基于環境分子診斷技術的污染場地環境管理分析

錢小潔

（常州市生態環境監控中心武進分中心，江蘇 常州 213161）

目前，環境分子診斷技術可以應用于污染場地特征識別、修復方案可行性評估、效果監測和修復終止等污染場地環境管理過程[1-3]，其利用新興的同位素技術和分子生物學技術[4-7]，分析土壤和地下水等環境樣本的生物和化學特征。按照診斷機理，環境分子診斷技術可以分為兩大類。一是有機單體同位素分析（CSIA），二是分子生物學技術（MBTs）。它們已經在醫藥、國防和環境保護等領域廣泛應用。但是，水文地質調查等傳統場地環境管理方法僅能提供污染物自然衰減是否發生或者主動污染修復的反應速率高低等間接證據，難以快速和全面支撐污染場地環境管理決策。環境分子診斷技術通過分析涉及污染物轉化過程的同位素、微生物、基因或者酶等微觀證據，可以提供更多有效的直接數據，用以彌補傳統管理方法的不足[8-10]。近年來，國內外逐漸將環境分子診斷技術應用在污染場地環境管理中，如場地污染調查、監測和修復等。我國環境分子診斷技術應用研究還處于起步階段，主要利用有機單體同位素分析和分子生物學技術對污染物的遷移轉化機制進行探索，其在污染場地環境管理中的實際應用較少。本文結合污染場地環境管理過程，分析了環境分子診斷技術在污染場地環境管理中的運用。

1 環境分子診斷技術的分類和適用性

環境分子診斷技術類型多樣，其可以分為兩大類，二者具有不同的適用性[11-12]。

1.1 有機單體同位素分析技術

有機污染物發生反應時，動力學同位素效應導致殘留物中重同位素富集，產物中重同位素貧化，因此可利用同位素質譜分析儀或者同位素質譜儀與氣相或液相色譜聯用等方法測定殘留物中特定元素重同位素的富集值，以判斷目標污染物是否發生轉化。在污染場地環境管理中，有機單體同位素分析技術可用于監測和量化污染物的降解過程，確定環境污染物的來源。在許多反應中，元素的重同位素鍵強度高于輕同位素，所以輕同位素會優先從反應物中轉移到產物中，而重同位素則會在殘留反應物中富集，可以據此判斷污染物是否發生降解。在特定環境條件下，化合物的同位素組成保持不變，可直接利用其同位素組成進行來源示蹤，確定污染物的來源。

1.2 分子生物學技術

通常，特定污染物在特定微生物作用下發生生物轉化，分子生物學技術可以檢測和定量作用特定污染物的微生物，識別產生降解作用的未知微生物，確定微生物降解特定污染物的能力。該技術可以用來確定污染物的降解機理和降解效率，為污染場地環境管理提供數據支持。目前，污染場地環境管理運用的分子生物學技術主要有定量聚合酶鏈式反應、微生物指紋圖譜、脫氧核糖核酸（DNA）微探針陣列、穩定同位素探針、酶活性探針和熒光原位雜交。

1.3 環境分子診斷技術的適用性

環境分子診斷技術種類多樣，可以提供不同或相似的污染場地環境管理信息。在污染場地環境管理中，要根據不同技術的優缺點、費用和成熟度，合理選用。例如，有機單體同位素分析技術不僅可以監測和量化污染物的降解過程，還能確定環境污染物的來源；分子生物學技術可以提供污染物降解過程中功能微生物的種類、數量和活性等信息。另外，要考慮環境分子診斷技術的成熟度，一是商業可利用，二是處于實驗室研究階段。

2 基于環境分子診斷技術的污染場地環境管理過程

目前，國內外一般將污染場地環境管理分為4 個階段，即污染場地特征識別、污染修復、效果監測和修復終止。污染場地特征識別可以確定污染類型、污染程度和空間分布，建立場地概念模型，為開展風險評估和地下水環境修復提供基礎信息。污染修復涉及修復方案選擇、修復工程設計、可行性評估和修復工程實施等內容。污染場地環境管理中，要監測修復工程實施過程中污染物和副產物的濃度和溶質通量變化趨勢，以評價實際修復效果。修復終止是指實施修復工程后，場地的土壤、水和土壤氣等環境介質中污染物的濃度不會對人群及環境產生危害時，停止污染場地修復行動。

傳統方法是通過對土壤和地下水等環境樣品的采樣分析，獲得污染物和副產物的濃度和溶質通量變化趨勢，為污染場地環境管理提供決策信息。土壤和地下水環境樣品的傳統分析方法存在局限性，其無法精確判斷目標污染物的降解機理、降解速率和降解效果，也不能有效區分污染物來源，難以快速和準確地為污染特征識別、污染修復效果確定和修復技術調整等提供數據支持。污染場地環境管理可以采用環境分子診斷技術，該技術可以從多種疑似污染源中準確判斷污染源，提高微生物群落降解污染物的能力，明確污染物降解機制，確定監測自然衰減或者主動修復的策略，估計實現修復目標需要的時間，為污染場地環境管理提供有效的數據支撐[13-15]。環境分子診斷技術在污染場地環境管理各階段的應用如圖1 所示。

圖1 環境分子診斷技術的應用流程

目前，環境分子診斷技術已經應用于多環芳烴、石油烴、氯代烴、農藥殘留物等有機污染場地的特征識別、修復可行性評估和修復效果判定。近年來，有機單體同位素分析技術廣泛應用在污染場地環境管理中，其在氯代烴污染場地的應用最為廣泛，涉及污染場地環境管理的各個階段。

3 結語

我國長江三角洲和珠江三角洲等地經濟相對發達，地下水使用量大，大量場地出現土壤與地下水污染，因此尋求有效的方法，開展快速且準確的污染場地環境管理迫在眉睫。目前，環境分子診斷技術在污染場地特征識別、修復方案可行性評估、效果監測和修復終止等方面發揮了重要作用，可以提供大量有效的直接數據，提高環境管理效率。因此，環境分子診斷技術可以運用到污染場地環境管理中。我國在應用環境分子診斷技術方面具備良好的基礎，有機單體同位素分析技術和分子生物學技術目前已經廣泛應用于醫藥、國防等領域，具備完備的軟件和硬件條件，將其應用到污染場地環境管理中具有較高的經濟和技術可行性。下一步要研究不同污染物在污染場地環境介質中遷移轉化時同位素的反應類型和分餾機理，不同污染物降解過程與微生物的DNA、代謝蛋白質等的關系，使該技術能應用到實際污染場地環境管理中。