻由~15Ω降低至1.5Ω。该项目至今已出版学术著作1 部。发表学术论文96 篇（超过了发表学术论文60 篇的预设指标），待发表和接受论文15 篇，两者合计111 篇。在已经发表的96 篇论文中，发表在《Environmental Science & Technology》和《Water Research》上各有3 篇，发表在《Scientific Reports》和《Carbon》上各有2 篇，1 篇发表在《Environment International》上。特别是，还在IF=45.661 的《Chemical Reviews》上还发表了1 篇份量很重的学术论文。申报国家发明专利16 项（超过了申报专利5 项的预设指标），其中已授权6 项。获天津市科技进步二等奖和辽宁省技术发明奖各1 项，排名均第一。