生物修復(fù)技術(shù)在土壤污染治理中的應(yīng)用研究

程 科

（陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)榆林分公司，陜西 榆林 719000）

當(dāng)前，我國(guó)土壤污染十分嚴(yán)重，不僅會(huì)大大降低農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，還會(huì)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品造成不同程度的污染。如果誤食已經(jīng)被污染的產(chǎn)品，人體健康將會(huì)受到嚴(yán)重威脅。如何科學(xué)有效地治理土壤污染，已經(jīng)成為當(dāng)前科研人員深思的重要課題。

1 生物修復(fù)技術(shù)分類(lèi)

1.1 微生物修復(fù)技術(shù)

簡(jiǎn)單地說(shuō)，微生物修復(fù)技術(shù)是指技術(shù)人員利用土壤中微生物降解有害物質(zhì)的功能，或是采取人工方式培養(yǎng)出適量的微生物補(bǔ)充到土壤里，以實(shí)現(xiàn)降解有害物質(zhì)的目的，繼而從根本上起到凈化土質(zhì)的作用[1-3]。值得一提的是，土壤自身就具有除去有害物質(zhì)的微生物，通常，污染物大都會(huì)被這些微生物降解。然而，隨著化肥、農(nóng)藥等大量施入土壤中，微生物的降解能力嚴(yán)重下降，人們逐漸將目光放在人工培育上，科學(xué)運(yùn)用微生物對(duì)已經(jīng)受到污染的土壤進(jìn)行改良。

1.2 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)是指技術(shù)人員運(yùn)用自然生長(zhǎng)的植物汲取、降解土壤中的有害物質(zhì)，或者借助植物的光合作用對(duì)空氣中的污染物進(jìn)行吸納，繼而起到凈化空氣的作用[2]。不同植物對(duì)有害物質(zhì)的吸收能力不盡相同，一些植物只對(duì)一種有害物質(zhì)有效，而某些植物能夠吸收不同種類(lèi)的污染物。因此，技術(shù)人員在使用時(shí)要熟練掌握植物特征，深度剖析土壤污染物種類(lèi)，靈活選用植物，對(duì)癥下藥，繼而達(dá)到全面清除污染物的效果。

1.3 動(dòng)物修復(fù)技術(shù)

這種修復(fù)技術(shù)主要借助土壤中的某些低等動(dòng)物及其體內(nèi)的微生物來(lái)對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化與降解，繼而從根本上清除污染物[4-5]。土壤自身就有除去有害物質(zhì)的微生物，然而在眾多污染物的干擾下，很多物生物紛紛死亡，不僅不能降解污染物，反而導(dǎo)致其慢慢沉淀，最終影響土壤肥力。為此，技術(shù)人員可以借助動(dòng)物修復(fù)技術(shù)妥善治理土壤污染，提升土壤肥力。該技術(shù)具有一定的局限性，目前其主要應(yīng)用在有機(jī)物和農(nóng)藥污染土壤的修復(fù)、富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)方面，而重金屬污染土壤的動(dòng)物修復(fù)機(jī)理依然處于研究階段。

1.4 聯(lián)合生物修復(fù)技術(shù)

聯(lián)合生物修復(fù)技術(shù)是指技術(shù)人員綜合運(yùn)用兩種或兩種以上技術(shù)手段，對(duì)被污染的土壤進(jìn)行修復(fù)。近年來(lái)，該技術(shù)得到了人們的普遍認(rèn)可，并取得了突出的成就。其中，使用最多的是植物和微生物聯(lián)合修復(fù)方式，其結(jié)合微生物對(duì)土壤中的污染物進(jìn)行降解，植物根部能夠吸收污染物，兩者互相作用，繼而修復(fù)土壤。

2 影響污染土壤生物修復(fù)的主要因素

2.1 污染物性質(zhì)

通常，結(jié)構(gòu)單一的污染物比結(jié)構(gòu)復(fù)雜的更容易降解，分子量小的污染物比分子量大的更容易降解。原因是無(wú)論聚合物還是高分子化合物都不能在最短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞中，微生物的胞內(nèi)酶也無(wú)法對(duì)其產(chǎn)生反應(yīng)，由于其分子過(guò)大，微生物的胞外酶無(wú)法接近并損壞相關(guān)反應(yīng)。本文將石油烴作為論述對(duì)象，相關(guān)研究表明，微生物可以有效降解石油中的飽和烴和輕質(zhì)芳香烴組分，而其中的重質(zhì)芳香烴、樹(shù)脂等物質(zhì)則無(wú)法充分降解。一般而言，芳香族化合物的生物降解性比脂肪族差，其包含的苯環(huán)數(shù)目較多，有著較強(qiáng)的穩(wěn)定性，生物降解能力不高。相關(guān)研究表明，無(wú)論是單環(huán)鏈烷烴還是鏈烷烴，都可以被微生物氧化利用而除去，但是芳香烴和環(huán)烷烴降解難度較大，容易富集在土壤里。

化學(xué)官能團(tuán)的種類(lèi)和具體位置都會(huì)影響污染物的降解能力。例如，氨基、羥基等官能團(tuán)的取代作用可以大大提升芳香烴的化學(xué)性能。但是，氯取代基、硝基的取代作用會(huì)逐漸降低芳香烴的可降解能力。對(duì)氯代芳香化合物生物降解進(jìn)行深度剖析可知，高電負(fù)性的氯原子以自身較強(qiáng)的吸附性來(lái)吸附苯環(huán)上的電子，促使苯環(huán)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的疏電子環(huán)而無(wú)法被微生物氧化[6-8]。當(dāng)氯取代基數(shù)量呈上升趨勢(shì)時(shí)，氯代芳香化合物的生物降解能力就會(huì)逐漸變?nèi)?。不僅如此，取代基的相對(duì)位置會(huì)導(dǎo)致生物降解性能存在較大差異。三種二氯苯呈現(xiàn)出鄰位＞間位＞對(duì)位的關(guān)系。

一般情況下，受到污染的土壤中有機(jī)污染物往往屬于外源性物質(zhì)，因?yàn)樽陨砘瘜W(xué)性質(zhì)復(fù)雜，一般難以被生物降解。長(zhǎng)期以來(lái)，很多研究人員致力于研究外源性物質(zhì)的降解性評(píng)價(jià)、降解菌株分離等，并獲得了一系列成就。

2.2 環(huán)境因子

2.2.1 溫度

溫度與微生物的正常生長(zhǎng)和代謝密切相關(guān)，人們可以通過(guò)改變有害物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)來(lái)干擾生物降解過(guò)程。

當(dāng)前，諸多生物修復(fù)在中溫環(huán)境（20～40℃）下開(kāi)展，這一溫度為微生物的快速生長(zhǎng)和代謝創(chuàng)造了有利條件，因?yàn)槲⑸镌诘蜏丨h(huán)境下生長(zhǎng)速度緩慢，代謝活性也不高。相關(guān)研究表明，當(dāng)溫度不大于10℃時(shí)，石油烴類(lèi)的降解速度非常緩慢[9-10]。在氣候寒冷的地區(qū)，技術(shù)人員可以采取覆蓋塑料薄膜等手段增強(qiáng)溫度，為加快生物降解速度提供保障?，F(xiàn)階段，針對(duì)高冷和高溫等特殊環(huán)境來(lái)說(shuō)，生物修復(fù)主要研究方向是探索最為適宜的降解菌，有學(xué)者就從沙漠中提取出嗜熱菌，該菌在低于60℃時(shí)依然具備降解能力。

對(duì)石油污染治理進(jìn)行深入研究，人們發(fā)現(xiàn)，在低溫環(huán)境下，石油黏度提高，短鏈有毒烷烴揮發(fā)性逐漸降低而水溶性不斷提升，增強(qiáng)生物降解作用；當(dāng)溫度比較高時(shí)，烷類(lèi)的毒性會(huì)逐漸增加，同時(shí)會(huì)制約微生物降解作用，最佳溫度應(yīng)當(dāng)保持在30～40℃。

2.2.2 土壤種類(lèi)

技術(shù)人員使用生物修復(fù)技術(shù)時(shí)，必須考慮土壤種類(lèi)因素的影響。生物修復(fù)適合采用黏性較小的砂質(zhì)土，而粘性大的則不適用。土壤滲透性的優(yōu)劣是影響生物修復(fù)成敗的關(guān)鍵，所以針對(duì)滲透性較強(qiáng)的土壤來(lái)說(shuō)，無(wú)論是營(yíng)養(yǎng)物還是電子受體的傳質(zhì)速度都非常快，從而為加快生物反應(yīng)速度提供保障。而滲透性不強(qiáng)的土壤中出現(xiàn)的狀況恰好相反。

2.3 生物體本身

污染土壤生物修復(fù)主要利用微生物、部分真菌和植物進(jìn)行修復(fù)。土壤中的微生物種類(lèi)和數(shù)量龐大，有諸多已經(jīng)受到污染但具有降解功能的微生物種群。長(zhǎng)期與污染物接觸后，土著微生物能夠適應(yīng)環(huán)境變化而產(chǎn)生降解效果。土著微生物有著較強(qiáng)的適應(yīng)能力和降解能力，在相關(guān)修復(fù)工程中得到廣泛使用。然而，其同樣存在不足之處，如生長(zhǎng)速度緩慢、代謝速度不高等，尤其是當(dāng)受到高濃度生物外源性物質(zhì)污染時(shí)，技術(shù)人員就要接種高效降解菌[11]。一種快速有效的手段是直接從污染地區(qū)分離篩選降解菌，通過(guò)富集強(qiáng)化后才能使用；另一種手段就是依賴(lài)分子遺傳工程方式建立基因工程菌。未來(lái)，降解菌不但要適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境變化，而且要經(jīng)受住土著微生物的競(jìng)爭(zhēng)，所以應(yīng)當(dāng)使用足夠的接種微生物以形成優(yōu)越性，為加快生物降解速度提供保障。

3 生物修復(fù)技術(shù)在土壤污染治理上應(yīng)用時(shí)要注意的問(wèn)題

3.1 篩選高效的降解菌

生物修復(fù)技術(shù)是指通過(guò)微生物和土壤里的有害物進(jìn)行充分作用，達(dá)到消除污染的效果，篩選最為適宜的降解菌是生物修復(fù)的基礎(chǔ)條件。為了增強(qiáng)應(yīng)用效果，技術(shù)人員盡可能挑選出對(duì)污染物適應(yīng)性強(qiáng)的微生物[12-13]。從土壤污染程度來(lái)講，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合土壤污染實(shí)際情況選擇最為適宜的降解菌。例如，針對(duì)有機(jī)氯農(nóng)藥污染，技術(shù)人員可以使用芽孢桿菌、棒狀桿菌；針對(duì)五氯硝基苯污染，盡可能使用鏈霉菌屬、諾卡氏菌[14-16]。

3.2 針對(duì)性地選擇微生物

當(dāng)前，人們?yōu)榱颂岣咿r(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量而使用很多農(nóng)藥和化肥，長(zhǎng)此以往就會(huì)給微生物的生存環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的影響。微生物降解污染物的速度本來(lái)就很慢，諸多污染物的肆意侵入致使微生物無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)完全清除污染，甚至某些土壤中的微生物被污染后就不會(huì)再生長(zhǎng)[17]?，F(xiàn)階段，技術(shù)人員使用的生物修復(fù)技術(shù)就是利用這一原理去除污染的，即在土壤中創(chuàng)造出和微生物匹配的環(huán)境，同時(shí)在土壤中添加適量的氧氣、營(yíng)養(yǎng)鹽等，這樣才能培養(yǎng)出降解能力強(qiáng)的微生物，以便有效去除土壤中的污染物，最終達(dá)到凈化土質(zhì)的效果。值得一提的是，不同土壤存在不同的污染源，因此技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體狀況培養(yǎng)合適的微生物群，以便對(duì)癥下藥，提高利用效率[18-19]。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，我國(guó)面臨嚴(yán)峻的土壤污染窘境。生物修復(fù)技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，人們可以應(yīng)用該技術(shù)來(lái)有效治理土壤復(fù)合污染，彌補(bǔ)傳統(tǒng)土壤污染修復(fù)技術(shù)的缺陷，從根本上保障土壤污染獲得全面的治理。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新技術(shù)的不斷推廣，生物修復(fù)技術(shù)將會(huì)在土壤污染治理中具有更大的發(fā)展前景。