生物修復技術在土壤污染治理中的應用研究

程 科

（陜西省土地工程建設集團榆林分公司，陜西 榆林 719000）

當前，我國土壤污染十分嚴重，不僅會大大降低農產品的產量，還會對農產品造成不同程度的污染。如果誤食已經被污染的產品，人體健康將會受到嚴重威脅。如何科學有效地治理土壤污染，已經成為當前科研人員深思的重要課題。

1 生物修復技術分類

1.1 微生物修復技術

簡單地說，微生物修復技術是指技術人員利用土壤中微生物降解有害物質的功能，或是采取人工方式培養出適量的微生物補充到土壤里，以實現降解有害物質的目的，繼而從根本上起到凈化土質的作用[1-3]。值得一提的是，土壤自身就具有除去有害物質的微生物，通常，污染物大都會被這些微生物降解。然而，隨著化肥、農藥等大量施入土壤中，微生物的降解能力嚴重下降，人們逐漸將目光放在人工培育上，科學運用微生物對已經受到污染的土壤進行改良。

1.2 植物修復技術

植物修復技術是指技術人員運用自然生長的植物汲取、降解土壤中的有害物質，或者借助植物的光合作用對空氣中的污染物進行吸納，繼而起到凈化空氣的作用[2]。不同植物對有害物質的吸收能力不盡相同，一些植物只對一種有害物質有效，而某些植物能夠吸收不同種類的污染物。因此，技術人員在使用時要熟練掌握植物特征，深度剖析土壤污染物種類，靈活選用植物，對癥下藥，繼而達到全面清除污染物的效果。

1.3 動物修復技術

這種修復技術主要借助土壤中的某些低等動物及其體內的微生物來對有害物質進行轉化與降解，繼而從根本上清除污染物[4-5]。土壤自身就有除去有害物質的微生物，然而在眾多污染物的干擾下，很多物生物紛紛死亡，不僅不能降解污染物，反而導致其慢慢沉淀，最終影響土壤肥力。為此，技術人員可以借助動物修復技術妥善治理土壤污染，提升土壤肥力。該技術具有一定的局限性，目前其主要應用在有機物和農藥污染土壤的修復、富營養化水體的修復方面，而重金屬污染土壤的動物修復機理依然處于研究階段。

1.4 聯合生物修復技術

聯合生物修復技術是指技術人員綜合運用兩種或兩種以上技術手段，對被污染的土壤進行修復。近年來，該技術得到了人們的普遍認可，并取得了突出的成就。其中，使用最多的是植物和微生物聯合修復方式，其結合微生物對土壤中的污染物進行降解，植物根部能夠吸收污染物，兩者互相作用，繼而修復土壤。

2 影響污染土壤生物修復的主要因素

2.1 污染物性質

通常，結構單一的污染物比結構復雜的更容易降解，分子量小的污染物比分子量大的更容易降解。原因是無論聚合物還是高分子化合物都不能在最短的時間內通過細胞膜進入細胞中，微生物的胞內酶也無法對其產生反應，由于其分子過大，微生物的胞外酶無法接近并損壞相關反應。本文將石油烴作為論述對象，相關研究表明，微生物可以有效降解石油中的飽和烴和輕質芳香烴組分，而其中的重質芳香烴、樹脂等物質則無法充分降解。一般而言，芳香族化合物的生物降解性比脂肪族差，其包含的苯環數目較多，有著較強的穩定性，生物降解能力不高。相關研究表明，無論是單環鏈烷烴還是鏈烷烴，都可以被微生物氧化利用而除去，但是芳香烴和環烷烴降解難度較大，容易富集在土壤里。

化學官能團的種類和具體位置都會影響污染物的降解能力。例如，氨基、羥基等官能團的取代作用可以大大提升芳香烴的化學性能。但是，氯取代基、硝基的取代作用會逐漸降低芳香烴的可降解能力。對氯代芳香化合物生物降解進行深度剖析可知，高電負性的氯原子以自身較強的吸附性來吸附苯環上的電子，促使苯環轉變成相應的疏電子環而無法被微生物氧化[6-8]。當氯取代基數量呈上升趨勢時，氯代芳香化合物的生物降解能力就會逐漸變弱。不僅如此，取代基的相對位置會導致生物降解性能存在較大差異。三種二氯苯呈現出鄰位＞間位＞對位的關系。

一般情況下，受到污染的土壤中有機污染物往往屬于外源性物質，因為自身化學性質復雜，一般難以被生物降解。長期以來，很多研究人員致力于研究外源性物質的降解性評價、降解菌株分離等，并獲得了一系列成就。

2.2 環境因子

2.2.1 溫度

溫度與微生物的正常生長和代謝密切相關，人們可以通過改變有害物質的物理化學性質來干擾生物降解過程。

當前，諸多生物修復在中溫環境（20～40℃）下開展，這一溫度為微生物的快速生長和代謝創造了有利條件，因為微生物在低溫環境下生長速度緩慢，代謝活性也不高。相關研究表明，當溫度不大于10℃時，石油烴類的降解速度非常緩慢[9-10]。在氣候寒冷的地區，技術人員可以采取覆蓋塑料薄膜等手段增強溫度，為加快生物降解速度提供保障。現階段，針對高冷和高溫等特殊環境來說，生物修復主要研究方向是探索最為適宜的降解菌，有學者就從沙漠中提取出嗜熱菌，該菌在低于60℃時依然具備降解能力。

對石油污染治理進行深入研究，人們發現，在低溫環境下，石油黏度提高，短鏈有毒烷烴揮發性逐漸降低而水溶性不斷提升，增強生物降解作用；當溫度比較高時，烷類的毒性會逐漸增加，同時會制約微生物降解作用，最佳溫度應當保持在30～40℃。

2.2.2 土壤種類

技術人員使用生物修復技術時，必須考慮土壤種類因素的影響。生物修復適合采用黏性較小的砂質土，而粘性大的則不適用。土壤滲透性的優劣是影響生物修復成敗的關鍵，所以針對滲透性較強的土壤來說，無論是營養物還是電子受體的傳質速度都非常快，從而為加快生物反應速度提供保障。而滲透性不強的土壤中出現的狀況恰好相反。

2.3 生物體本身

污染土壤生物修復主要利用微生物、部分真菌和植物進行修復。土壤中的微生物種類和數量龐大，有諸多已經受到污染但具有降解功能的微生物種群。長期與污染物接觸后，土著微生物能夠適應環境變化而產生降解效果。土著微生物有著較強的適應能力和降解能力，在相關修復工程中得到廣泛使用。然而，其同樣存在不足之處，如生長速度緩慢、代謝速度不高等，尤其是當受到高濃度生物外源性物質污染時，技術人員就要接種高效降解菌[11]。一種快速有效的手段是直接從污染地區分離篩選降解菌，通過富集強化后才能使用；另一種手段就是依賴分子遺傳工程方式建立基因工程菌。未來，降解菌不但要適應當地環境變化，而且要經受住土著微生物的競爭，所以應當使用足夠的接種微生物以形成優越性，為加快生物降解速度提供保障。

3 生物修復技術在土壤污染治理上應用時要注意的問題

3.1 篩選高效的降解菌

生物修復技術是指通過微生物和土壤里的有害物進行充分作用，達到消除污染的效果，篩選最為適宜的降解菌是生物修復的基礎條件。為了增強應用效果，技術人員盡可能挑選出對污染物適應性強的微生物[12-13]。從土壤污染程度來講，技術人員應當結合土壤污染實際情況選擇最為適宜的降解菌。例如，針對有機氯農藥污染，技術人員可以使用芽孢桿菌、棒狀桿菌；針對五氯硝基苯污染，盡可能使用鏈霉菌屬、諾卡氏菌[14-16]。

3.2 針對性地選擇微生物

當前，人們為了提高農產品產量而使用很多農藥和化肥，長此以往就會給微生物的生存環境帶來嚴重的影響。微生物降解污染物的速度本來就很慢，諸多污染物的肆意侵入致使微生物無法在短時間內完全清除污染，甚至某些土壤中的微生物被污染后就不會再生長[17]。現階段，技術人員使用的生物修復技術就是利用這一原理去除污染的，即在土壤中創造出和微生物匹配的環境，同時在土壤中添加適量的氧氣、營養鹽等，這樣才能培養出降解能力強的微生物，以便有效去除土壤中的污染物，最終達到凈化土質的效果。值得一提的是，不同土壤存在不同的污染源，因此技術人員應當結合具體狀況培養合適的微生物群，以便對癥下藥，提高利用效率[18-19]。

4 結語

現階段，我國面臨嚴峻的土壤污染窘境。生物修復技術具有諸多優勢，人們可以應用該技術來有效治理土壤復合污染，彌補傳統土壤污染修復技術的缺陷，從根本上保障土壤污染獲得全面的治理。隨著科學技術的發展和新技術的不斷推廣，生物修復技術將會在土壤污染治理中具有更大的發展前景。