國家儲備林重金屬污染生態修復計算研究

關鍵詞：國家儲備林；重金屬污染；生態修復策略；生態修復成效

中圖分類號：X171.4 文獻標志碼：A

前言

重金屬污染是國家儲備林建設過程中最難以跨越的障礙。重金屬元素一旦進入土壤中，很難被降解和轉移，會很長時間留在土壤中，破壞土壤中的有機物，影響地面植物的生長。面對這種情況，進行國家儲備林重金屬污染生態修復至關重要。

在上述背景下很多專家和學者都提出了自己的觀點。例如金明蘭等人研究了植物的修復過程，首先按照5點法采集了實驗所需的存在重金屬污染的土壤樣品，然后以4種植物作為修復方法，最后測定了多個評定指標，以此確定生態修復效果。莫思琪等人分析了根系分泌物在重金屬土壤污染中作用，首先對根系分泌物的組成與功能進行了分析，然后制備根系分泌物，最后研究其生理生態作用。豐土根等人首先選取了9個典型采樣點并采用梅花法采集了土壤樣品，然后利用XRF分析儀對土壤樣品進行重金屬含量檢測，分析了潛在生態危害程度，再然后提出了焙燒修復方案，確定了修復方案中焙燒溫度、焙燒時間兩個重要參數，最后分析了焙燒修復效果。

前人研究中提出了生態修復方法雖然都取得了一定的修復效果，但是具有很大的局限性，單一類型的修復方式取得的修復效果有限，且花費的修復時間也較長。針對上述問題，進行國家儲備林重金屬污染生態修復計算研究具有現實意義。

1材料與方法

1.1重金屬污染土壤樣品采集

某一國家儲備林在建設前，原屬于農業用地，因此在該地區遍布磷肥、稻瘟凈等產品，長年累月下來，存在嚴重的重金屬污染。以該國家儲備林地區為例，設置采樣點，進行重金屬污染生態修復計算研究。（見圖1）

從圖1中可以看出，重金屬污染土壤樣品采樣點共計11個。在每個采樣點處按照梅花采樣法進行采樣。

1個中心采樣點和4個頂點采集土壤各1000g，采集五個不同深度設置為-10cm，然后去除表面雜物，最后將5000g土壤混合在一起，作為各個采樣點處的重金屬污染土壤樣品，共計11個。將這11個土壤樣品放人到密封袋中，運回實驗室。在實驗中利用X射線熒光光譜儀進行重金屬污染濃度檢測。檢測結果見表1。

對比國家頒布的《土壤環境質量標準》（GB15618-1995），該區域土壤質量均不符合要求，存在嚴重的土壤污染。

1.2設備與試劑

生態修復模擬過程中所需要的設備和試劑見表2。

1.3重金屬污染生態修復策略

采用單一的修復方式并不能很好地達到預期。針對這一點，提出一種復合修復策略。具體過程如下：

步驟1：對采集的土壤樣本進行處理。

（1）將土壤樣品放置到自然風干狀態。

（2）去除土壤中較大的雜物，如樹葉、石子以及其它雜物。

（3）對土壤進行碾碎處理。

（4）對土壤進行過篩處理。

（5）利用烘干箱烘干至恒重，并記錄數值。

步驟2：基于化學法的重金屬污染生態修復。由于所研究區重金屬污染程度較大，因此需要利用化學技術快速去除其中的大部分污染物質，加快后期生物修復的速度。具體過程如下：

（1）組裝淋洗裝置。

（2）淋洗劑制備。首先量取500 ml的檸檬酸，然后倒人到燒杯當中，然后再量200 ml的皂素，仍然倒人到燒杯當中。將二者充分攪拌混合后，一邊利用自動控溫電熱板加熱，一邊倒人1000 ml的蒸餾水進行稀釋，然后再加入雙氧水，靜置2h，完成淋洗劑制備。

（3）將土壤樣品放人到污染土壤倉當中，將淋洗劑放人噴灑裝置中。

（4）設置噴灑速度1 mL/min和水霧狀態。

（5）從污染土壤倉上部垂直進行淋洗，淋洗時間設置為1h。

（6）將淋洗過后的土壤利用純凈水進行沖洗。

（7）利用電熱鼓風干燥箱對土壤樣品進行風干處理。

（8）稱重并完成土壤淋洗工作。

步驟3：化學改良劑。淋洗后的土壤樣品并不適合下一環節生物修復，因此為打造良好的生物環境，需要利用土壤改良劑改良土壤的物理、化學和生物性質，使其更適宜于植物生長。所選擇的土壤改良劑為鈣鎂磷肥。

步驟4：基于生物法的重金屬污染生態修復。生物法是所有生態修復方式中最為有效的，但缺點是效率較慢。在上述淋洗后的土壤樣品基礎上，利用植物進行生態修復。

（1）選取供試植物為蘆竹。該植物耐寒耐熱，又耐澇耐旱，可以在貧瘠的土壤中存活。

（2）在實驗基地培育蘆竹至成年期，長成成年植株。

（3）將長好的蘆竹植株移栽至預先準備的盆內，每個盆內的土壤為1～11號樣品。

（4）將盆栽放人到生態模擬實驗室內進行盆栽實驗，如圖3所示。該實驗室內無論是光照、氣候還是溫度均參照國家儲備林研究區自然環境進行設置。

（5）生態修復期限為30天，每1天都利用X射線熒光光譜儀進行測定一次。經過上述過程，完成國家儲備林重金屬污染模擬生態修復過程。

（注：研究區整體修復效果通過平均值來評判。）

從表3中可以看出，經過復合修復法對國家儲備林研究區土壤樣品進行生態修復后，綜合污染指數有了很大的降低，污染等級由之前的高污染、較高污染下降到了未污染、較低污染。由此證明了生態修復效果。

2.2土壤重金屬修復率

按照公式（3）和（4）計算復合修復法修復過程中的土壤重金屬修復率。結果見圖2。

從圖2中可以看出，各個土壤樣品中的各個重金屬元素的修復率均在80%、90%以上，研究區整體修復率90%以上，由此說明所研究修復策略應用效果較好，實現了重金屬污染均衡處理。

2.3土壤重金屬修復速度

按照公式（5）和（6）計算復合修復法修復過程中的整體重金屬修復率。結果見圖3。

從圖3中可以看出，研究區整體重金屬修復率先是大幅度上升，直至17、18天時達到最大，之后開始下降，最后30天的時候達到16.35 mg·kg^-1/d。之所以出現下降情況是因為植物吸收到一定程度會逐漸趨于飽和，需要經過轉化才能繼續吸收。另外，也是因為隨著植物的吸收，土壤中的重金屬元素在逐漸減少，導致無充足的重金屬元素供給植物吸收。二者共同作用下出現了修復速度下降的情況。

3結語

如今國家儲備林的建設至關重要，而在國家儲備林建設前，污染治理尤其是重金屬污染是國家儲備林建設過程中最難以跨越的障礙。在此背景下，以國家儲備林重金屬污染生態修復為研究目標，以某國家儲備林區為例，采集11個土壤樣品，針對每一個土壤樣品實施化學+生物的復合修復策略，通過對采集的土壤樣本進行處理、基于化學法的重金屬污染生態修復、利用土壤改良劑改良土壤的物理、化學和生物性質、基于生物法的重金屬污染生態修復多步驟完成國家儲備林重金屬污染模擬生態修復過程，并通過測定修復前后土壤樣品中重金屬污染濃度值、分析修復前后綜合污染指數和土壤重金屬修復率及修復過程中土壤重金屬修復速度，證明了文章所研究修復策略的有效性。