成亮

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

土壤中富含大量的有機(jī)物，擁有吸收外界代謝物質(zhì)以及抗污染能力。土壤自動(dòng)凈化體系中，細(xì)菌的類型與總量相互抑制，導(dǎo)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(dá)到土地的最大容積就有可能形成土壤污染，對土壤中的細(xì)菌以及動(dòng)植物的正常生活造成危害。因此，探究生物修復(fù)在土壤污染治理中的應(yīng)用很有必要。

一、生物修復(fù)以及土壤污染概述

（一）土壤修復(fù)污染的內(nèi)涵

土壤修復(fù)的內(nèi)涵主要是貫徹土壤循環(huán)再生的處理準(zhǔn)則，借助最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)恢復(fù)土壤環(huán)境。生物修復(fù)過程利用微生物或者動(dòng)植物優(yōu)化環(huán)境，形成土壤恢復(fù)系統(tǒng)，進(jìn)而達(dá)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(yán)重污染，且80%缺少科學(xué)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(yùn)與加工，化工行業(yè)不標(biāo)準(zhǔn)化排放，城市生活污染物增加，農(nóng)業(yè)化學(xué)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(dāng)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(huì)危害土壤中生物的生命繁衍，還會(huì)通過農(nóng)產(chǎn)品間接危害人類生命健康。

（1）有機(jī)污染物

有機(jī)污染的主要源頭是農(nóng)藥，當(dāng)前被人們大量使用的化學(xué)農(nóng)藥大約有五十余種，其中包括有機(jī)合成氯殺蟲劑、有機(jī)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(jī)染料等污染物質(zhì)。在原油開發(fā)、儲運(yùn)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(yuǎn)超正常生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，其中重金屬單質(zhì)由于沒有經(jīng)科學(xué)處理，與廢物一起被排入了周圍水體，從而導(dǎo)致水體周邊土地重金屬濃度嚴(yán)重超標(biāo)。

（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(yàn)以及部分核科學(xué)技術(shù)研發(fā)機(jī)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(dòng)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(dòng)物的排泄物，可能會(huì)造成在泥土當(dāng)中含有大量的病原微生物，當(dāng)人們和污染泥土接觸以后，會(huì)感染細(xì)菌病毒，一旦飲用了被環(huán)境污染的水，就會(huì)危害身體健康，而且這些受污染的土壤會(huì)隨著雨水進(jìn)入其他區(qū)域，導(dǎo)致二次污染。

（三）生物修復(fù)技術(shù)的種類

1.微生物修復(fù)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(jìn)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(fù)技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)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(xué)性質(zhì)。

2.植物修復(fù)技術(shù)

在污染土地栽種某些能夠吸收有機(jī)重金屬的植株，當(dāng)植株重新成長后，再加以處理，以此來去除土壤中的有機(jī)重金屬單質(zhì)。在這一處理過程中，處理有機(jī)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(fù)技術(shù)

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

二、生物修復(fù)在土壤污染治理中需要注意的事項(xiàng)

（一）篩選高效的降解菌

在應(yīng)用土壤修復(fù)技術(shù)時(shí)，需要注意微生物對土壤當(dāng)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(qiáng)生物修復(fù)的基礎(chǔ)。為了提升應(yīng)用效果，技術(shù)人員要盡量挑選出對污染物適應(yīng)性較強(qiáng)的微生物，從土壤污染的角度出發(fā)，結(jié)合實(shí)際情況合理篩選。如在有機(jī)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(huì)過量使用化肥和農(nóng)藥，長此以往會(huì)嚴(yán)重破壞微生物的生存環(huán)境，導(dǎo)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(dāng)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(fù)技術(shù)應(yīng)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(dāng)添加一些營養(yǎng)鹽和氧氣，對降解能力強(qiáng)的微生物進(jìn)行篩選，以快速達(dá)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(jìn)行土壤治理和修復(fù)的過程中，一定要將綠色環(huán)保理念落實(shí)，防止出現(xiàn)二次污染?？萍几咚侔l(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(fù)決策支持系統(tǒng)、原位恢復(fù)技術(shù)和土壤恢復(fù)評價(jià)等技術(shù)。構(gòu)成一個(gè)立體化的土壤治理系統(tǒng)，能夠同時(shí)對新興廢物、放射性核素、農(nóng)藥重金屬等進(jìn)行修復(fù)。在治理過程中需要加強(qiáng)細(xì)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(qiáng)化防污監(jiān)管力度

土壤污染修復(fù)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(fù)治理工作能夠順利開展。上級領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)該加強(qiáng)對土壤污染治理的重視，結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥牢廴镜膶?shí)際情況綜合分析導(dǎo)致土壤污染的原因，并根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的土壤污染修復(fù)治理方式。重視土壤治理修復(fù)，不斷引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)以及設(shè)備，保證土壤修復(fù)治理工作順利開展，不斷發(fā)揮法律的權(quán)威性以及強(qiáng)制性作用。

（五）增強(qiáng)人民環(huán)保意識

土壤管理與修復(fù)工作不能由一個(gè)部門、一個(gè)機(jī)構(gòu)獨(dú)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，地方監(jiān)管部門需要加強(qiáng)土壤保護(hù)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(shí)，有關(guān)部門也要鼓勵(lì)群眾相互監(jiān)督，讓群眾自覺參與土壤治理整治活動(dòng)。此外，政府部門要在各地設(shè)立投訴站、信箱等，以保密投訴方式舉報(bào)土壤污染行為，經(jīng)政府部門核實(shí)后給予舉報(bào)人相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)，提高土壤治理效率。

三、影響生物修復(fù)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(fù)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)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(fù)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(fù)成敗產(chǎn)生影響的一個(gè)重要因素，滲透性較強(qiáng)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(yīng)的速度加快。而一些粘度較大、滲透性不強(qiáng)的土壤，需要注意在修復(fù)過程中合理地進(jìn)行預(yù)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(fù)治理工作中，也會(huì)使用植被群和某些微生物，通過微生物和植物等進(jìn)行污染土壤的修復(fù)時(shí)，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(yīng)環(huán)境變化，降低效果。微生物由于具有較強(qiáng)適應(yīng)性，因此在土壤修復(fù)工程中應(yīng)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(jìn)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(dāng)中進(jìn)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(jìn)行篩選，并且利用接種、強(qiáng)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(jìn)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(dāng)?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(jìn)行生物降解，提升土壤修復(fù)效率。

（三）所處地區(qū)的溫度

溫度是影響微生物正常運(yùn)作、降解有害物質(zhì)的一個(gè)重要因素，溫度還會(huì)影響微生物的代謝速度，當(dāng)微生物所在地區(qū)的溫度過低時(shí)，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(shí)，相關(guān)人員可以在地表上設(shè)置一層保護(hù)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(fù)過程中，主要在中溫環(huán)境，也就是二十?dāng)z氏度到四十?dāng)z氏度的環(huán)境中展開。這一溫度下生物酶的活力較強(qiáng)，細(xì)菌迅速繁殖，從而可以更高效地對污染物進(jìn)行代謝。但在較低溫環(huán)境下，由于細(xì)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(dāng)氣溫在十?dāng)z氏度以下時(shí)，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(dāng)前對于高溫、高冷等特殊環(huán)境的生物修復(fù)研究還有待深入，需要重視對降解菌的篩選。比如，某些學(xué)者在沙漠提取細(xì)菌，這種細(xì)菌在降解土壤污染物時(shí)具有較高的耐熱性，在低于六十?dāng)z氏度的條件下都能夠有效地對有機(jī)污染物進(jìn)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(fù)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(shí)間內(nèi)通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞當(dāng)中，因此微生物的胞內(nèi)酶也無法對其進(jìn)行分解和處理?；瘜W(xué)官能基所處區(qū)域大小和數(shù)量都會(huì)對化學(xué)物質(zhì)的可降解效果造成一定影響，比如，通過使用氧負(fù)離子、氨基等化學(xué)官能團(tuán)的替代方法，能夠使得芳香烴的化學(xué)穩(wěn)定性大幅增強(qiáng)，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(huì)使芳香烴的化學(xué)可降解性大幅減弱。

四、生物修復(fù)在土壤污染治理中的應(yīng)用

（一）微生物修復(fù)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(qiáng)、靈活性高，可借助該項(xiàng)優(yōu)勢，用于修復(fù)重金屬、有機(jī)物污染的土壤。應(yīng)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(dá)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(xué)元素，以此實(shí)現(xiàn)土壤凈化，并將有害物吸附出來。降解是通過真菌及細(xì)菌實(shí)現(xiàn)的，簡稱為“生物降解技術(shù)”，若土壤中存在有機(jī)物或金屬物，可以通過降解進(jìn)行有效處理。溶解指新陳代謝，因?yàn)橥寥乐泻邢嚓P(guān)生物，它們可以釋放有機(jī)酸，此實(shí)現(xiàn)金屬溶解。

圖2 微生物作用

（二）植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)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(diǎn)。植物利用其本身特性實(shí)現(xiàn)對土壤有害物的容納、轉(zhuǎn)移（如圖3）。植物修復(fù)可以是植被提取、植被揮發(fā)、植被保持、植物過濾。植物修復(fù)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(qiáng)的特點(diǎn)，因此修復(fù)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(huì)中被廣泛應(yīng)用[4]。然而，其也存在適用范圍小、修復(fù)周期長、短時(shí)間內(nèi)無法顯現(xiàn)成效等缺點(diǎn)，所以植被修復(fù)技術(shù)需要結(jié)合其他技術(shù)使用。植被修復(fù)技術(shù)在處理有機(jī)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(jìn)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(jìn)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(fù)

（三）動(dòng)物修復(fù)技術(shù)

在生物修復(fù)技術(shù)中，動(dòng)物修復(fù)較為常見，一般選用環(huán)節(jié)動(dòng)物、脊椎動(dòng)物、原生動(dòng)物，這些生物有一個(gè)共同特點(diǎn)，即寄生于土壤中，若遇到土壤污染，會(huì)刺激本身生理反應(yīng)，以此達(dá)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(dòng)擴(kuò)散的方式完成有害物的凈化[5]。同時(shí)，蚯蚓可改善土壤情況，因?yàn)轵球驹谶M(jìn)食、新陳代謝的過程中，會(huì)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(fù)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)相關(guān)凈化?？蒲袘?yīng)立足于實(shí)際，真正激發(fā)植物和微生物技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的作用，配合菌株實(shí)驗(yàn)，推動(dòng)生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展。

五、結(jié)束語

人們不合理的經(jīng)濟(jì)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(fù)技術(shù)被廣泛應(yīng)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(fù)相關(guān)污染問題，避免產(chǎn)生二次污染。污染治理是一個(gè)漫長的過程，不可能一蹴而就，因此需工作人員認(rèn)真負(fù)責(zé)。