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        污染土壤生態(tài)修復(fù)基本原理及研究進(jìn)展

        2021-04-27 01:10:47趙爽
        關(guān)鍵詞:生態(tài)修復(fù)研究進(jìn)展

        趙爽

        【摘要】土壤是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ),是人類不可缺少的不可再生的自然資源。隨著石油、城市垃圾、工業(yè)垃圾、農(nóng)藥、化肥等污染物的不斷滲入,我國土壤污染問題日益嚴(yán)重,嚴(yán)重威脅著人類的生存環(huán)境和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。它已成為繼水污染、空氣污染、噪聲污染、固體廢物污染之后,社會廣泛關(guān)注的污染問題之一。據(jù)不完全統(tǒng)計,全國共有1200多萬Hm2的耕地受到各種污染物的污染,約占耕地總面積的10%,嚴(yán)重威脅著人類的生命健康。

        要加強(qiáng)土壤肥力培育,防治土壤污染,清理污染土壤。近年來,土壤污染生態(tài)修復(fù)技術(shù)已成為國內(nèi)外十分活躍的研究熱點。與傳統(tǒng)的物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)相比,生態(tài)修復(fù)具有高效、無二次污染、操作簡單等特點,逐漸得到大家的認(rèn)可。本文介紹了污染土壤的生態(tài)修復(fù)技術(shù),以期為從事這項研究的科研工作者提供有益的參考。

        【關(guān)鍵詞】污染土壤;生態(tài)修復(fù);研究進(jìn)展

        【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

        10.139

        1、污染土壤生態(tài)修復(fù)概述

        1.1基本原理

        污染土壤修復(fù)是指土壤中有毒有害污染物的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化,消除或降低污染物的毒性,恢復(fù)或部分恢復(fù)土壤的生態(tài)服務(wù)功能。主要包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生態(tài)修復(fù)三大類。其中,污染土壤生態(tài)修復(fù)是以受污染的土壤生態(tài)系統(tǒng)為修復(fù)對象,采用生物修復(fù)技術(shù),結(jié)合物理、化學(xué)的理論和方法,最大限度地激活土壤生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能,實現(xiàn)遷移,消除或減少土壤中的有毒有害物質(zhì),以達(dá)到恢復(fù)或部分恢復(fù)土壤的服務(wù)功能。污染土壤生態(tài)修復(fù)的創(chuàng)新不在于各種修復(fù)方法和技術(shù),而在于各種修復(fù)方法的優(yōu)化組合,各修復(fù)環(huán)節(jié)的優(yōu)化銜接,以及生物和環(huán)節(jié)影響因素的調(diào)控。

        1.2基本原則

        生態(tài)修復(fù)本身屬于生態(tài)工程的范疇。污染土壤生態(tài)修復(fù)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)代生態(tài)學(xué)和環(huán)境保護(hù)的特點,堅持:(1)生態(tài)原則,即污染土壤生態(tài)修復(fù)應(yīng)堅持生物與環(huán)境和諧共處的原則,并充分利用生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能,在選擇修復(fù)方法及其最佳組合時,應(yīng)遵循生態(tài)學(xué)的基本原理和方法;(2)循環(huán)利用原則,為了修復(fù)污染土壤,不僅要考慮修復(fù)的實際效果,也就是說,污染土壤服務(wù)功能的恢復(fù)程度,還要堅持循環(huán)利用原則,保證土壤修復(fù)的可持續(xù)性;(3)因地制宜的原則,自然生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣,而土壤生態(tài)系統(tǒng)地理空間的高度多樣性要求在選擇修復(fù)技術(shù)時要堅持因地制宜的原則,充分結(jié)合土壤的自然環(huán)境和污染狀況。應(yīng)根據(jù)不同的土壤生態(tài)環(huán)境選擇合理的修復(fù)工藝,表現(xiàn)出不同的工藝組合、工藝參數(shù)和控制方法,土壤修復(fù)的具體目標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)應(yīng)與實際的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益相結(jié)合;(4)安全性原則下,污染土壤的生態(tài)修復(fù)還需要應(yīng)用到其他理化工藝組合中。在實施修復(fù)項目時,要確保修復(fù)過程和結(jié)果,確保土壤生態(tài)安全,確保相關(guān)措施不會對生態(tài)產(chǎn)生二次污染。

        2、污染土壤生態(tài)修復(fù)研究內(nèi)容

        2.1重金屬污染土壤生態(tài)修復(fù)研究

        植物是重金屬污染土壤生態(tài)修復(fù)的核心。主要包括修復(fù)植物的選擇與合理配置、修復(fù)機(jī)理與根際效應(yīng)、修復(fù)強(qiáng)化措施與應(yīng)用。近年來,超積累植物的篩選研究經(jīng)歷了從鎳、銅、鋅、錳的超富集物篩選到鎘、鉛、砷超富集物的篩選過程。

        近年來,重金屬污染土壤的生態(tài)修復(fù)研究已從單一重金屬污染轉(zhuǎn)向復(fù)合重金屬污染,其中一些單一重金屬超積累植物被發(fā)現(xiàn)能夠修復(fù)多種重金屬污染。為了解決土壤重金屬復(fù)合污染問題,許多學(xué)者也對多種超積累植物與單一重金屬污染的合理組合進(jìn)行了研究和探索。

        隨著植物生理生態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)和各種微觀技術(shù)的發(fā)展,對植物超積累機(jī)理的研究不斷深入。一些研究發(fā)現(xiàn),植物根系分泌物,特別是有機(jī)酸,通過螯合或酸化根際環(huán)境,促進(jìn)土壤重金屬的溶解和根系的吸收,這可能與某些特定轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在植物體內(nèi)的特殊作用有關(guān)。一些研究也表明,超積累者對重金屬有較強(qiáng)的耐受性,重金屬的積累可能與某些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有關(guān),如鋅轉(zhuǎn)運(yùn)的轉(zhuǎn)運(yùn)基因ZnT-1。一些與植物超積累和耐性相關(guān)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因已經(jīng)成功地從植物中分離出來。

        近年來,轉(zhuǎn)基因植物修復(fù)重金屬污染土壤的研究也取得了一定進(jìn)展。Banuelos[7]等人在田間試驗條件下研究了轉(zhuǎn)基因植物印度芥菜的富硒能力。結(jié)果表明,與野生型芥菜相比,轉(zhuǎn)基因芥菜的富集能力提高了近一倍。

        除此之外,一些學(xué)者還開展了通過添加各種添加劑來提高植物對重金屬污染土壤修復(fù)效果的研究。例如EDTA、EDDS和有機(jī)酸的應(yīng)用可以顯著提高植物修復(fù)效果,但這些研究都存在一些缺陷,即易對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。此外,利用微生物促進(jìn)植物中一種或幾種重金屬的富集,如叢枝菌根真菌促進(jìn)植物對Zn、CD、Pb或as的富集。

        重金屬污染土壤的生態(tài)修復(fù)研究很多,但研究不夠深入。目前還存在一些機(jī)制不明確,生態(tài)修復(fù)方法的操作和應(yīng)用還不成熟。因此,加強(qiáng)重金屬污染土壤的生態(tài)修復(fù)機(jī)制、實用技術(shù)和跨學(xué)科研究是今后研究的重點。

        2.2有機(jī)物污染土壤生態(tài)修復(fù)研究

        有機(jī)污染土壤生態(tài)修復(fù)的研究主要集中在微生物的修復(fù)作用上。該領(lǐng)域的研究內(nèi)容一般包括高效降解微生物的篩選與合理配置、化學(xué)與生化強(qiáng)化生物修復(fù)、物理與物理化學(xué)強(qiáng)化生物修復(fù)、電化學(xué)強(qiáng)化生物修復(fù)、酶強(qiáng)化生物修復(fù)等,目前,有機(jī)污染土壤生態(tài)修復(fù)的研究主要集中在高效降解微生物的篩選、分離和鑒定上。

        3、污染土壤生態(tài)修復(fù)方法與應(yīng)用

        3.1主要修復(fù)方法

        污染土壤的生態(tài)修復(fù)方法是綜合性的。強(qiáng)調(diào)多種技術(shù)的結(jié)合,通過多種方法對土壤中多環(huán)芳烴進(jìn)行降解,形成一個自我調(diào)節(jié)的修復(fù)體系。污染土壤的生態(tài)修復(fù)主要是以生物技術(shù)為基礎(chǔ),輔以地理技術(shù),實現(xiàn)不同因素的優(yōu)化組合,形成良性循環(huán)系統(tǒng),達(dá)到高效土壤修復(fù)的目的。各種方法的組合不是任意方法的隨機(jī)組合,應(yīng)根據(jù)污染土壤的實際情況,采取具體、科學(xué)、合理的修復(fù)方法。為了保證修復(fù)方法的有效性,必須進(jìn)行科學(xué)的定位。特別是在目前土壤污染以復(fù)合污染為主的現(xiàn)狀下,應(yīng)根據(jù)土壤中大量微生物,采用科學(xué)的修復(fù)體系,實現(xiàn)物理、化學(xué)、生物方法的綜合應(yīng)用,從而保證微生物有必要的生存條件,不斷降低土壤濕度、溫度和氧化條件。

        3.2具體修復(fù)應(yīng)用

        不同污染物應(yīng)采取不同的修復(fù)方法。生態(tài)修復(fù)方法主要用于重金屬污染和有機(jī)污染物的修復(fù)。首先,重金屬污染物生態(tài)修復(fù)應(yīng)優(yōu)化植物選擇,根據(jù)循環(huán)效應(yīng)合理控制修復(fù)措施。例如,可以利用植物青紫進(jìn)行鋅的吸收,根據(jù)污染物的臨界含量特征標(biāo)準(zhǔn)確定臨界值、傳遞特性標(biāo)準(zhǔn)和耐受特性標(biāo)準(zhǔn),從而合理匹配多個單污染物超積累植物。隨著分子生物學(xué)的迅速發(fā)展,對植物在土壤生態(tài)恢復(fù)中的超積累研究越來越深入,對重金屬在植物體內(nèi)的遷移機(jī)理的研究也越來越深入,根據(jù)植物的有機(jī)酸化環(huán)境,利用植物對重金屬的解毒和轉(zhuǎn)運(yùn),促進(jìn)重金屬在土壤中的溶解。為了提高土壤修復(fù)潛力,必須在生態(tài)恢復(fù)的基礎(chǔ)上添加適當(dāng)?shù)奶砑觿浞职l(fā)揮植物根系吸收重金屬含量的作用。其次,有機(jī)污染物的修復(fù)主要采用微生物修復(fù),強(qiáng)調(diào)化學(xué)與生化方法的合理結(jié)合,加強(qiáng)對有機(jī)污染物的修復(fù)。微生物修復(fù)主要利用微生物降解有機(jī)污染物。一般來說,植物根系對有機(jī)污染物的生態(tài)修復(fù)具有一定的復(fù)雜作用。微生物的生命活動應(yīng)用于氮代謝、發(fā)酵和共代謝。在有處理的情況下,可以采用電化學(xué)方法形成一個完整的修復(fù)單元,提高有機(jī)污染物的質(zhì)量,從而提高生態(tài)修復(fù)的效率。

        結(jié)論:

        要提高土壤修復(fù)的成本,提高土壤修復(fù)的質(zhì)量。污染土壤的生態(tài)修復(fù)具有良好的前景??蒲腥藛T要在全面調(diào)查污染土壤的基礎(chǔ)上,制定有針對性的土壤修復(fù)方案,進(jìn)一步利用微生物和植物提高污染土壤的活性,更好地發(fā)揮化學(xué)強(qiáng)化和物理強(qiáng)化的輔助作用,合理凈化利用土壤,為土壤修復(fù)提供科學(xué)保障。

        參考文獻(xiàn):

        [1]王國鋒,王金成,井明博.黃土高原地區(qū)土壤石油污染狀況及生物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2017(32):65-70.

        [2]孫艷榮,汪冬梅,王洪軍.利用微生物肥料進(jìn)行土壤生態(tài)修復(fù)治理的研究[J].河南農(nóng)業(yè),2017(2):49.

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