錢小潔

（常州市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心武進分中心，江蘇 常州 213161）

目前，環(huán)境分子診斷技術(shù)可以應(yīng)用于污染場地特征識別、修復(fù)方案可行性評估、效果監(jiān)測和修復(fù)終止等污染場地環(huán)境管理過程[1-3]，其利用新興的同位素技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)[4-7]，分析土壤和地下水等環(huán)境樣本的生物和化學(xué)特征。按照診斷機理，環(huán)境分子診斷技術(shù)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(xué)技術(shù)（MBTs）。它們已經(jīng)在醫(yī)藥、國防和環(huán)境保護等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但是，水文地質(zhì)調(diào)查等傳統(tǒng)場地環(huán)境管理方法僅能提供污染物自然衰減是否發(fā)生或者主動污染修復(fù)的反應(yīng)速率高低等間接證據(jù)，難以快速和全面支撐污染場地環(huán)境管理決策。環(huán)境分子診斷技術(shù)通過分析涉及污染物轉(zhuǎn)化過程的同位素、微生物、基因或者酶等微觀證據(jù)，可以提供更多有效的直接數(shù)據(jù)，用以彌補傳統(tǒng)管理方法的不足[8-10]。近年來，國內(nèi)外逐漸將環(huán)境分子診斷技術(shù)應(yīng)用在污染場地環(huán)境管理中，如場地污染調(diào)查、監(jiān)測和修復(fù)等。我國環(huán)境分子診斷技術(shù)應(yīng)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(xué)技術(shù)對污染物的遷移轉(zhuǎn)化機制進行探索，其在污染場地環(huán)境管理中的實際應(yīng)用較少。本文結(jié)合污染場地環(huán)境管理過程，分析了環(huán)境分子診斷技術(shù)在污染場地環(huán)境管理中的運用。

1 環(huán)境分子診斷技術(shù)的分類和適用性

環(huán)境分子診斷技術(shù)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(shù)

有機污染物發(fā)生反應(yīng)時，動力學(xué)同位素效應(yīng)導(dǎo)致殘留物中重同位素富集，產(chǎn)物中重同位素貧化，因此可利用同位素質(zhì)譜分析儀或者同位素質(zhì)譜儀與氣相或液相色譜聯(lián)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(biāo)污染物是否發(fā)生轉(zhuǎn)化。在污染場地環(huán)境管理中，有機單體同位素分析技術(shù)可用于監(jiān)測和量化污染物的降解過程，確定環(huán)境污染物的來源。在許多反應(yīng)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(yōu)先從反應(yīng)物中轉(zhuǎn)移到產(chǎn)物中，而重同位素則會在殘留反應(yīng)物中富集，可以據(jù)此判斷污染物是否發(fā)生降解。在特定環(huán)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(xué)技術(shù)

通常，特定污染物在特定微生物作用下發(fā)生生物轉(zhuǎn)化，分子生物學(xué)技術(shù)可以檢測和定量作用特定污染物的微生物，識別產(chǎn)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(shù)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(huán)境管理提供數(shù)據(jù)支持。目前，污染場地環(huán)境管理運用的分子生物學(xué)技術(shù)主要有定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、微生物指紋圖譜、脫氧核糖核酸（DNA）微探針陣列、穩(wěn)定同位素探針、酶活性探針和熒光原位雜交。

1.3 環(huán)境分子診斷技術(shù)的適用性

環(huán)境分子診斷技術(shù)種類多樣，可以提供不同或相似的污染場地環(huán)境管理信息。在污染場地環(huán)境管理中，要根據(jù)不同技術(shù)的優(yōu)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(shù)不僅可以監(jiān)測和量化污染物的降解過程，還能確定環(huán)境污染物的來源；分子生物學(xué)技術(shù)可以提供污染物降解過程中功能微生物的種類、數(shù)量和活性等信息。另外，要考慮環(huán)境分子診斷技術(shù)的成熟度，一是商業(yè)可利用，二是處于實驗室研究階段。

2 基于環(huán)境分子診斷技術(shù)的污染場地環(huán)境管理過程

目前，國內(nèi)外一般將污染場地環(huán)境管理分為4 個階段，即污染場地特征識別、污染修復(fù)、效果監(jiān)測和修復(fù)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(fēng)險評估和地下水環(huán)境修復(fù)提供基礎(chǔ)信息。污染修復(fù)涉及修復(fù)方案選擇、修復(fù)工程設(shè)計、可行性評估和修復(fù)工程實施等內(nèi)容。污染場地環(huán)境管理中，要監(jiān)測修復(fù)工程實施過程中污染物和副產(chǎn)物的濃度和溶質(zhì)通量變化趨勢，以評價實際修復(fù)效果。修復(fù)終止是指實施修復(fù)工程后，場地的土壤、水和土壤氣等環(huán)境介質(zhì)中污染物的濃度不會對人群及環(huán)境產(chǎn)生危害時，停止污染場地修復(fù)行動。

傳統(tǒng)方法是通過對土壤和地下水等環(huán)境樣品的采樣分析，獲得污染物和副產(chǎn)物的濃度和溶質(zhì)通量變化趨勢，為污染場地環(huán)境管理提供決策信息。土壤和地下水環(huán)境樣品的傳統(tǒng)分析方法存在局限性，其無法精確判斷目標(biāo)污染物的降解機理、降解速率和降解效果，也不能有效區(qū)分污染物來源，難以快速和準(zhǔn)確地為污染特征識別、污染修復(fù)效果確定和修復(fù)技術(shù)調(diào)整等提供數(shù)據(jù)支持。污染場地環(huán)境管理可以采用環(huán)境分子診斷技術(shù)，該技術(shù)可以從多種疑似污染源中準(zhǔn)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(jiān)測自然衰減或者主動修復(fù)的策略，估計實現(xiàn)修復(fù)目標(biāo)需要的時間，為污染場地環(huán)境管理提供有效的數(shù)據(jù)支撐[13-15]。環(huán)境分子診斷技術(shù)在污染場地環(huán)境管理各階段的應(yīng)用如圖1 所示。

圖1 環(huán)境分子診斷技術(shù)的應(yīng)用流程

目前，環(huán)境分子診斷技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多環(huán)芳烴、石油烴、氯代烴、農(nóng)藥殘留物等有機污染場地的特征識別、修復(fù)可行性評估和修復(fù)效果判定。近年來，有機單體同位素分析技術(shù)廣泛應(yīng)用在污染場地環(huán)境管理中，其在氯代烴污染場地的應(yīng)用最為廣泛，涉及污染場地環(huán)境管理的各個階段。

3 結(jié)語

我國長江三角洲和珠江三角洲等地經(jīng)濟相對發(fā)達，地下水使用量大，大量場地出現(xiàn)土壤與地下水污染，因此尋求有效的方法，開展快速且準(zhǔn)確的污染場地環(huán)境管理迫在眉睫。目前，環(huán)境分子診斷技術(shù)在污染場地特征識別、修復(fù)方案可行性評估、效果監(jiān)測和修復(fù)終止等方面發(fā)揮了重要作用，可以提供大量有效的直接數(shù)據(jù)，提高環(huán)境管理效率。因此，環(huán)境分子診斷技術(shù)可以運用到污染場地環(huán)境管理中。我國在應(yīng)用環(huán)境分子診斷技術(shù)方面具備良好的基礎(chǔ)，有機單體同位素分析技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、國防等領(lǐng)域，具備完備的軟件和硬件條件，將其應(yīng)用到污染場地環(huán)境管理中具有較高的經(jīng)濟和技術(shù)可行性。下一步要研究不同污染物在污染場地環(huán)境介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化時同位素的反應(yīng)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(zhì)等的關(guān)系，使該技術(shù)能應(yīng)用到實際污染場地環(huán)境管理中。