摘 要 土壤提供植物生長的場所和必需的養(yǎng)分；提供各種生物及微生物的生存空間。為給土壤污染防治提供策略參考，分析了遼寧省土壤污染防治現(xiàn)狀與問題，針對(duì)技術(shù)短板，提出了優(yōu)化微生物修復(fù)技術(shù)工藝流程、提高在線監(jiān)測系統(tǒng)精度、優(yōu)化重金屬固化穩(wěn)定化工藝參數(shù)、推廣應(yīng)用植物修復(fù)技術(shù)等優(yōu)化策略與實(shí)施建議。

關(guān)鍵詞 土壤污染防治；技術(shù)優(yōu)化；微生物修復(fù)；遼寧省

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.07.021

我國環(huán)境問題突出，面臨不同程度的土壤污染。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，遼寧省已確定土壤污染調(diào)查點(diǎn)位超過500個(gè)，分析發(fā)現(xiàn)主要污染類型包括重金屬污染、有機(jī)污染等。面對(duì)日益嚴(yán)峻的土壤污染形勢，開展土壤污染治理刻不容緩。為此，本文就遼寧省土壤污染防治技術(shù)現(xiàn)狀、問題與對(duì)策展開分析，以期為遼寧省土壤污染治理提供決策支持，為其他地區(qū)土壤污染治理提供借鑒與參考。

1 "土壤污染類型及危害

遼寧省土壤污染類型主要有重金屬污染、有機(jī)污染、鹽漬化等。重金屬污染物以鎘、鉛、鉻、汞、砷等為主，這些重金屬元素大多來源于工業(yè)廢氣塵埃、工業(yè)廢水灌溉等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，遼寧省土壤中常檢出的有機(jī)污染物主要包括石油類、酚類、有機(jī)氮、有機(jī)磷類等，這些有機(jī)污染物多產(chǎn)生自石油開采、精煉、化工生產(chǎn)過程中的原油泄漏、廢水排放等[1]。鹽漬化現(xiàn)象在遼寧省東北平原區(qū)域最為突出，高強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)導(dǎo)致土壤中水溶性鹽分聚積。

上述污染均會(huì)對(duì)土壤質(zhì)量及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。重金屬元素如鎘、鉛、鉻等會(huì)阻礙植物正常吸收養(yǎng)分，抑制作物生長，亦會(huì)通過食物鏈富集于人體引起中毒；有機(jī)污染危害極大，許多污染物具有致癌、致畸等毒性；鹽漬化則使土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤生產(chǎn)力下降或喪失、趨向土壤沙漠化。此外，污染物還可沉積或遷移至地下水、地表水，通過風(fēng)蝕作用飄散于大氣中，從而導(dǎo)致更大范圍生態(tài)系統(tǒng)退化與人居環(huán)境惡化。

2 "土壤污染防治技術(shù)短板

2.1 "微生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用不足

微生物修復(fù)技術(shù)是一種環(huán)境友好的土壤污染物降解方法。該技術(shù)通過導(dǎo)入外源微生物促進(jìn)土壤中污染物的降解與轉(zhuǎn)化，操作簡便、成本低廉。但當(dāng)前遼寧省微生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用普遍不足，主要問題集中在微生物菌種選擇與工藝流程優(yōu)化方面[2]。具體來說，目前遼寧省微生物修復(fù)多采用標(biāo)準(zhǔn)入庫菌種，這些菌種對(duì)當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境適應(yīng)性較差，降解效率不高。例如在處理某些特定場地遺留的有機(jī)污染物時(shí)，選用的非本土菌株有時(shí)表現(xiàn)出了較低的修復(fù)效率[1]。此外，本土優(yōu)勢菌的篩選與應(yīng)用剛剛起步，許多本土菌解毒機(jī)理與代謝途徑不明，安全性有待評(píng)估。

同時(shí)，當(dāng)前修復(fù)工藝存在簡單化問題，僅開展了微生物接入和通風(fēng)工作，未考慮不同污染土壤的特點(diǎn)，導(dǎo)致生物降解效率低。例如采用單一菌種直接接種修復(fù)有機(jī)磷農(nóng)藥污染土壤，降解率較低，而適當(dāng)調(diào)控pH、控制濕度、加強(qiáng)復(fù)合菌肥優(yōu)化，可使修復(fù)率提高[3]。因此，不同場地條件下工藝流程優(yōu)化刻不容緩。

2.2 "在線監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)體系不完善

遼寧省土壤污染在線監(jiān)測與預(yù)警體系建設(shè)滯后，無法實(shí)現(xiàn)污染過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，這嚴(yán)重制約了土壤污染防控效果的提升。1）檢測指標(biāo)體系不完備?，F(xiàn)有監(jiān)測重點(diǎn)聚焦于常規(guī)理化指標(biāo)，針對(duì)重金屬、有機(jī)污染物等新型污染物的在線檢測手段不足。以沈陽市為例，城區(qū)土壤污染在線監(jiān)測站點(diǎn)設(shè)立較少，僅布設(shè)氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等傳統(tǒng)指標(biāo)的傳感器。而重金屬、揮發(fā)性有機(jī)物等危害性大且復(fù)雜的新型污染物未被納入監(jiān)測體系，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)其超標(biāo)排放的及時(shí)預(yù)警[4]。2）監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限。以遼寧省重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域?yàn)槔?020年計(jì)劃國控重點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)土壤污染監(jiān)測站點(diǎn)全覆蓋，但目前尚未完成目標(biāo)，監(jiān)測站點(diǎn)分布不均衡制約了全省土壤污染狀況的掌握與評(píng)估。3）監(jiān)測設(shè)備精度與穩(wěn)定性有待提高。例如，市面上大多數(shù)土壤在線監(jiān)測設(shè)備長期穩(wěn)定性差，存在漂移嚴(yán)重、易失校等問題，嚴(yán)重影響監(jiān)測結(jié)果的可靠性。

2.3 "重金屬固化穩(wěn)定化工藝參數(shù)不合理

當(dāng)前遼寧省重金屬污染土壤固化穩(wěn)定化工藝中，固化劑的選擇和配比設(shè)計(jì)主要依據(jù)過去業(yè)內(nèi)一些典型成功案例和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的經(jīng)驗(yàn)值，沒有考慮不同重金屬類型、不同土壤理化性質(zhì)對(duì)固化效果的影響。例如鎘污染黃壤土和鉛污染潮土，經(jīng)驗(yàn)方法直接采用氫氧化鈣或水泥基預(yù)制配方，生成的修復(fù)體性能得不到優(yōu)化，往往出現(xiàn)耐侵蝕性差、修復(fù)時(shí)間過長等問題。實(shí)際上，在某些情況下，如果不充分考慮土壤本身的物理化學(xué)性質(zhì)及其所含重金屬的存在形態(tài)（如離子態(tài)、絡(luò)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、硫化物結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)等），固化反應(yīng)過程和最終生成的穩(wěn)定化產(chǎn)物可能無法達(dá)到預(yù)期的高效性和持久性目標(biāo)。例如黃壤土和潮土的有機(jī)質(zhì)、黏土礦物及pH值差異顯著，經(jīng)驗(yàn)方法無法有針對(duì)性地設(shè)計(jì)配方。此外，現(xiàn)有工藝配方研發(fā)不足、評(píng)價(jià)體系不完善也是亟待解決問題。遼寧省各地直接套用“成功”案例，不僅沒有開展針對(duì)性固化劑及工藝參數(shù)優(yōu)化研究，也沒有建立可以評(píng)價(jià)固化效果與長期穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)化方法。

2.4 "植物修復(fù)技術(shù)推廣不足

植物修復(fù)技術(shù)通過植物體的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，從土壤中吸取重金屬，并將其轉(zhuǎn)移貯存到植物地上部，再通過收獲植物地上部而去除土壤重金屬，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤環(huán)境的凈化與修復(fù)。該技術(shù)操作簡便、成本較低且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。但在遼寧省應(yīng)用推廣滯后，主要存在以下3個(gè)問題：1）高污染場地適宜植物種類的篩選不足。目前主要依賴進(jìn)口的植物萃取技術(shù)，但對(duì)本土重金屬污染土壤實(shí)際治理效果并不理想。例如直接引入印度芥菜進(jìn)行鎘鉛尾礦污染土壤的植物修復(fù)試驗(yàn)表明，其生物量和富集系數(shù)均偏低，這主要是由于高濃度污染對(duì)印度芥菜種植本身也產(chǎn)生一定毒害作用[5]。2）工程化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度緩慢?，F(xiàn)有植物修復(fù)項(xiàng)目以盆栽或者小塊試驗(yàn)研究為主，生產(chǎn)規(guī)模小，成果難以推廣。缺乏成熟的大面積植物修復(fù)模式，相關(guān)的盆棚和生長基質(zhì)開發(fā)也較為薄弱。未形成完整的技術(shù)體系及模式，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程滯后。3）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和監(jiān)管制度有待健全?，F(xiàn)行植物修復(fù)評(píng)價(jià)側(cè)重于土壤污染物降解效果，而對(duì)植物體內(nèi)積累污染物的環(huán)境遷移及食物鏈富集風(fēng)險(xiǎn)缺乏系統(tǒng)研判，各類植物在超強(qiáng)污染場地的全生命周期監(jiān)測數(shù)據(jù)也較少。

3 "遼寧省土壤污染防治技術(shù)提升策略與實(shí)施建議

3.1 "優(yōu)化微生物修復(fù)技術(shù)工藝流程

為提高遼寧省微生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用效果，必須從菌種選擇和工藝流程2方面進(jìn)行優(yōu)化。1）加強(qiáng)對(duì)當(dāng)?shù)赝寥牢⑸锶郝涞恼{(diào)查與評(píng)估，篩選出對(duì)典型污染物有高降解活性的優(yōu)勢菌株。這需要采用高通量的功能基因檢測技術(shù)如宏基因組學(xué)，深入解析不同土壤樣品中的微生物組成及其代謝功能。通過模擬土壤微生態(tài)系統(tǒng)，在受控環(huán)境中測定不同菌群對(duì)目標(biāo)污染物的降解速率，以篩選出高效降解優(yōu)勢菌株，進(jìn)而建立區(qū)域性優(yōu)勢菌種庫。這些篩選出的適應(yīng)當(dāng)?shù)赝寥罈l件的優(yōu)勢菌種，其降解效率可比外源菌種提高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。2）針對(duì)不同污染場地條件，要優(yōu)化工藝參數(shù)以發(fā)揮微生物降解潛力。這需要考慮土壤pH、濕度、養(yǎng)分、污染物種類與濃度等多重因素，采用響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，研究主效應(yīng)因素及交互作用效應(yīng)，建立統(tǒng)計(jì)優(yōu)化模型，在此基礎(chǔ)上得出針對(duì)某一場地的最佳修復(fù)條件組合方案。例如可以采用復(fù)合菌種+pH調(diào)控+有機(jī)肥的修復(fù)策略，從而縮短修復(fù)時(shí)間。

3.2 "提高在線監(jiān)測系統(tǒng)精度

為補(bǔ)足遼寧省土壤污染在線監(jiān)測體系存在的技術(shù)短板，必須從豐富檢測指標(biāo)、擴(kuò)大監(jiān)測范圍和提升設(shè)備性能3方面入手，建立高效、精確的土壤污染監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)。1）監(jiān)測指標(biāo)體系應(yīng)向在線檢測重金屬和有機(jī)污染物擴(kuò)展。這需要開發(fā)基于電化學(xué)、傳感技術(shù)的新型在線分析傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬離子及有機(jī)污染物的高通量監(jiān)測。例如采用微電極陣列與陽極溶出伏安法（Anodic Stripping Voltammetry，ASV）技術(shù)，可在線檢測鎘、鉛、鉻離子，檢出限可達(dá)μg·kg-1級(jí)。此外，可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成各類傳感器，形成能同步監(jiān)測多項(xiàng)理化指標(biāo)的智能化監(jiān)測站點(diǎn)。2）科學(xué)布局監(jiān)測站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的全覆蓋監(jiān)控?？刹捎玫乩硇畔⑾到y(tǒng)（Geographic Information System，GIS）多源數(shù)據(jù)模型方法，根據(jù)土地利用類型、污染源分布及環(huán)境敏感性評(píng)估結(jié)果，自動(dòng)劃分監(jiān)測單元并設(shè)置最優(yōu)站點(diǎn)分布方案。監(jiān)測頻次也應(yīng)結(jié)合污染風(fēng)險(xiǎn)濃度與氣候水文信息，通過智能算法優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件的快速預(yù)警。3）監(jiān)測設(shè)備穩(wěn)定性和精度應(yīng)通過改進(jìn)傳感器材料、信號(hào)處理算法等進(jìn)行提升。例如可以使用新型氧化石墨烯土壤濕度傳感器，有效抑制譜線漂移，降低數(shù)據(jù)誤差。此外，建立統(tǒng)一的設(shè)備評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與測試平臺(tái)，定期開展檢測儀表的全面校準(zhǔn)，保證監(jiān)測結(jié)果的可靠性[6]。

3.3 "優(yōu)化重金屬固化穩(wěn)定化工藝參數(shù)

為提高遼寧省土壤重金屬固化穩(wěn)定化效果，應(yīng)結(jié)合傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法，建立科學(xué)合理的固化劑篩選與工藝優(yōu)化新模式。1）充分考慮重金屬類型及存在形態(tài)，有針對(duì)性地篩選固化劑類別。對(duì)以可交換態(tài)為主的Cd污染土壤，宜選擇氫氧化鈣等強(qiáng)堿性焙燒材料；對(duì)含量較高的硫化鎘，則可選擇磷酸鹽類固化劑。固化劑篩選可采用試驗(yàn)優(yōu)化組合，綜合評(píng)價(jià)不同固化劑對(duì)多種重金屬化學(xué)穩(wěn)定性的影響。2）研究不同土壤類型對(duì)固化過程及產(chǎn)物性質(zhì)的影響[7]。黃壤與潮土等土壤的pH值與有機(jī)質(zhì)、黏土礦物含量差異顯著，會(huì)引起反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及機(jī)理變化從而影響產(chǎn)物質(zhì)量，需要采用X射線光電子能譜表征反應(yīng)界面過程，明確土壤組分的作用機(jī)制。在此基礎(chǔ)上運(yùn)用響應(yīng)面法優(yōu)化配方，使固化產(chǎn)物在不同土壤條件下均能達(dá)到高強(qiáng)度、低溶出的標(biāo)準(zhǔn)。3）建立科學(xué)的固化效果評(píng)價(jià)方法。傳統(tǒng)的毒性特性溶出程序（Toxicity Characteristic Leaching Procedure，TCLP）無法反映產(chǎn)物的長期穩(wěn)定性，需要聯(lián)合采用掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM）等表征手段，清晰描繪污染物在固化材料中的存在狀態(tài)，并進(jìn)行分級(jí)的串聯(lián)提取試驗(yàn)與模擬土壤孵化，系統(tǒng)評(píng)估固化體在不同條件下的溶出動(dòng)力學(xué)過程。

3.4 "推廣應(yīng)用植物修復(fù)技術(shù)

為在遼寧省推廣植物修復(fù)技術(shù)，必須從選育適宜植物、建立工程化模式和完善監(jiān)管機(jī)制3方面入手。1）開展本土植物種質(zhì)資源的系統(tǒng)篩選實(shí)驗(yàn)?？刹捎媚M污染土壤進(jìn)行容器組培試驗(yàn)，評(píng)估不同植物對(duì)典型土壤重金屬的積累量、生物量和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。選擇生長旺盛、積累能力強(qiáng)的種類建立區(qū)域性適宜植物庫，也可以利用組織培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行細(xì)胞遺傳學(xué)篩選，獲得重金屬耐性高的變異型，這些篩選出的區(qū)域優(yōu)良植物是實(shí)現(xiàn)大面積修復(fù)的關(guān)鍵。2）構(gòu)建完整的工程化示范模式。這包括建立規(guī)模化的溫室培育體系，提供充足的植物材料；開發(fā)適宜的生長基質(zhì)，保證植物正常生長；配置自動(dòng)化的營養(yǎng)液供給系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源高效利用。還需要合理設(shè)計(jì)工程進(jìn)度，進(jìn)行分期輪作，確保土壤得以持續(xù)修復(fù)[8]。3）建立健全的植物體安全性評(píng)估與環(huán)境監(jiān)管制度。這需要開展植物體內(nèi)污染物轉(zhuǎn)運(yùn)特性與積累部位的研究；利用毒理學(xué)手段評(píng)估其對(duì)食物鏈的潛在風(fēng)險(xiǎn)；并進(jìn)行長期的環(huán)境監(jiān)測，追蹤可能的遷移轉(zhuǎn)化過程，完善監(jiān)管措施。

4 "結(jié)語

本文分析與建議可為遼寧省土壤污染治理決策提供優(yōu)化策略參考，也可為其他區(qū)域土壤污染科學(xué)治理提供一定借鑒作用。當(dāng)然，土壤污染防治是一個(gè)系統(tǒng)工程，還需要深入研究技術(shù)與管理創(chuàng)新集成，以及法規(guī)完善、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、多方合作等方面的綜合對(duì)策，以期形成土壤污染防治的科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展合力，真正實(shí)現(xiàn)區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量改善和生態(tài)文明建設(shè)。

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（責(zé)任編輯：敬廷桃 "劉寧寧）