老港垃圾填埋場地下水系統(tǒng)的污染物和微生物群落研究.pdf

1、上海老港垃圾填埋場位于濱海地區(qū)，其地下水系統(tǒng)受到海水和垃圾滲瀝液的共同影響，屬于特殊的地球化學(xué)環(huán)境。 本論文深入研究了老港填埋場地下水系統(tǒng)受海水和垃圾滲瀝液的影響、地下水的總DNA提取方法、微生物多樣性和典型群落結(jié)構(gòu)、以及分子生物學(xué)方法在監(jiān)測地下水氧化還原環(huán)境方面的潛力。研究結(jié)果豐富了污染生態(tài)學(xué)和微生物生態(tài)學(xué)知識，為微生物資源開發(fā)和分子監(jiān)測生物自修復(fù)進程提供了必需的知識基礎(chǔ)和理論指導(dǎo)。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： i.海

2、水對老港填埋場地下水的影響 以Cl-、礦化度和硬度作為評價因子，研究了海水對該地區(qū)地下水的影響。結(jié)果表明：該地區(qū)地下水絕大部分屬Cl--Na+型、咸水和極硬水；地下水越深，海水混入比例越大，但地下水距海岸線遠近與海水影響程度的相關(guān)性不明顯；歷年地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)表明此處無海水入侵態(tài)勢或洗鹽淡化趨勢；此外，降水、潮汐等因素會引起地下水Cl-含量、礦化度和硬度的波動，這些都反映了海水的影響。 ii.垃圾滲瀝液對該地區(qū)地下水的

3、污染 為評價由垃圾滲瀝液導(dǎo)致的地下水污染，提出了新方法來屏蔽海水影響。選擇參數(shù)CODMn、NH4+-N、Cd、Cr6+、Pb、Cu、Ni和As作為評價因子，通過歷年地下水質(zhì)分析，結(jié)果表明：地下水明顯受垃圾滲瀝液污染，主要污染成份是NH4+-N、CODMn、Pb和Cd。總體污染正在加重，其中：NH4+-N、CODMn和Cu污染程度基本穩(wěn)定，而重金屬累積明顯，Pb和Cd污染尤其嚴重。污染物的空間分布存在顯著差異：CODMn、Pb、

4、Cu和Ni存在深度蓄積效應(yīng)(越深處蓄積的污染物越多)，而NH4+-N和As沒有這種現(xiàn)象；Pb、Cu、Ni、Cr6+和Cd與污染源越遠含量越低，NH4+-N、CODMn和As則不明顯。 iii.地下水總DNA提取方法 總DNA提取質(zhì)量決定后繼操作能否對微生物進行準確分析，因此論文專門對地下水總DNA提取的最優(yōu)方法進行了研究。從文獻選用5種適合方法加上實驗室常規(guī)方法，同步進行地下水總DNA提取，從DNA產(chǎn)率、純度、片段大

5、小、抑制物及多樣性角度比較DNA提取質(zhì)量。綜合比較后，產(chǎn)率最高且其它各項指標均較好的Keller改進方法被推薦采用。此方法簡單快速，可滿足地下水分子生態(tài)學(xué)研究的需要。 iv.地下水微生物多樣性和典型群落結(jié)構(gòu) 從兩種尺度對該地區(qū)的地下水微生物群落進行了研究：1、宏觀尺度：用RISA圖譜概覽分析技術(shù)，調(diào)查地下水微生物群落的總體空間差異和時間變化；2、微觀尺度：聚焦典型地下水樣，通過克隆和測序技術(shù)，利用GenBank數(shù)據(jù)庫

6、和生物學(xué)軟件進行系統(tǒng)發(fā)育分析，深入分析其中的微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性。 結(jié)果顯示：在宏觀尺度，該地區(qū)的地下水微生物群落具有明顯的空間異質(zhì)性，同一空間點的微生物群落則具有一定的時間穩(wěn)定性，相比而言，微生物群落的空間差異要大于時間變化。在受垃圾滲瀝液和海水共同影響的典型地下水樣中，絕大多數(shù)微生物來自細菌域，也發(fā)現(xiàn)少量古細菌和真核域微生物存在；屬于細菌域的系統(tǒng)發(fā)育類群(括號表示豐度)：Bacteroidetes(20.3﹪)，β、γ、

7、δ和ε-Proteobacteria(47.3、6.8、5.4和2.7﹪)，F(xiàn)irmicutes(1.4﹪)，Actinobacteria(2.7﹪)，Cyanobacteria(2.7﹪)；大部分16SrRNA序列代表過去從未描述過的微生物，其中許多與海水或高鹽環(huán)境微生物具有高同源性，也有較多與厭氧發(fā)酵菌同源，還有一組序列與氯酸鹽還原菌(ClRB)同源，豐度較高(20.3﹪)。 v.評估分子方法用于判別地下水氧化還原環(huán)境的潛

8、力 氧化還原環(huán)境不僅影響污染物降解的程度和速率，而且影響金屬元素的價態(tài)和溶解性，與污染物的轉(zhuǎn)化和遷移具有極為密切的關(guān)系。對其類型進行判別，是評估污染蔓延趨勢、預(yù)測生物自修復(fù)潛力和選擇修復(fù)方法的先決條件。 為評估分子方法用于判別氧化還原環(huán)境的潛力，采集了兩組地下水樣品，分別反映氧化還原環(huán)境的空間和時間變化。用克隆和RFLP技術(shù)確定其中的優(yōu)勢種群，與其所在的氧化還原環(huán)境類型進行了相關(guān)性比較。 研究發(fā)現(xiàn)：硝酸鹽還

9、原環(huán)境的優(yōu)勢微生物種群多數(shù)為β-Proteobacteria，而硫酸鹽還原環(huán)境的優(yōu)勢種群主要是革蘭氏陽性菌。絕大多數(shù)微生物優(yōu)勢種群從未被描述過，它們與氧化還原環(huán)境的相關(guān)性表現(xiàn)為：一些優(yōu)勢種群的最同源微生物所具備的氧化還原反應(yīng)能力與其所在的氧化還原環(huán)境類型是一致的。 研究表明：分子生物學(xué)方法對于其它氧化還原環(huán)境判別方法是一個重要的補充手段，它能從微生物角度獲得一些氧化還原方面的信息，如：有助于分辨同時發(fā)生的氧化還原過程；但是，單