基于生態安全格局的含能材料污染場地土壤可持續修復研究

摘要：為了評估植物－微生物組合可持續修復技術的有效性，提出基于生態安全格局的含能材料污染場地土壤可持續修復研究。針對識別的生態源、生態廊道以及提取的生態節點，使用植物－微生物組合可持續修復技術實施含能材料污染場地土壤可持續修復。對于其他地區，使用微生物可持續修復技術實施含能材料污染場地土壤可持續修復。當微生物菌劑按接種比例為5％時，三種含能化合物的降解率均逐漸增加。當比例為10％時，NT、RDX、HMX的降解率均有所提升。植物－微生物組合可持續修復技術與微生物可持續修復技術均較為有效。

關鍵詞：生態安全格局；生態源；含能材料污染；土壤可持續修復

中圖分類號：X53 文獻標志碼：B

前言

隨著工業化進程的加速和能源需求的不斷增長，含能材料在生產、使用和處理過程中產生的環境污染問題日益嚴重。含能材料主要指炸藥、火藥、推進劑和煙花爆竹等，這些材料在生產、儲存和使用過程中，可能會釋放有毒有害物質。因此，開展含能材料污染場地土壤的可持續修復研究，對于保護環境和人體健康具有重要意義。含能材料污染場地的修復一直是世界各國面臨的難題。傳統的修復方法為物理修復方法，主要包括挖掘、填埋和固化等，這些方法雖然可以部分解決污染問題，但往往存在成本高、難以處理深層污染等問題。因此，開展可持續修復研究，尋找更加有效的修復方法是當前亟待解決的問題。為尋找更加有效的修復方法，國內外學者開展了大量研究。一些新型的納米材料和微生物技術在修復含能材料污染場地方面表現出良好的效果。此外，一些新的修復方法如光催化氧化、電化學還原等也逐漸應用于含能材料污染場地的修復。然而c5c13f88bda8964edc5382ec986a2fb11990ac6cafe30efc1c9e7701530c7a84，這些方法往往存在一些問題，如處理不徹底、易產生二次污染等。因此從生態安全格局角度出發開展含能材料污染場地土壤可持續修復方面的研究，為中國含能材料污染場地的修復提供新的思路和方法。

1研究區域與研究方法

1.1研究區概況

研究區域為西部某省，區域內含有含能材料生產廠家，對周邊環境產生了嚴重的影響。研究區域內的土壤受到了含能材料污染后，存在嚴重的安全隱患。

該區域的土地利用類型以工業用地和農業用地為主。工業園區內分布著多家含能材料生產廠家，這些廠家在為當地經濟發展做出貢獻的同時，也給周邊環境帶來了嚴重的負面影響。

在土壤方面，該研究區域的土壤類型為砂壤土和粘壤土，其中受污染的區域以砂壤土為主。由于含能材料的影響，土壤中的重金屬和有機污染物含量較高，導致土壤質量下降，植被覆蓋率降低，生態系統服務功能受損。由于土壤污染，生態系統被破壞，生物多樣性降低，土壤侵蝕和土地退化現象嚴重。同時，由于環境污染，當地居民的健康受到影響，生活質量下降。因此，實施土壤可持續修復對于該區域具有重要意義。

1.2基于生態安全格局的生態源識別、生態廊道識別以及生態節點提取

基于生態安全格局概念實施研究區域的生態源識別、生態廊道識別以及生態節點提取。以下是詳細的識別與提取過程。

1.2.1數據收集

收集研究區域內的各種數據，包括地理信息數據、環境質量數據、植被分布數據等。在地理信息數據收集中，使用全球定位系統和遙感衛星圖像等設備來收集地理信息數據。在環境質量數據收集中，使用了空氣質量監測儀、水質分析儀和土壤檢測儀等設備來收集環境質量數據。在植被分布數據收集中，使用了無人機和高清相機等設備來收集植被分布數據。

以下是測量和記錄的全過程：

（1）地理信息數據測量和記錄：使用GPS設備在研究區域內實地測量，記錄研究區域內的地理位置和地形。同時，還使用遙感衛星圖像對研究區域實施大面積的地形和地貌信息獲取。

（2）通過空氣質量監測儀測量研究區域內的空氣污染物濃度，通過水質分析儀分析研究區域內的水體質量，利用土壤檢測儀檢測研究區域內的土壤質量和成分。

（3）植被分布數據測量和記錄：通過無人機飛越研究區域，獲取高清晰度的植被分布圖像，利用高清相機近距離拍攝植被分布情況。拍攝完成后，對獲取的圖像實施后期處理和分析，提取出植被的類型、分布范圍、生長狀況等信息。

1.2.2生態源識別

在數據收集與分析的基礎上，識別研究區域內的生態源。生態源通常包括水體、林地、草地等，這些生態源對周邊環境產生積極的影響，能夠提供多種生態服務。

1.2.3生態廊道識別

在研究區域內，生態廊道是指連接各個生態源的線性或帶狀結構，通常由植被、河流或道路等構成。通過分析地理信息數據和環境質量數據，識別出主要的生態廊道。此外，還利用遙感技術和GIS技術對生態廊道實施精細識別和分析。研究區域中共識別出了42條生態廊道。

1.2.4生態節點提取

在生態廊道的基礎上，提取出重要的生態節點。生態節點是指廊道上的關鍵部位，如交叉點、連接點等，對維護整個生態系統的穩定性和生物多樣性具有重要作用。通過分析生態廊道的分布和特點，利用GIS技術提取出主要的生態節點。研究區域中共提取出了152個生態節點。

1.3研究方法

針對識別的生態源、生態廊道以及提取的生態節點，使用植物－微生物組合可持續修復技術實施含能材料污染場地土壤可持續修復。對于其他地區，由于面積過大，使用微生物可持續修復技術實施含能材料污染場地土壤可持續修復。

在實驗的第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天，分別采集盆內深處的土壤，檢測其含能化合物的含量，計算含能化合物的降解率。

（1）TNT含量的測定采用了高效液相色譜法。色譜分析具體的檢測條件如下：色譜柱采用Poroshell 120，EC-C18 2.7 um，4.6×100 mm；注入體積為5uL；柱溫設定為33℃；流動相比例為水：甲醇=60：40；流動相流速為1 mL/min；檢測器波長設定為254 nm；洗脫時間為16 min。標準樣品采用EPA8095B與EPA 8095A的1：1混合液。

（2）RDX殘留量的檢測：采用變色酸分光光度法來檢測溶液中的RDX殘留量。將離心管中的混合溶液實施離心處理（4℃，5 000轉/分，8分鐘），然后吸取上清液1毫升至比色管中。在80℃的水浴條件下，揮發丙酮。接著加入1.5毫升的濃硫酸，混合均勻后放置20分鐘。再加入5毫升的水和1毫升濃度為10克·升-1的變色酸鈉溶液，充分混合。再加入3毫升的濃硫酸，混合均勻后進行沸水浴反應25分鐘。反應結束后，冷卻至室溫，在580納米波長下測定吸光度。最后，根據校準曲線的制備來確定溶液中RDX的濃度。

（3）HMX殘留量的檢測方法：采用萘乙二胺分光光度法檢測培養基中的HMX濃度。將離心管中的混合溶液進行離心處理（4℃，5 000轉/分，8分鐘），然后吸取上清液1毫升至比色管中。加入6毫升10％（質量／體積）NaOH溶液，在90℃的水浴中加熱30分鐘，冷卻后用鹽酸溶液（37％濃鹽酸：水=1：5）中和。再加入3毫升對氨基苯磺酸溶液（0.7克對氨基苯磺酸溶于50℃超純水，加入28毫升冰乙酸，使用超純水稀釋至100毫升）和5毫升冰醋酸，放置10分鐘。然后加入3毫升0.1％（質量／體積）萘乙二胺溶液，放置15分鐘。最后，將溶液稀釋至50毫升，在540納米處測定吸光度。通過制備校準曲線來確定HMX殘留物的濃度。

2土壤可持續修復結果分析

2.1其他地區的生態節點的含能材料污染場地土壤可持續修復結果分析

對于其他地區，采用的修復方法是微生物修復技術。當微生物菌劑按接種比例為5％時，第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天時，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率測試情況見表1。

通過表1可知，隨著時間的推移，三種含能化合物的降解率均逐漸增加，表明微生物菌劑在降解這些含能化合物方面發揮了積極作用。在各個時間點上，TNT的降解率略高于RDX和HMX。因為TNT的化學結構相對較容易受到微生物攻擊。然而，RDX和HMX的降解率也表現出較高的水平，表明微生物菌劑對這三種含能化合物都具有較好的降解效果。

當微生物菌劑按接種比例為10％時，第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天時，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率測試情況見表2。

通過表2可知，在微生物菌劑按接種比例為10％時，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率均有所提升，但提升幅度較小，因此實際上在微生物菌劑按接種比例為5％時即可達到較為良好的效果。

2.2生態源、生態廊道以及提取的生態節點的含能材料污染場地土壤可持續修復結果分析

對于識別以及提取區域。采用的修復方法是植物一微生物組合修復技術。當選擇的植物為紫花苜蓿時，第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天時，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率測試情況見圖1。

在紫花苜蓿與微生物組合修復技術的協同作用下，可以看到含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率隨著時間的推移逐漸提高，表明該修復方法對含能污染物的降解具有積極效果。同時，通過對比微生物修復技術的測試數據，可以發現紫花苜蓿與微生物組合修復技術的降解效果更好。

當選擇的植物為香根草時，第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天時，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率測試情況見圖2。

相比選擇的植物為紫花苜蓿，可以發現香根草與微生物組合修復的效果明顯更好，同時此時微生物菌劑按接種比例的影響降低了，即微生物菌劑按接種比例為5％與10％時的差異縮小了。

3結束語

在研究中提出了一種基于生態安全格局的含能材料污染場地土壤可持續修復研究方案，這一方案不僅關注土壤的化學和生物修復，同時也強調了生態安全格局的構建與可持續發展。通過深入研究和實踐，實現了污染場地的有效治理和生態環境的長期安全。當微生物菌劑按接種比例為5％時，三種含能化合物的降解率均逐漸增加。當比例為10％時，NT、RDX、HMX的降解率均有所提升。紫花苜蓿與微生物組合修復技術的降解效果更好。相比選擇的植物為紫花苜蓿，發現香根草與微生物組合修復的效果明顯更好。植物－微生物組合可持續修復技術與微生物可持續修復技術均較為有效，可以實現考慮生態安全格局的含能材料污染場地土壤可持續修復。