園林景觀土壤環(huán)境重金屬污染生物修復(fù)技術(shù)研究

徐曉晨　李馨瞳　趙藝源

關(guān)鍵詞：重金屬含量；園林景觀；生物修復(fù)技術(shù)；重金屬污染；土壤環(huán)境

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

良好的土壤環(huán)境是保障人類社會生存和發(fā)展的基礎(chǔ)與前提。但是土壤環(huán)境受到了重金屬污染，并且污染程度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，受到了國家以及社會大眾的廣泛關(guān)注。土壤環(huán)境重金屬污染元素主要包括鉛、鋅、鉻等，具有難降解、危害大等特性。重金屬污染對植物、人體均存在著不利的影響，需要進(jìn)行深入研究與修復(fù)。

由于園林景觀土壤環(huán)境也受到了不同程度的重金屬污染，極大地影響著園林景觀植物的正常生長及其發(fā)育，甚至?xí)苯訉?dǎo)致植物枯萎死亡，破壞園林景觀整體觀感與綠化性能，并且化學(xué)、物理修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，都會對土壤環(huán)境產(chǎn)生二次污染，致使最終的土壤環(huán)境修復(fù)效果較差，無法滿足目前園林景觀建設(shè)的需求。相關(guān)學(xué)者針對該問題進(jìn)行了深入研究，有部分學(xué)者采用生物炭修復(fù)土壤重金屬污染，有的學(xué)者采用化學(xué)法修復(fù)技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，但是修復(fù)效果達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，因此，提出面向園林景觀土壤環(huán)境重金屬污染的生物修復(fù)技術(shù)研究，希望通過提出的生物修復(fù)技術(shù)最大限度改善園林景觀土壤環(huán)境，為園林景觀的后續(xù)建設(shè)提供一定的幫助。

1土壤環(huán)境重金屬污染生物修復(fù)技術(shù)研究

1.1園林景觀土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

選取某園林景觀部分區(qū)域作為研究對象，并配置相應(yīng)的采樣位置，具體見圖1。

如圖1所示，在選取的園林景觀研究區(qū)域內(nèi)配置了12個(gè)采樣位置，采集12份土壤環(huán)境樣品，對重金屬污染元素進(jìn)行檢測，每種重金屬污染元素的檢測方式不同，檢出限也存在著較大的差異性，“主要檢測的重金屬為鉛（ Pb）、鋅（Zn）、汞（Hg）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鎘（Cd）和砷（As）。采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法檢測鉛元素含量；采用火焰原子吸收分光光度法檢測鋅元素含量；采用原子熒光法檢測汞元素含量；采用高錳酸鉀氧化一二苯碳酰二肼光度法檢測鉻元素含量；采用原子吸收光譜法檢測銅元素含量；采用石墨爐原子吸收分光光度法檢測鎘元素含量；采用二乙基二硫代氨基甲酸銀比色法檢測砷元素含量?！睂?yīng)的檢出限為0.1、0.5、0.002、5、1、0.01和0.01，單位均為mg/kg。通過檢測方式檢測園林景觀土壤環(huán)境樣品中的重金屬元素，以檢測結(jié)果為基礎(chǔ)，計(jì)算土壤單項(xiàng)污染指數(shù)，表達(dá)式為式（1）：

通過上述規(guī)則即可完成園林景觀土壤環(huán)境質(zhì)量的評價(jià)，在評價(jià)中污染指數(shù)大于2的重金屬元素?cái)?shù)量大于1，則認(rèn)定土壤環(huán)境受到了重金屬污染，需要修復(fù)園林景觀土壤環(huán)境。

1.2土壤環(huán)境重金屬污染分布情況探究

以上述園林景觀土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ)，深入探究土壤環(huán)境重金屬污染的分布情況，為后續(xù)生物修復(fù)技術(shù)的制定與執(zhí)行提供幫助。根據(jù)重金屬污染元素檢測結(jié)果，制定土壤環(huán)境重金屬污染分布圖，具體見圖2。

需要注意的是圖2只顯示重金屬污染的分布情況，并不顯示重金屬含量的高低。

上述過程完成了土壤環(huán)境重金屬污染分布圖的制作，可以清晰地觀察到園林景觀土壤環(huán)境中重金屬元素的分布特征，為后續(xù)研究的進(jìn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.3重金屬污染生物修復(fù)技術(shù)制定

生物修復(fù)技術(shù)主要是利用微生物與植物的生命代謝活動(dòng)降低園林景觀土壤環(huán)境中的重金屬元素含量，從而實(shí)現(xiàn)土壤環(huán)境的無害化，達(dá)到土壤修復(fù)的目的。因此，文章研究從微生物、植物兩方面制定重金屬污染生物修復(fù)技術(shù)，修復(fù)園林景觀土土壤，具體修復(fù)技術(shù)如下所示。

1.3.1微生物修復(fù)技術(shù)制定

土壤環(huán)境中微生物單位體積內(nèi)數(shù)量越多，活性越強(qiáng)，產(chǎn)生的酸性物質(zhì)越多，能夠改善土壤環(huán)境的pH值，可以達(dá)到改變重金屬形態(tài)的目的。另外，微生物具有溶解、生物吸附、富集、氧化還原、沉淀微生物的功能，能夠很大限度的降低土壤環(huán)境的重金屬污染程度。但與此同時(shí)，大部分微生物都會受到重金屬元素的影響，致使其活性減弱甚至死亡，因此需要對耐重金屬微生物菌株進(jìn)行篩選與鑒定。

首先，準(zhǔn)備三個(gè)培養(yǎng)基，一是細(xì)菌培養(yǎng)基，培養(yǎng)基內(nèi)部放置10 g蛋白胨，3g牛肉膏，1000 mL蒸餾水；二是真菌培養(yǎng)基，培養(yǎng)基內(nèi)部放置20 g瓊脂，1000 mL蒸餾水，30 g蔗糖，化學(xué)藥品若干；三是淀粉瓊脂培養(yǎng)基，培養(yǎng)基內(nèi)部放置20 g瓊脂，20 g可溶性淀粉，1000 mL蒸餾水，化學(xué)藥品若干。

其次，向土壤環(huán)境樣品中按倍數(shù)添加重金屬污染元素（2倍、4倍、6倍、8倍），在每次重金屬污染元素添加后培養(yǎng)3d。與此同時(shí)，制備不同重金屬濃度的細(xì)菌、真菌與淀粉瓊脂培養(yǎng)基。將培養(yǎng)后的土壤環(huán)境樣品與無菌水進(jìn)行充分混合，將其倒入培養(yǎng)基中繼續(xù)進(jìn)行馴化培養(yǎng)，持續(xù)時(shí)間為3d。當(dāng)菌落長出后，將其移到培養(yǎng)皿中，直至可以提取到單菌落為止。

最后，觀察培養(yǎng)皿中菌落生長情況，選擇生長狀況最佳的培養(yǎng)皿，其提取到的菌種即為耐重金屬微生物的篩選結(jié)果。

除此之外，微生物對重金屬元素的吸附量還會隨著pH值而產(chǎn)生變化。隨著pH值的增加，微生物對重金屬元素的吸附量呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢。當(dāng)pH值為6時(shí)，微生物對重金屬元素的吸附量達(dá)到最大值27 mg/g。因此，在微生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用過程中，盡可能將景觀園林土壤環(huán)境pH值保持在6左右，以此達(dá)到最大化微生物吸附性能，從而更好的改善土壤環(huán)境的重金屬污染狀況。

1.3.2植物修復(fù)技術(shù)制定

植物對重金屬具有一定的富集、吸附作用，這也是生物修復(fù)技術(shù)的核心原理。將植物栽種在重金屬污染嚴(yán)重的土壤環(huán)境中兩年，測定植物中重金屬元素的含量，具體見表1。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知，重金屬元素Pb吸收性能較強(qiáng)的植物為白扦、粗榧與棉帶；重金屬元素Zn吸收性能較強(qiáng)的植物為白扦、金銀木與粗榧；重金屬元素Hg吸收性能較強(qiáng)的植物為丁香、海棠與蒙椴；重金屬元素Cr吸收性能較強(qiáng)的植物為白扦、雪松與砂地柏；重金屬元素Cu吸收性能較強(qiáng)的植物為金銀木、華山松與砂地柏；重金屬元素Cd吸收性能較強(qiáng)的植物為雪松、木槿與紫荊；重金屬元素As吸收性能較強(qiáng)的植物為白扦、金銀木與雪松。

依據(jù)式（3）計(jì)算結(jié)果，選取吸附效率較高的植物進(jìn)行栽種，以此來最大化的吸附土壤環(huán)境中重金屬元素，降低其重金屬污染水平。

2生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用性能測試

2.1測試區(qū)域選擇

選取某園林景觀作為測試區(qū)域，按照100：1的比例將其沙盤化，方便后續(xù)測試工況的變化與設(shè)置，在測試區(qū)域內(nèi)設(shè)置了15個(gè)采樣點(diǎn)，依全部采樣點(diǎn)的平均數(shù)值作為測試數(shù)據(jù)，可以最大限度的提升測試結(jié)果的精準(zhǔn)性。另外，測試區(qū)域范圍較大，內(nèi)部包含建筑、植物等，符合提出技術(shù)應(yīng)用性能的測試需求。

2.2測試工況設(shè)置

單一測試工況獲得的測試結(jié)論不具備可信度。因此，設(shè)置10種不同的測試工況，具體見表2。

如表2數(shù)據(jù)所示，設(shè)置10種測試工況中，重金屬元素鉛（ Pb）、鋅（Zn）、汞（Hg）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鎘（Cd）和砷（As）的含量均不一致，表明每種測試工況的背景條件具備較大的差異性，測試得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論更加具有可信度與說服力。

2.3測試結(jié)果分析

以上述選取的測試區(qū)域，設(shè)置的測試工況為基礎(chǔ)，應(yīng)用重金屬污染土壤微生物修復(fù)研究進(jìn)展（對比技術(shù)1）、攀西礦區(qū)典型重金屬污染土壤化學(xué)一微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)探索（對比技術(shù)2）與提出技術(shù)對土壤環(huán)境重金屬污染進(jìn)行修復(fù)，通過修復(fù)后土壤環(huán)境中重金屬元素的含量來顯示提出技術(shù)的應(yīng)用性能。由于研究篇幅有限，實(shí)驗(yàn)以含量較高的鋅（Zn）、鉻（Cr）與銅（Cu）作為研究對象。通過實(shí)驗(yàn)獲得修復(fù)后土壤環(huán)境中重金屬元素含量，見圖3。

如圖3數(shù)據(jù)所示，提出技術(shù)修復(fù)后土壤環(huán)境中重金屬——鋅（Zn）、鉻（Cr）與銅（Cu）元素含量均低于對比技術(shù)1與2。其中，重金屬元素鋅（Zn）含量在第7種測試工況達(dá)到最小值10 mg/kg，重金屬元素鉻（Cr）含量在第7種測試工況達(dá)到最小值4 mg/kg，重金屬元素銅（Cu）含量在第5種測試工況達(dá)到最小值10 mg/kg，充分證實(shí)了提出技術(shù)具備更好的重金屬污染改善效果，為土壤修復(fù)提供更有效的基礎(chǔ)支撐。

3結(jié)束語

隨著城市建設(shè)步伐的加快，園林景觀建設(shè)力度與規(guī)模逐漸擴(kuò)大，但是污染問題也更加嚴(yán)重，尤其是重金屬污染。傳統(tǒng)的物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)會對土壤環(huán)境產(chǎn)生二次污染，無法滿足園林景觀建設(shè)的需求，故提出面向園林景觀土壤環(huán)境重金屬污染的生物修復(fù)技術(shù)研究。提出技術(shù)應(yīng)用后，首先，在選取的園林景觀研究區(qū)域內(nèi)進(jìn)行采樣，并對其重金屬污染元素進(jìn)行檢測，從微生物、植物兩方面制定生物修復(fù)技術(shù)。其次，對生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用性測試選擇測試區(qū)域，再設(shè)置測試工況。最后，通過對測試結(jié)果分析，園林景觀在技術(shù)修復(fù)后土壤環(huán)境中重金屬含量得到大幅下降，文章技術(shù)具備更好的重金屬污染改善效果，且并不會對土壤環(huán)境產(chǎn)生二次污染，為園林景觀發(fā)展提供有力支撐。