呂喆 程越邁

摘 要：污染土壤的生物凈化可分為植物處理，動(dòng)物處理和微生物處理。植物修復(fù)和動(dòng)物處理主要用于修復(fù)土壤中的重金屬污染，微生物處理主要用于回收土壤中的有機(jī)污染物。污染物的物理、化學(xué)性質(zhì)，高度可降解菌株的檢測(cè)，轉(zhuǎn)基因細(xì)菌的發(fā)展以及向土壤中添加營(yíng)養(yǎng)素等都影響微生物修復(fù)的有效性。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù);土壤污染;土壤防治

土壤是植物生存的基礎(chǔ)。為了擁有健康的土壤來(lái)種植優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品，必須充分考慮土壤微生物，有機(jī)物，礦物質(zhì)，水和空氣。根據(jù)植物所需的微量元素和養(yǎng)分，將養(yǎng)分施用到土壤中，以改善土壤中聚集體的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)微生物的多樣性并提高土壤肥力。在進(jìn)行土壤修復(fù)和改良時(shí)，工作人員應(yīng)更仔細(xì)地考慮土壤結(jié)構(gòu)和生態(tài)修復(fù)，并認(rèn)真調(diào)查和分析土壤的特性和環(huán)境，以提高修復(fù)效果。因此，在土壤改良過(guò)程中，必須通過(guò)適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件，綜合策略和綜合管理來(lái)保持總體平衡。目前，生物技術(shù)是一種更好地土壤處理方法，包括植物處理，動(dòng)物處理和微生物處理。

一、植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)包括切割莖和葉，從土壤中去除重金屬，以及在重金屬被吸收到高濃度植物的根部后將其存儲(chǔ)在土壤中。超濃縮植物具有三個(gè)特征。首先，重金屬的提取量是普通植物的100倍以上。第二個(gè)原因是植物地下部分的重金屬含量大于植物根部。第三是植物本身對(duì)重金屬有一定的抵抗力，不會(huì)中毒。超濃縮植物可以吸收鉻（Cr），鈷（Co），鎳（Ni），銅（Cu），鉛（Pb），吸收量大于1.0g/kg，以及錳（Mn），鋅（Zn），最多可以吸收10.0g/kg或更多，吸收鎘（Cd），吸收超過(guò)100.0mg/kg。通常，先前積累的植物吸收的重金屬量大于根部吸收的量，即，轉(zhuǎn)移系數(shù)（吸收量/根吸收量以上）大于1.0，且濃度系數(shù)大于1.0，因此重金屬修復(fù)了污染的土壤。當(dāng)前，全世界的學(xué)者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了500多種超濃縮植物，但是70%以上是超濃縮的“鎳（Ni）”植物。數(shù)據(jù)顯示，這些超濃縮植物，特別是在中國(guó)種植的植物，在處理中國(guó)重金屬污染的土壤方面具有非常重要的科學(xué)價(jià)值。植物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)是成本低，二次污染小，這是改善農(nóng)田土壤的最有前途的方法之一。另外，土壤修復(fù)一個(gè)重要的發(fā)展方向是檢測(cè)富含多種金屬并且可以快速生長(zhǎng)，高生物量和廣泛應(yīng)用的新型超富集植物。今天，高濃度植物的收獲后處置主要包括焚化，壓縮填充，堆肥，熱解，灰分和液體提取?；厥照局饕米鲝U物或有害物質(zhì)的存在，諸如土地占用，高昂的處置成本和滲濾液污染的風(fēng)險(xiǎn)。因此，消除豐富的生物也是植物處理技術(shù)發(fā)展中的重要問(wèn)題。

二、動(dòng)物修復(fù)技術(shù)

土壤動(dòng)物是指生活在土壤中并對(duì)土壤結(jié)構(gòu)具有特定作用的動(dòng)物。土壤動(dòng)物包括各種物種，常見(jiàn)的土壤動(dòng)物包括泥土，螞蟻，老鼠和蜘蛛。用于土壤生物的生物凈化技術(shù)，通過(guò)其自身的生命活動(dòng)，可以分解，消化和濃縮土壤污染物，以減少或消除污染物。尤其是，土壤動(dòng)物會(huì)機(jī)械粉碎并分解土壤中的有機(jī)污染物，它們分泌腸液并通過(guò)腸排泄，通過(guò)分解污染物或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為土壤微生物來(lái)減少或消除污染物的濃度。一些土壤動(dòng)物具有豐富和豐富重金屬土壤的能力。使用植物濃縮重金屬會(huì)消耗土壤肥力，而使用土壤動(dòng)物濃縮重金屬會(huì)增加土壤肥力。

三、微生物修復(fù)

（一）微生物分解技術(shù)在處理廢水中有機(jī)污染物上的應(yīng)用

微生物分解技術(shù)處理應(yīng)用已有幾十年的歷史，并且我國(guó)也有意將微生物分解技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于污染土壤的處理。在美國(guó)，日本和歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家，微生物修復(fù)技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)行了多年，也有很多使用微生物修復(fù)技術(shù)從海外土壤中去除油和其他有機(jī)污染物的例子。美國(guó)猶他州在田間被空氣動(dòng)力油和土壤污染的土壤進(jìn)行了生物降解，首先在受污染的區(qū)域提供養(yǎng)分，并添加8%～12%的N和P等養(yǎng)分以通風(fēng)，以促進(jìn)空氣流通和增加氧氣供應(yīng)。其次，應(yīng)用和修復(fù)實(shí)驗(yàn)：耕種方法，大規(guī)模挖掘，強(qiáng)制通風(fēng)，添加了2%～40%的土壤，并包含添加劑，例如油和其他微生物營(yíng)養(yǎng)素，例如氮，磷，鋸末等。韓國(guó)還對(duì)有機(jī)污染環(huán)境的生物修復(fù)進(jìn)行了許多基礎(chǔ)研究。袁紅麗等潘學(xué)芳等研究了微生物分解前后石油中以及細(xì)胞內(nèi)外碳?xì)浠衔锏淖兓?，發(fā)現(xiàn)了不進(jìn)行修飾的細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)。

（二）微生物處理受污染土壤

微生物處理技術(shù)具有一定的局限性，盡管它被環(huán)境科學(xué)界廣泛接受并認(rèn)為很有希望，但它有其自身的局限性，主要存在五個(gè)方面：

1.微生物不能分解所有進(jìn)入環(huán)境的污染物。耐火性質(zhì)，不溶性以及與土壤腐殖質(zhì)或土壤的結(jié)合常常使生物再生成為不可能。微生物通常是無(wú)用的，尤其是對(duì)于重金屬及其化合物。

2.微生物處理應(yīng)用需要對(duì)污染區(qū)域和污染物的存在進(jìn)行詳細(xì)檢查，例如，在一些低滲透性的土壤中，注水井可能是由于這些土壤或細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)所致。

3.某些微生物僅降解某些類(lèi)型的化學(xué)物質(zhì)，并且狀態(tài)稍有改變的化合物可能不會(huì)被相同的微生物酶破壞。

4.微生物修復(fù)技術(shù)受各種環(huán)境因素的影響很大，因?yàn)槲⑸锘钚允軠囟?，氧氣，水分和pH等環(huán)境條件的變化影響。與物理和化學(xué)方法相比，該技術(shù)需要較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)處理受污染的土壤。

5.如果不能通過(guò)生物凈化去除所有污染物，則污染物濃度過(guò)低，并且殘留污染物可能殘留在土壤中以維持細(xì)菌分解群落。

（三）微生物修復(fù)發(fā)展趨勢(shì)

利用微生物來(lái)處理污染土壤的當(dāng)前研究方向主要集中在以下幾個(gè)方面：高效降解菌株的篩選和基本工程菌的開(kāi)發(fā);營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充;待分解物體的物理和化學(xué)性質(zhì)。

1.細(xì)菌的高效分解菌株篩選，基因工程開(kāi)發(fā)土生微生物廣泛存在于土壤中，但土生微生物是由于生長(zhǎng)緩慢，代謝活性低或存在污染物引起的。減少導(dǎo)致降解污染物的能力降低，有時(shí)需要接種能降解污染土壤中污染物的高效細(xì)菌，從而縮短修復(fù)時(shí)間。例如，在實(shí)驗(yàn)室條件下，在30℃下每克土壤接種106種PCP降解細(xì)菌可以將PCP的半周期從2周縮短至1min。近來(lái)，通過(guò)生物基因工程研究和構(gòu)建高效的基因工程細(xì)菌引起了廣泛的興趣。具體技術(shù)包括用多個(gè)質(zhì)粒構(gòu)建新菌株，可降解質(zhì)粒DNA的體外重組，質(zhì)粒分子育種和原生質(zhì)體融合技術(shù)。使用這些技術(shù)，可以將多個(gè)降解基因轉(zhuǎn)移到同一微生物中，以提供廣泛的降解功能。例如，如果將假單胞菌降解基因Peseudomonasputida降解基因轉(zhuǎn)移到另一種微生物，則接收細(xì)菌還可以在0℃分解甲苯。這比簡(jiǎn)單地接種某些微生物更有效，因此很難且不一定成功地適應(yīng)外部環(huán)境。利用基因工程進(jìn)一步改善微生物的分解產(chǎn)生了良好的結(jié)果，但是在美國(guó)，日本和大多數(shù)其他國(guó)家，目前對(duì)芽孢桿菌的實(shí)際應(yīng)用有嚴(yán)格的立法限制。

從科學(xué)的角度來(lái)看，是否應(yīng)將微生物應(yīng)用于環(huán)境的決定應(yīng)主要基于微生物而不是如何獲得微生物的生物學(xué)特性（例如致病性），并且在過(guò)于嚴(yán)格的法律和法規(guī)中是不合理的。實(shí)際的披露將阻礙現(xiàn)代環(huán)境微生物技術(shù)在防污中的推廣和應(yīng)用，處理環(huán)境污染時(shí)要改善生態(tài)環(huán)境，造福人類(lèi)。

2.添加養(yǎng)分土壤中的氮和磷是微生物活動(dòng)的重要條件，為使污染物完全分解，必須適當(dāng)添加養(yǎng)分。為了獲得良好的分解效果，在添加營(yíng)養(yǎng)料之前，必須確定營(yíng)養(yǎng)料的形式，采取適當(dāng)?shù)臐舛群捅壤?。目前，我?guó)在此過(guò)程中已經(jīng)使用了多種類(lèi)型的營(yíng)養(yǎng)鹽，例如銨鹽，正磷酸鹽或多磷酸鹽，尿素和釀造酵母廢料。N和P的需要量可以根據(jù)分解來(lái)估算，但是由于某些污染物的分解速度太慢，并且N和P的有效性隨位置而變化，因此計(jì)算值與實(shí)際值有很大差異。目前，一些外國(guó)商業(yè)公司已經(jīng)針對(duì)特定的應(yīng)用環(huán)境開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的生物修復(fù)改良肥料，例如石蠟或正磷酸鹽中嵌入的尿素，該配方中的養(yǎng)分可以溶解在油相中并緩慢釋放，對(duì)于石油污染物的影響是顯著的。

3.待降解物體的物理和化學(xué)性質(zhì)污染物的類(lèi)型（酸性，堿性或中性，極性或非極性，氧化或還原），污染物的物理性質(zhì)（分子量），熔點(diǎn)，結(jié)構(gòu)和水溶性，脂肪溶解度等，化學(xué)反應(yīng)性（氧化，還原，沉淀，聚合等），降解性（半衰期，一級(jí)速率常數(shù)和相對(duì)生物降解性等），以選擇生物治療技術(shù)以及應(yīng)采取哪些步驟來(lái)增強(qiáng)和加速生物治療過(guò)程處理技術(shù)。

四、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，土壤的修復(fù)并不是一時(shí)之間就能夠完成的事情。為了提高土壤修復(fù)的成果，相干人員必須采取相關(guān)的措施，進(jìn)行綜合治理。

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