排污河道沉积物复合污染及生物修复技术

摘要

南排污河主要受到人为输入点源污染，作为水体的二次污染源，其沉积物中重金属和有机物的复合污染日趋严重，对环境和人体造成潜在危害。本文从总量、形态和污染源三个角度，运用地积累指数、沉积物基准系数、风险评价准则等方法系统分析南排污河沉积物中重金属的累积水平、毒性水平、生物有效性及与有机质间的相关关系。针对该排污河沉积物的污染特点，通过自然条件下的盆栽试验，研究并探索施加化学试剂或微生物制剂在自然环境条件下辅助植物吸收污染物的机理。并以甲苯和苯甲酸为研究对象，采用分子生物学方法研究水体沉积物中单环芳香族物质厌氧富集菌液的菌群结构和功能基因多样性。结果表明，目标排污河道沉积物中Cd、Zn、Cu的累积和毒性较高，且都与有机质有显著的正相关关系。其中，Zn、Cd为重度污染，且Cd的有效性最高，具有高环境风险；Zn具有中等风险；Cu的有效性较低，属于轻度污染。Ni、Cr、Pb的有效态含量比Cd、Zn低但比Cu高，也存在一定的环境风险。盆栽实验结果表明采用玉米与黑麦草、黑麦草与紫花苜蓿的间作-轮作种植方式能较好修复目标河道复合污染。其中，第一轮主要降解Zn、Cr、Pb和Cd，第二轮主要降解Ni和Cu。首次将植物、植物-EDTA、植物-AM真菌、植物-AM真菌-土著优势菌进行修复效果对比，发现单纯施加AM真菌能有效地提高植物对沉积物中重金属的吸收且不会造成二次污染，但自然条件下温度是影响AM真菌辅助修复效果的重要因素之一，且种间竞争可能会影响到微生物的辅助修复效果。此外，AM真菌还可有效提高植物根际土壤中多酚氧化酶、脲酶和蔗糖酶的活性。
　　 本研究表明，种植植物对沉积物中萘的降解效果较好，但在种植前后沉积物中能检出单环芳香族物质，因此以甲苯和苯甲酸为代表，首次联合使用DGGE和克隆方法分析脱氮条件下的苯环开环基因bamA的多样性。研究表明，在甲苯和苯甲酸富集菌液中，bamA以与Thauera chlorobenzoica相似的相应基因为主，且菌液中的bamA多样性较低。活性菌液中的bamA与背景控制有一定相近性，暗示了单环芳香族物质可能在自然环境中发生自然衰减，并体现了bamA作为芳香族化合物厌氧降解过程中标记物的潜力。联合使用16S rRNA基因和bamA基因，得出甲苯和苯甲酸菌液以Thauera属为主。联合使用DGGE和克隆技术，说明综合使用多种方法可更准确地分析功能基因的多样性。