城市排污河道复合污染沉积物的异位生物修复

我国目前有90%的城市河流受到严重污染，而底泥污染正是河流污染产生的一个重要后果，如何选择行之有效的底泥修复技术，如何对城区河道污染进行有效治理，已经成为建设城市生态系统、提高城市环境质量的重点和难点。受污染河道疏浚底泥中含有大量的污染物，尤其是重金属、有机物等污染物的严重超标，是限制底泥资源化的主要因素。本课题拟利用自然界存在的重金属超富集和耐性植物，结合土著细菌、菌根真菌等微生物，对重金属及有机物污染严重的城市排污河道沉积物-底泥，进行异位生物修复，确定最佳修复方式和修复条件，最终确定修复后土壤在农田中的施用量。对植物体不同部位的重金属积累量、积累状态及积累机制进行研究，并建立数学模型模拟植物吸收重金属的动态过程，探求植株各个部位重金属的累积和运移机制。通过本项研究实现为修复后的沉积物返回大田生产提供技术支持，为城市排污河道大规模治理工程提供理论指导。

在生态修复方面，目前的研究大多集中在重金属污染土壤的植物修复方面，且重金属污染土壤大多是将重金属添加到土壤中进行模拟研究。在重金属的种类上多为添加单一种重金属，研究不同植物对其富集能力及相关影响因素；或添加两种重金属，研究植物对二者的富集能力及与添加一种重金属进行修复效果对比。在有机物方面，也多为将污染物添加到土壤中进行模拟研究。由于本研究的对象是淤积多年的、多种重金属及有机污染物同时存在、且浓度相对较高的城市排污河底泥，对此种底泥进行异位生物修复的研究鲜有报道。当前，复合污染研究已成为环境科学发展的重要方向之一，开展两者复合污染研究，对于农业环境生态安全具有重要意义。通过本项目的三年研究，在底泥复合重金属污染的植物-微生物联合异位修复方面已取得了一定成果，在根际底泥重金属的去除率方面得到了较好的结果；从机理上对重金属在根际植物-微生物系统中的变化得出了相关结论；在微生物分子生态方面，对根际底泥的细菌及真菌构成进行了研究，获得了某些优势及特异性菌的序列及Blast结果。在有机污染物的修复方面，选取了典型多环芳烃污染物和酞酸酯类物质进行了研究。植物修复一个月后，沉积物中萘的含量明显降低；沉积物中蒽的含量在三个月中稳定降低。说明低环数的多环芳烃较易降解，随着环数增加，降解速率降低。多环芳烃在自然条件下的最佳修复方式为：配比为1:2的沉积物经玉米修复三个月，沉积物中萘的去除率最高；配比为1:1的沉积物经玉米修复一个月，沉积物中蒽的去除率最高。大部分植株内萘的含量随时间的变化呈降低趋势，一方面可能是由于植物的生长稀释作用，另一方面可能是由于萘在植物体内被部分代谢。植物对沉积物中DEHP的修复效果并不明显，沉积物中DEHP的去除可能主要是土著微生物的作用。对植物吸收重金属的动态过程进行了理论分析和实验验证。从数值仿真和实验验证两个角度对所建模型的合理性及理论分析方法的有效性进行检验，结果表明了方法的有效性。通过生物修复，底泥的结构得到有效改善，提高了其可耕种性，对于缓解某些地区缺土缺地的状况及避免因土壤置换造成采土地区的水土流失现象的产生可提供很好的基础研究资料。