土壤有機污染物—重金屬復合污染定量表征及其分子生態(tài)毒理效應研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，越來越多的污染物進入環(huán)境并共存。土壤是環(huán)境的重要組成部分，位于自然環(huán)境的中心位置，承擔著環(huán)境中大約90﹪的來自各方面的污染物質(zhì)，是一個典型的復合污染體系。近年來，國內(nèi)外已相繼開展了重金屬-重金屬以及有機-有機復合污染方面的研究工作，并取得了富有成效的理論和實踐成果。但是，對于有機污染物-重金屬復合污染的研究相對較少，對其定量表征及分子生態(tài)毒理效應的研究則更少。事實上，土壤中有機污染物-重金屬復合污染是非常普遍的。其中

2、，多環(huán)芳烴、農(nóng)藥、重金屬是經(jīng)常共存、且廣泛分布的典型土壤環(huán)境污染物。開展有機污染物-重金屬復合污染研究，對于正確評價復合污染條件下污染物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的行為，幫助人們采取合理的診治措施，從限本上解決土壤的環(huán)境污染問題具有非常重要的理論和實踐意義。 本文采用室內(nèi)模擬與現(xiàn)場檢測相結(jié)合的方法，開展了重金屬-多環(huán)芳烴、重金屬-農(nóng)藥復合污染定量表征研究，在此基礎上，對鎘、鋅、菲復合污染分子生態(tài)毒理效應進行了深入研究，以期為有機污染物-重金屬復

3、合污染研究與診治提供科學依據(jù)和實踐指導，主要研究結(jié)果如下： 1.采用均勻設計和統(tǒng)計模型方法，以土壤脲酶和脫氫酶為探針物質(zhì)，室內(nèi)培養(yǎng)條件下，對復合污染土壤環(huán)境中重金屬(Cd、Zn、Pb)和多環(huán)芳烴(菲、熒蒽、苯并a芘)的相互作用及其定量表征進行了較為系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明，均勻設計法可有效地用于多環(huán)芳烴-重金屬復合污染定量表征研究，Cd-菲、Zn-苯并a芘、Zn-菲之間存在明顯的交互作用，其復合污染的類型和強度與復合污染時間密切相關

4、，土壤酶的活性可以作為表征重金屬和多環(huán)芳烴復合污染的一項重要參考指標。 2.通過現(xiàn)場檢測，采用Fuzzy技術，開展了土壤環(huán)境中重金屬-農(nóng)藥復合污染定量表征研究，結(jié)果表明，Hg-As、HCH-As之間存在著顯著的復合污染現(xiàn)象。應用模糊數(shù)學理論，綜合相關分析和變異系數(shù)法，充分考慮了土壤現(xiàn)實環(huán)境中復合污染的復雜性、動態(tài)變化的模糊性、以及復合污染物的毒理性質(zhì)，通過建立合理的隸屬度函數(shù)，確保了表征結(jié)果的準確性和客觀科學性，為定量表征現(xiàn)實環(huán)

5、境中污染物復合污染現(xiàn)狀提供了科學理論依據(jù)，結(jié)果不僅客觀正確地反映了土壤復合污染程度，同時還能反映出主導污染因子的作用程度，是一種行之有效的表征方法。 3.以鎘、菲為目標污染物，通過室內(nèi)模擬試驗，對復合污染生態(tài)毒理效應、互作機制及其主效應進行了研究，結(jié)果表明，鎘-菲復合污染對土壤酶活性、微生物種群數(shù)量及其生物量的抑制效應，隨著污染時間的不同呈現(xiàn)不同的規(guī)律，其中，對蔗糖酶和磷酸酶活性、土壤呼吸強度和微生物量的抑制效應最為明顯，對土壤

6、蔗糖酶、脲酶和脫氫酶的交互作用表現(xiàn)為協(xié)同作用。其中，鎘為主效應，菲可提高鎘的微生物毒性。 4.采用主成分分析技術，研究建立了復合污染土壤總體酶活性指標，結(jié)果表明，復合污染土壤酶信息系統(tǒng)的第1主成分方差貢獻率達82.68﹪。整個培養(yǎng)期間，復合污染樣品土壤平均總體酶活性低于單一污染的土壤總體酶活性，顯著低于單一污染之和。隨著培養(yǎng)時間的延長，鎘-菲復合污染土壤總體酶活性也隨之下降，采用酶活性構(gòu)筑的土壤信息系統(tǒng)的總體酶活性，表征土壤有機

7、污染物-重金屬復合污染狀況是可行的。 5.采用酶、化學以及酶-化學聯(lián)合法對不同土壤(水稻土、東北黑土)微生物細菌DNA進行破膜釋放，以提取的DNA總量、純度以及片斷大小評價了不同破膜方法對土壤微生物總DNA提取效果的影響。結(jié)果表明，化學法的DNA提取量高，裂解能力較強，但比較容易引入雜質(zhì)。而酶解法雖然對DNA的影響較小，但裂解能力不強。而采用酶解和化學法相結(jié)合的方法，不僅產(chǎn)量高而且純度也相對較高。touchdown-PCR法可有

8、效解決由于提取純化后殘留腐殖質(zhì)對PCR擴增造成的DNA產(chǎn)率較低問題，可獲得用于進行DGGE分子指紋分析的特異16SrDNAV3區(qū)擴增片斷。 6.以鎘、鋅、菲為目標污染物，用RAPD技術研究了土壤環(huán)境中重金屬之間以及重金屬和多環(huán)芳烴之間復合污染對土壤微生物DNA序列的影響。結(jié)果表明，鎘、鋅、菲復合污染可引起土壤微生物DNA序列發(fā)生變化，其中，鋅-菲復合污染與單一污染差異較小，而鎘-菲復合污染與單一污染差異較大。隨著培養(yǎng)時間的延長，

9、鎘-菲復合污染土壤微生物群落DNA擴增條帶數(shù)增加，對土壤微生物DNA序列的影響增大。培養(yǎng)15天，土壤微生物群落DNA序列變化大小依次為：菲＞鎘＞鎘+菲＞對照，培養(yǎng)30天時為：鎘+菲＞鎘＞菲＞對照。 7.通過16SrDNAV3可變區(qū)序列作PCR擴增、變性梯度凝膠電泳(DGGE)，對鎘、鋅、菲復合污染土壤微生物基因多樣性進行了研究，結(jié)果表明，鎘、鋅與菲復合污染土壤中，重金屬對菲降解(耐受)菌具有毒作用，可導致DGGE指紋圖譜中的特異

10、性條帶強度減弱。隨著培養(yǎng)時間的延長，復合污染對土壤微生物DNA序列的影響加劇，種群數(shù)量受到抑制。其中，鎘-菲與Zn-菲復合污染早期對土壤微生物群落影響差異大于后期。復合污染均呈現(xiàn)4個類群，培養(yǎng)15天的類群為：(1)Zn-菲復合污染土壤；(2)Cd-菲復合污染土壤；(3)Zn-Cd復合污染、Cd污染、Zn污染和對照土壤；(4)菲污染土壤。培養(yǎng)45天的類群為：(1)有機污染物-重金屬復合污染土壤(Zn-菲和鎘-菲)；(2)重金屬(Cd、Zn