土壤污染治理中生物修复技术的运用

土壤污染治理中生物修复技术的运用

杨珂

农业农村部环境保护科研监测所  天津市300000

摘要：土壤修复因健康生态的迫切需求而成为广大研究者的研究热点，但是土壤由于其自身组分的复杂性，导致了土壤污染具有隐蔽性、滞后性、难修复性等特点。目前常见的一些修复技术如果操作不当会导致被修复土壤的理化性质改变或者造成二次污染，生物修复技术是环境修复最为原始、也最为安全环保的一种修复技术。从植物修复、微生物修复、植物－微生物联合修复三种方式讨论了常见生物修复技术的原理及优缺点。通过文献分析，论述了生物修复技术的发展现状与实际应用。分析了该项土壤修复技术的经济效益、时效性，以及目前遇到的难点与困境，同时也展望了该领域未来的研究热点与发展方向。

关键词：环境；土壤污染；生物修复；治理

中图分类号：X53                文献标识码：A

引言

据报道，我国有16.1%的土壤受到污染，22.1%的耕地存在污染混合物。农业土壤退化和由此造成的作物产量损失也尤其令人担忧。土壤污染物经受污染的农作物、土壤灰尘、大气粉尘等进入人体后，会严重损害人的身体健康。其中土壤修复技术主要分为物理法（换土法、热脱附、气相抽提法等）、化学法（萃取法、氧化法、淋洗法等）和生物法（自然衰减、生物刺激、生物强化等）。生物法修复土壤是利用自然界的生物体即植物、真菌、细菌等吸收、转化、清除或降解污染物。与物理和化学法相比，生物法具有去除率高、无二次污染、对土壤本体结构破坏小等优点，越来越受到各国重视。

1 重金属污染土壤的危害

重金属鉴于其特殊性，不易被自然降解，仅可以转化为不同形态，所以重金属污染的修复难度极大，危害严重。重金属污染的危害主要表现为以下方面：一是污染环境。各式各样的重金属沉积滞留于土壤中，在地表径流、雨水的驱动下，部分重金属离子会转入池塘、水库、河流中，使地表水体受到污染。另外，沉积滞留于土壤中的重金属离子还会伴随雨水的渗透、动植物及微生物的活动等转至地下水。需要明确的是，重金属污染对土壤、水体本身不会造成直接危害，但寄生于此的动植物、微生物等对该部分环境资源的依赖度极高，若是植被受其影响无法正常生长，则相应的土壤环境也势必难以健康。二是影响动植物、微生物生存。植物在生长过程中会吸收水分及各种微量元素，在此过程中，植物也会对土壤中的重金属离子进行吸收，由于植物难以代谢这些重金属离子，它们只能不断沉积于植物中，致使植物出现泛黄、卷曲、植株矮小等不良生长状况。对于动物来说，重金属离子有相应的毒副作用，会引起动物患病，甚至死亡。比如，研究人员通过对疏浚底泥土壤的蚯蚓数及移植率进行调查，并将调查结果与冲积平原土壤进行对比，最终得出沙质平原土壤中的蚯蚓量明显超过存在重金属污染的疏浚底泥土壤的结果。由此表明，一系列重金属离子在土壤中的沉积会对土壤中的动物的生长繁衍造成极大的威胁。最后，重金属极可能会抑制一些微生物种群的繁殖。三是危害人类的身体健康。自然领域有着十分完备的生态系统，动植物从重金属污染土壤中吸收的重金属离子最终很可能经由食物链转至人类体内，如谷类、果蔬、肉类产品等均可能成为重金属进入人体的媒介，长此以往，该部分重金属离子会严重危害人类的健康，并且多表现出慢性危害的特征，主要危害包括影响人体正常机能、影响人体生殖功能、诱发基因突变等。

2 土壤污染治理中生物修复技术的运用

2.1 生物修复过程强化技术

土壤结构密实性和空间不均一性和吸附性能限制了外源微生物在土壤中的迁移，导致微生物不能充分接触污染物，制约生物修复效果。生物刺激是通过土壤中添加营养物质、电子受体等促进污染物降解微生物的生长，通过添加生物表面活性剂或生物质等提高污染物的生物可利用性。所采用生物表面活性剂包括鼠李糖脂、皂角苷、烷基多苷、槐糖脂、海藻寡糖等。生物强化是通过向污染土壤中加入降解微生物来提高土壤修复速率，如张坤等人采用土壤中添加麦秸和微生物制剂的方法，破坏污染土壤毛细结构从而抑制返盐并富集石油烃污染物，通过添加石油烃降解微生物加速修复，并通过场地实验室证实了该方法的实用性。在实际应用中常将生物刺激技术和生物强化技术结合起来加速生物修复的过程。

2.2 植物－微生物联合修复技术

微生物修复的方式主要为降解，植物修复方式主要为富集固定，两种修复方式各有优势与局限。促使研究者们将二者联合研究，使植物与微生物组成一个相得益彰的共生修复体系，并逐步形成了植物－微生物联合修复技术。根际微生物修复就是联合修复技术的一种典型案例，有研究者利用植物－微生物系统修复土壤重金属污染物，许多根际微生物或植物内生菌可降低污染物对寄主植物的毒害作用，从而提高植物抗逆性，促进植物对污染物的修复。生物修复作为环境友好型的一种土壤修复技术，已经受到了越来越广泛的研究，其中植物－微生物联合修复技术将成为生物修复技术中的一项重要内容。在联合修复技术中，根际促生菌受到了研究者的广泛关注。某些根际促生菌通过固氮、分泌植物激素、溶解矿物质、转运营养物质等机制促进其宿主植物生长的能力，从而提高植物修复能力。目前，生物修复中容易被忽略的一个环节是，如何对富集到植物中的污染物进一步有效处理。如果污染物长期被吸收累积在植物体内，同样会对食物链中的野生动物和人类造成潜在的威胁。近几年来，植物－微生物－动物联合修复也开始被越来越多的学者关注。

2.3 真菌修复技术的实际应用

真菌修复技术中的真菌主要是从植物的根茎细胞中提取的，该部分细胞的生物活性极强，同时可发挥细胞的修复作用，比如，丛枝菌可用于修复土壤，有效降低土壤中的重金属含量，净化土壤环境。相关研究指出真菌的部分性质与细菌在重金属污染土壤修复应用中的作用机理相似，包括可与Pb2+、Hg2+等重金属离子发生反应等，以此让土壤中的重金属离子转化成稳定的络合物，为重金属离子的处理提供了有力的支持。在真菌修复技术的实际应用中，一般会采取在堆肥中添加生物炭的方式，来有效改善土壤中微生物的增殖情况。堆肥添加生物炭期间，随着堆肥浓度增大，土壤中的真菌量也会不断增多，这样不仅可以抑制土壤中重金属离子的移动速度，还可以让重金属离子得到固定，防止其朝土壤各部位传播、渗透。

3 结束语

综上所述，尽管我国近年来在污染土壤生物修复基础研究、技术开发和场地实验方面取得了长足进步，但从全面推进土壤生物修复技术应用的角度，还存在很多问题需要研究和突破。发展高效降解微生物筛选和复合菌剂构建技术。土壤是由固相、液相、气相组成的多相复杂体系，土壤中污染物往往也具有多样性，需要不同的降解微生物共同发挥作用。随着我国现代农业产业发展，对于农业作物产量和品质的要求不断提高，结合当前双碳目标要求，特别需要加强废弃农业生物质的就地转化，促进耕地土壤保育，为高品质农业发展保驾护航。

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