城市內(nèi)河沉積物重金屬的分布特性及異位生態(tài)修復(fù)研究.pdf

1、重金屬具有生物毒性、持續(xù)性和非生物降解性,是一種危害性極強(qiáng)的污染物。上個(gè)世紀(jì),由于工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展,導(dǎo)致環(huán)境中、尤其是水體生態(tài)系統(tǒng)中的重金屬含量激增,沉積物是多種污染物質(zhì),包括金屬元素的天然“儲(chǔ)蓄庫(kù)”,因而沉積物對(duì)水質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。本文針對(duì)北方地區(qū)城市內(nèi)河沉積物重金屬污染的現(xiàn)象,通過對(duì)沉積物中重金屬的含量、分布特性、污染來源及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究,通過對(duì)污染地區(qū)植被及根際真細(xì)菌群落的調(diào)查及檢測(cè)分析,篩選適于生態(tài)修復(fù)的植物品種,同時(shí)

2、采用盆栽試驗(yàn)和分子生物學(xué)方法探索了生態(tài)修復(fù)的效果及機(jī)理,以期為今后重金屬污染內(nèi)河沉積物的生修復(fù)提供參考,并為人類健康和生態(tài)保護(hù)提供依據(jù)。
　　選擇一條典型的環(huán)工業(yè)區(qū)北方城市內(nèi)河作為研究對(duì)象,通過對(duì)河流理化性質(zhì)及Pb、Zn、Cd、Ni、Cr、Cu、As和Hg的含量的分析,評(píng)價(jià)了河流重金屬的污染程度,并分析了河流表層沉積物中重金屬的分布規(guī)律及及來源。結(jié)果表明所有表層沉積物中重金屬的濃度均高于國(guó)家沉積物Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。表層沉積物重金屬的污染程

3、度依次為:Cd>Zn>Pb>Cu>Ni>Cr>Hg>As;采樣點(diǎn)的重金屬污染程度依次為采樣點(diǎn)F>采樣點(diǎn)D>采樣點(diǎn)C>采樣點(diǎn)B>采樣點(diǎn)A>采樣點(diǎn)E。沉積物中的重金屬主要源自人類活動(dòng),包括工業(yè)排放、交通運(yùn)輸、市政廢水和木器制造業(yè)等,而Hg則主要源于大氣中Hg的沉降。
　　通過對(duì)表層沉積物中重金屬的污染及健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià),表明表層沉積物均受到了重金屬的污染,受檢重金屬中Cd的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高,采樣區(qū)域中D采樣點(diǎn)受污染最嚴(yán)重,河道表層沉積物中重

4、金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)由高到低依次為:Cd>Hg>Pb>Cu>Ni>As>Zn>Cr;重金屬對(duì)兒童和成人造成的健康風(fēng)程度險(xiǎn)依次為:As>Cd>Cr(Ⅵ)>Pb>Hg>Ni>Cr(Ⅲ)>Zn>Cu。
　　根據(jù)重金屬賦值形態(tài)的分析結(jié)果,重金屬的遷移及生物可利用性依次為:Cd>Pb>Zn>Ni>Cr>Cu>Hg。基于河流的理化性質(zhì)、重金屬的沉降與釋放以及重金屬的分布規(guī)律構(gòu)建重金屬在河流中的動(dòng)態(tài)模型。
　　水體重金屬:
　　Vwd

5、Cw/dt=Vs(Cs-Cs')ke+Vw(Ch-Cw)kh-Vw(Cw-Cj)kj+vh(Ch-Cw)-vj(Cw-Cj)-Vw(Cw-Cw')ks。
　　沉積物重金屬:
　　VsdCs/dt=Vw(Cw-Cw')ks+Vs(Chs-Cs)kh'-Vs(Cs-Cjs)kj'-Vs(Cs-Cs')ke+Si。
　　通過對(duì)重金屬耐性植物的調(diào)查分析,共發(fā)現(xiàn)了分屬7個(gè)科的18種優(yōu)勢(shì)植物,通過CANOCO軟件,采用余度分析(R

6、DA)的方法按照重金屬的耐受性可以將重金屬耐性植物劃分為4個(gè)類群:重度污染耐受型植物、中度污染恢復(fù)型植物、恢復(fù)型植物和As污染恢復(fù)型植物類群,并篩選得到了12種具有重金屬耐性的優(yōu)勢(shì)植物。通過進(jìn)一步檢測(cè)分析了這12種優(yōu)勢(shì)植物對(duì)As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn的修復(fù)潛力,結(jié)果表明龍葵適于重金屬高度復(fù)合污染環(huán)境的Cd修復(fù);酸模和酸模葉蓼分別適于重金屬高度復(fù)合污染環(huán)境下Pb和Zn污染修復(fù)潛力;酸模和苦荬菜也具有Zn的修復(fù)潛力,但是酸模適

7、于污染水平較低沉積物Zn的修復(fù),而大部分優(yōu)勢(shì)植物屬于重金屬規(guī)避型植物。通過盆栽試驗(yàn)進(jìn)一步研究了酸模、龍葵和酸模葉蓼對(duì)沉積物重金屬的修復(fù)潛力,結(jié)果表明這四種植物均能夠有效提高沉積物中的重金屬的活性及真細(xì)菌的總量;沉積物重金屬污染的生物修復(fù)應(yīng)采用植物聯(lián)合修復(fù)及合理刈割的管理方式。
　　分別構(gòu)建了適用于受污染城市內(nèi)河沉積物的重金屬植物有效性的多元線性回歸預(yù)測(cè)模型及重金屬植物有效性總權(quán)重的離子沖量數(shù)學(xué)模型,用以預(yù)測(cè)重金屬?gòu)?fù)合污染沉積物中重

8、金屬對(duì)植物的有效性,總權(quán)重的離子沖量模型為:lgwIp=0.888lgwIHM+0.886lgCS-0.098lgOM-1.21lgCEC-2.250lgpH+2.267(R=0.915,F=49.375,n=54,p<0.001)。
　　采用DGGE和16S rDNA克隆文庫(kù)技術(shù)深入比較分析了優(yōu)勢(shì)植物根際圈細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與照沉積物的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的差異。過通過序列比對(duì)分析,兩個(gè)根際圈文庫(kù)細(xì)菌群落組成較為相似,共鑒定得到81個(gè)OTUs