作者：熊贵耀, 吴吉春 杨蕴, 祝晓彬, 刘梦雯, 宋亚霖

作者单位：南京大学 地球科学与工程学院 表生地球化学教育部重点实验室；河海大学 地球科学与工程学院

了解污染场地中微生物群落对有机污染物迁移转化的影响是高效修复治理有机污染场地的基础。自然界中的微生物以“场”的形式通过与水动力场、温度场、化学场等耦合作用,发挥其在维护生态稳定性及物质循环过程中的功能。

微生物与有机物关联研究的文献计量分析结果显示,近年来关于微生物和有机物的研究主要集中在微生物群落结构、有机物的生物降解及有机物的迁移转化3个方面及一系列的关联研究中,而关于将微生物以“场”的形式定量刻画微生物在物质循环转化和维持生态稳定性方面作用的研究几乎没有。为此,本文通过研究给出了微生物场的定义,提出了有机污染场地中的微生物场概念模型和数学模型,分析了微生物场的主要影响因素及影响机制,构建了微生物场与水动力场、温度场、化学场之间耦合的本构模型。最后,对微生物场下一步的研究提出了展望。

亮点论述：

微生物场为特定介质中受底物种类及浓度、电子受体、温度、盐度、压力、pH值等多重因素综合影响下的微生物群落结构及时空分布。在环境稳定的原始场地中,多重因素的共同影响使得场地中的微生物种类及数量呈现一定规律的稳定分布特征。当有机污染发生时,微生物场也随之改变。有机污染物通常从地表或浅层土壤中开始泄漏下渗,在重力的作用下在包气带迁移。下渗过程中,非水相自由态的有机物逐渐转化为气相、残留相及吸附相,并保持多相间的动态平衡。若泄漏量足够多,非水相自由态的有机物会逐渐向下迁移至饱水带中,转化为溶解相和吸附相,并在多相间相互转化。其中,相对密度小于1的轻非水相有机物(LNAPLs)会浮于地下水面上,而重非水相有机物(DNAPLs)则会继续向下迁移,最终在渗透系数较低的相对隔水底板上蓄积。包气带中的有机物在挥发-扩散的作用下形成一定厚度的浓度逐渐降低的有机污染羽,同时,浮于地下水面上的LNAPLs在地下水流的作用下发生侧向运移且缓慢溶解于地下水中;饱水带中的DNAPLs在对流-弥散的作用下形成有机污染羽,同时,在地下水流和低渗透介质层坡度的共同作用下发生侧向运移,并持续而缓慢地溶解于地下水中。