生物修復在土壤污染治理上的應用探析

成亮

1.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局107地質(zhì)隊;2.重慶一零七工程勘察設計院有限公司

土壤中富含大量的有機物，擁有吸收外界代謝物質(zhì)以及抗污染能力。土壤自動凈化體系中，細菌的類型與總量相互抑制，導致土地的自凈力量相對有限，一旦大量污染積累在土地中，達到土地的最大容積就有可能形成土壤污染，對土壤中的細菌以及動植物的正常生活造成危害。因此，探究生物修復在土壤污染治理中的應用很有必要。

一、生物修復以及土壤污染概述

（一）土壤修復污染的內(nèi)涵

土壤修復的內(nèi)涵主要是貫徹土壤循環(huán)再生的處理準則，借助最先進的科學技術(shù)恢復土壤環(huán)境。生物修復過程利用微生物或者動植物優(yōu)化環(huán)境，形成土壤恢復系統(tǒng)，進而達到優(yōu)化生態(tài)環(huán)境的目的。

（二）土壤污染現(xiàn)狀（如圖1）

圖1 污染現(xiàn)狀

1.土壤污染形勢

造成土壤污染的污染源有很多種，包括但不限于銅、汞、鉛等。根據(jù)對我國土壤污染問題的調(diào)查可知，很大一部分地區(qū)仍然面臨著嚴重污染，且80%缺少科學治理。在這些污染源中，汞污染的面積最大，影響著糧食產(chǎn)量以及人們的日常生活。

2.土壤污染種類

原油的開發(fā)、儲運與加工，化工行業(yè)不標準化排放，城市生活污染物增加，農(nóng)業(yè)化學物質(zhì)的濫用等，來自各種渠道的污染日益危及土壤環(huán)境。當中的部分污染物質(zhì)，如殺蟲劑、重金屬，很難利用土地自我調(diào)節(jié)能力分解。因此不但會危害土壤中生物的生命繁衍，還會通過農(nóng)產(chǎn)品間接危害人類生命健康。

（1）有機污染物

有機污染的主要源頭是農(nóng)藥，當前被人們大量使用的化學農(nóng)藥大約有五十余種，其中包括有機合成氯殺蟲劑、有機合成磷殺蟲劑、酚類、氨基甲酸酶類、苯氧羧酸類、胺類。石油化工生產(chǎn)排出的廢水中還含有多環(huán)芳烴、硝基酚及其衍生物、有機染料等污染物質(zhì)。在原油開發(fā)、儲運的過程中可能發(fā)生原油的污染和滲漏，部分原油殘存于土壤中，打破了土壤結(jié)構(gòu)、降低了土壤透氣性。

（2）重金屬

重金屬的單質(zhì)，如Hg、Cr、Cu、兆能電子等，在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用，特別是在礦山、冶金、煤炭、鍍鉻等行業(yè)。通過研究某礦山重金屬單質(zhì)濃度，測定鉛、鋅、鎘、銅、鈷濃度遠超正常生產(chǎn)標準，其中重金屬單質(zhì)由于沒有經(jīng)科學處理，與廢物一起被排入了周圍水體，從而導致水體周邊土地重金屬濃度嚴重超標。

（3）放射性元素

放射性元素是從地球大氣層中的所有核試驗以及部分核科學技術(shù)研發(fā)機構(gòu)排出的廢物、污水，以及垃圾。放射性元素在泥土中堆積后，很難通過泥土的新陳代謝活動吸附轉(zhuǎn)移，只能利用其自身變化轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定微量元素。

（4）病原微生物

如任意傾倒人體或者動物的排泄物，可能會造成在泥土當中含有大量的病原微生物，當人們和污染泥土接觸以后，會感染細菌病毒，一旦飲用了被環(huán)境污染的水，就會危害身體健康，而且這些受污染的土壤會隨著雨水進入其他區(qū)域，導致二次污染。

（三）生物修復技術(shù)的種類

1.微生物修復技術(shù)

在處理土壤重金屬污染的過程中，將土壤中的重金屬利用微生物進行吸附，并將其轉(zhuǎn)化為污染程度較低或毒性較低的物質(zhì)，這就是微生物修復技術(shù)。在實際應用過程中，雖然對于土壤中的重金屬元素，微生物無法做到直接降解，但卻可以轉(zhuǎn)化土壤中重金屬元素的物理性質(zhì)及化學性質(zhì)。

2.植物修復技術(shù)

在污染土地栽種某些能夠吸收有機重金屬的植株，當植株重新成長后，再加以處理，以此來去除土壤中的有機重金屬單質(zhì)。在這一處理過程中，處理有機重金屬單質(zhì)主要利用植被萃取、揮發(fā)、鈍化等功能，改善土壤品質(zhì)。

3.混合修復技術(shù)

若土壤污染程度嚴重，僅單純采用某一項土壤修復技術(shù)無法取得有效的恢復成果。針對這些情況，可以把各種修復技術(shù)進行組合，從而建立混合修復技術(shù)。以植物和微生物混合技術(shù)運用來說，不但能夠利用微生物使污染物降解，同時植被的根系可以吸附大量的污染物，這兩項技術(shù)相輔相成，能夠取得環(huán)境污染防治和土壤修復的雙重效益。

二、生物修復在土壤污染治理中需要注意的事項

（一）篩選高效的降解菌

在應用土壤修復技術(shù)時，需要注意微生物對土壤當中有害物質(zhì)的作用，以便快速消除污染物。在此過程中，要重視降解菌的篩選，這也是加強生物修復的基礎(chǔ)。為了提升應用效果，技術(shù)人員要盡量挑選出對污染物適應性較強的微生物，從土壤污染的角度出發(fā)，結(jié)合實際情況合理篩選。如在有機氯農(nóng)藥污染降解處理過程中，技術(shù)人員可以使用棒狀桿菌、芽孢桿菌等[1]。如果想要消除五氯硝基苯的污染，可以使用諾卡氏菌或鏈霉菌屬提升降解效果。

（二）針對性地選擇微生物

在農(nóng)業(yè)種植方面，為了使農(nóng)作物的產(chǎn)量增加，往往會過量使用化肥和農(nóng)藥，長此以往會嚴重破壞微生物的生存環(huán)境，導致微生物降解污染物的速度變慢。大量污染累積造成土壤當中的微生物無法將污染物質(zhì)快速消除，甚至某些土壤中的微生物因受到抑制，無法生長。對于這種情況，在生物修復技術(shù)應用過程中一定要重視創(chuàng)造更好的條件，幫助微生物快速繁殖和生長，比如，適當添加一些營養(yǎng)鹽和氧氣，對降解能力強的微生物進行篩選，以快速達到凈化土質(zhì)、降解土壤污染物的作用。

（三）踐行綠色環(huán)保理念

在進行土壤治理和修復的過程中，一定要將綠色環(huán)保理念落實，防止出現(xiàn)二次污染。科技高速發(fā)展，在生物吸附技術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展了環(huán)境恢復決策支持系統(tǒng)、原位恢復技術(shù)和土壤恢復評價等技術(shù)。構(gòu)成一個立體化的土壤治理系統(tǒng)，能夠同時對新興廢物、放射性核素、農(nóng)藥重金屬等進行修復。在治理過程中需要加強細節(jié)的控制，防止出現(xiàn)二次污染，以滿足綠色發(fā)展的需要。

（四）強化防污監(jiān)管力度

土壤污染修復治理工作的開展需要在健全的法律體系支持，政府相關(guān)部門必須加大監(jiān)督管理力度，保證土壤修復治理工作能夠順利開展。上級領(lǐng)導應該加強對土壤污染治理的重視，結(jié)合當?shù)赝寥牢廴镜膶嶋H情況綜合分析導致土壤污染的原因，并根據(jù)實際情況選擇合適的土壤污染修復治理方式。重視土壤治理修復，不斷引進先進的技術(shù)以及設備，保證土壤修復治理工作順利開展，不斷發(fā)揮法律的權(quán)威性以及強制性作用。

（五）增強人民環(huán)保意識

土壤管理與修復工作不能由一個部門、一個機構(gòu)獨立完成，而是需要全體公眾參與、共同治理，通過相互監(jiān)督，有效提高土壤管理水平。為了實現(xiàn)這一目標，地方監(jiān)管部門需要加強土壤保護和污染控制的宣傳，并通過制作宣傳視頻、宣傳冊和橫幅等來吸引公眾注意。同時，有關(guān)部門也要鼓勵群眾相互監(jiān)督，讓群眾自覺參與土壤治理整治活動。此外，政府部門要在各地設立投訴站、信箱等，以保密投訴方式舉報土壤污染行為，經(jīng)政府部門核實后給予舉報人相應的獎勵，提高土壤治理效率。

三、影響生物修復在土壤污染治理中的因素

（一）土壤種類

技術(shù)人員在對生物修復技術(shù)進行應用的過程中，還需要考慮土壤的種類等相關(guān)因素。生物修復主要適合一些沙質(zhì)土，沙質(zhì)土的黏度相對較小，對于粘度較大的土壤則不適用。土壤的滲透性是對生物修復成敗產(chǎn)生影響的一個重要因素，滲透性較強的土壤，不管是受體的繁殖速度還是營養(yǎng)物的傳遞速度都較快，可以讓生物反應的速度加快。而一些粘度較大、滲透性不強的土壤，需要注意在修復過程中合理地進行預處理方法，增加土壤的黏度，提高滲透性。

（二）微生物本身

在開展恢復治理工作中，也會使用植被群和某些微生物，通過微生物和植物等進行污染土壤的修復時，微生物的數(shù)量和種類較為龐大，需要重視微生物和植物的篩選。由于污染物長期接觸某些微生物能夠快速適應環(huán)境變化，降低效果。微生物由于具有較強適應性，因此在土壤修復工程中應用非常廣泛，但是也有一定的不足之處。比如，生長速度和代謝速度較為緩慢，特別是在污染濃度較高的條件下，微生物無法進行快速降解。在此過程中，可通過土壤接種等方式將降解菌接種到土壤當中進行土壤污染物的處理。還一種有效的方式就是從高污染地區(qū)對降解菌進行篩選，并且利用接種、強化等方式提高污染物處理效率。另外，還可以使用分子遺傳工程進行基因工程菌的培養(yǎng)，在未來這種降解菌不僅需要快速融入當?shù)丨h(huán)境，還需要在與土著微生物競爭的過程中占據(jù)一定的優(yōu)勢，這樣才能快速地進行生物降解，提升土壤修復效率。

（三）所處地區(qū)的溫度

溫度是影響微生物正常運作、降解有害物質(zhì)的一個重要因素，溫度還會影響微生物的代謝速度，當微生物所在地區(qū)的溫度過低時，微生物的代謝速度變慢，影響其正常成長。因此，在溫度過低時，相關(guān)人員可以在地表上設置一層保護膜，將溫度控制在最適合微生物生長的范圍值內(nèi)。一般而言，在生物修復過程中，主要在中溫環(huán)境，也就是二十攝氏度到四十攝氏度的環(huán)境中展開。這一溫度下生物酶的活力較強，細菌迅速繁殖，從而可以更高效地對污染物進行代謝。但在較低溫環(huán)境下，由于細菌的繁殖速率比較緩慢，因此代謝活力也較低。經(jīng)過研究分析后發(fā)現(xiàn)，當氣溫在十攝氏度以下時，石油烴基的降解速度十分緩慢。因此，需要注意在一些氣候寒冷的地區(qū)，采取一些方式讓溫度升高，有效地保障生物的降解速度。當前對于高溫、高冷等特殊環(huán)境的生物修復研究還有待深入，需要重視對降解菌的篩選。比如，某些學者在沙漠提取細菌，這種細菌在降解土壤污染物時具有較高的耐熱性，在低于六十攝氏度的條件下都能夠有效地對有機污染物進行降解。

（四）污染物的結(jié)構(gòu)

一般而言，結(jié)構(gòu)單一的污染物相比結(jié)構(gòu)復雜的污染物更容易被降解，大分子量的污染物降解難度較大，小分子量的污染物降解難度較小。然而，不管是高分子化合物還是聚合物都無法短時間內(nèi)通過細胞膜進入細胞當中，因此微生物的胞內(nèi)酶也無法對其進行分解和處理。化學官能基所處區(qū)域大小和數(shù)量都會對化學物質(zhì)的可降解效果造成一定影響，比如，通過使用氧負離子、氨基等化學官能團的替代方法，能夠使得芳香烴的化學穩(wěn)定性大幅增強，從而增加了其分解的有效性[2]。但通過氯取代基、硝基等替代方法，則會使芳香烴的化學可降解性大幅減弱。

四、生物修復在土壤污染治理中的應用

（一）微生物修復技術(shù)

眾所周知，土壤中含有適量微生物，它們體積小、繁殖快、代謝能力強、靈活性高，可借助該項優(yōu)勢，用于修復重金屬、有機物污染的土壤。應用過程中，微生物發(fā)揮自身的作用（如圖2），通過吸附、富集、降解、溶解達到目的，且效果良好[3]。首先，吸附是微生物表面帶有的電荷，利用電離子吸取土壤中的有害物，或者加入相關(guān)化學元素，以此實現(xiàn)土壤凈化，并將有害物吸附出來。降解是通過真菌及細菌實現(xiàn)的，簡稱為“生物降解技術(shù)”，若土壤中存在有機物或金屬物，可以通過降解進行有效處理。溶解指新陳代謝，因為土壤中含有相關(guān)生物，它們可以釋放有機酸，此實現(xiàn)金屬溶解。

圖2 微生物作用

（二）植物修復技術(shù)

植物修復技術(shù)依靠植物完成，所選擇的植物品種一般具有忍耐、富集等特點。植物利用其本身特性實現(xiàn)對土壤有害物的容納、轉(zhuǎn)移（如圖3）。植物修復可以是植被提取、植被揮發(fā)、植被保持、植物過濾。植物修復技術(shù)常用的植物有喬木、灌木、草類、農(nóng)作物、水生物等，這些植物具有生長快、生命力旺盛、根系生長力強的特點，因此修復效果較好。該技術(shù)成本少、占地面積小、危害性低，因此在社會中被廣泛應用[4]。然而，其也存在適用范圍小、修復周期長、短時間內(nèi)無法顯現(xiàn)成效等缺點，所以植被修復技術(shù)需要結(jié)合其他技術(shù)使用。植被修復技術(shù)在處理有機重金屬單質(zhì)過程中，植被鈍化主要是對植株根系分泌物進行利用，并以此來降低土壤重金屬毒性，降低重金屬活性，避免人類食物鏈中進入重金屬元素，對人類身體健康造成影響。另外，植物對土壤中重金屬的均勻提取是植物提取，然后再收獲植物，可以減少土壤中重金屬的含量。

圖3 植物修復

（三）動物修復技術(shù)

在生物修復技術(shù)中，動物修復較為常見，一般選用環(huán)節(jié)動物、脊椎動物、原生動物，這些生物有一個共同特點，即寄生于土壤中，若遇到土壤污染，會刺激本身生理反應，以此達到凈化效果。以蚯蚓為例，其為有益性生物，可有效治理重金屬污染，改善土壤結(jié)構(gòu)。簡單講，蚯蚓本身具有忍耐力與富集能力，對解決重金屬污染效果良好，主要通過被動擴散的方式完成有害物的凈化[5]。同時，蚯蚓可改善土壤情況，因為蚯蚓在進食、新陳代謝的過程中，會釋放有益于土壤的分泌物，刺激植物吸取重金屬。

（四）其他生物修復技術(shù)

目前，科研人員正著手植物與微生物聯(lián)合技術(shù)的研究，主要面向受高濃度游離重金屬離子污染的土壤，進而實現(xiàn)相關(guān)凈化。科研應立足于實際，真正激發(fā)植物和微生物技術(shù)聯(lián)合應用的作用，配合菌株實驗，推動生物修復技術(shù)的發(fā)展。

五、結(jié)束語

人們不合理的經(jīng)濟行為、生活行為，加劇了土壤污染，改善土質(zhì)問題刻不容緩。現(xiàn)階段，生物修復技術(shù)被廣泛應用，其具有靈活、簡單、成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，可有效凈化受污染的土壤，修復相關(guān)污染問題，避免產(chǎn)生二次污染。污染治理是一個漫長的過程，不可能一蹴而就，因此需工作人員認真負責。