國家儲備林重金屬污染生態(tài)修復(fù)計算研究

關(guān)鍵詞：國家儲備林；重金屬污染；生態(tài)修復(fù)策略；生態(tài)修復(fù)成效

中圖分類號：X171.4 文獻標志碼：A

前言

重金屬污染是國家儲備林建設(shè)過程中最難以跨越的障礙。重金屬元素一旦進入土壤中，很難被降解和轉(zhuǎn)移，會很長時間留在土壤中，破壞土壤中的有機物，影響地面植物的生長。面對這種情況，進行國家儲備林重金屬污染生態(tài)修復(fù)至關(guān)重要。

在上述背景下很多專家和學(xué)者都提出了自己的觀點。例如金明蘭等人研究了植物的修復(fù)過程，首先按照5點法采集了實驗所需的存在重金屬污染的土壤樣品，然后以4種植物作為修復(fù)方法，最后測定了多個評定指標，以此確定生態(tài)修復(fù)效果。莫思琪等人分析了根系分泌物在重金屬土壤污染中作用，首先對根系分泌物的組成與功能進行了分析，然后制備根系分泌物，最后研究其生理生態(tài)作用。豐土根等人首先選取了9個典型采樣點并采用梅花法采集了土壤樣品，然后利用XRF分析儀對土壤樣品進行重金屬含量檢測，分析了潛在生態(tài)危害程度，再然后提出了焙燒修復(fù)方案，確定了修復(fù)方案中焙燒溫度、焙燒時間兩個重要參數(shù)，最后分析了焙燒修復(fù)效果。

前人研究中提出了生態(tài)修復(fù)方法雖然都取得了一定的修復(fù)效果，但是具有很大的局限性，單一類型的修復(fù)方式取得的修復(fù)效果有限，且花費的修復(fù)時間也較長。針對上述問題，進行國家儲備林重金屬污染生態(tài)修復(fù)計算研究具有現(xiàn)實意義。

1材料與方法

1.1重金屬污染土壤樣品采集

某一國家儲備林在建設(shè)前，原屬于農(nóng)業(yè)用地，因此在該地區(qū)遍布磷肥、稻瘟凈等產(chǎn)品，長年累月下來，存在嚴重的重金屬污染。以該國家儲備林地區(qū)為例，設(shè)置采樣點，進行重金屬污染生態(tài)修復(fù)計算研究。（見圖1）

從圖1中可以看出，重金屬污染土壤樣品采樣點共計11個。在每個采樣點處按照梅花采樣法進行采樣。

1個中心采樣點和4個頂點采集土壤各1000g，采集五個不同深度設(shè)置為-10cm，然后去除表面雜物，最后將5000g土壤混合在一起，作為各個采樣點處的重金屬污染土壤樣品，共計11個。將這11個土壤樣品放人到密封袋中，運回實驗室。在實驗中利用X射線熒光光譜儀進行重金屬污染濃度檢測。檢測結(jié)果見表1。

對比國家頒布的《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB15618-1995），該區(qū)域土壤質(zhì)量均不符合要求，存在嚴重的土壤污染。

1.2設(shè)備與試劑

生態(tài)修復(fù)模擬過程中所需要的設(shè)備和試劑見表2。

1.3重金屬污染生態(tài)修復(fù)策略

采用單一的修復(fù)方式并不能很好地達到預(yù)期。針對這一點，提出一種復(fù)合修復(fù)策略。具體過程如下：

步驟1：對采集的土壤樣本進行處理。

（1）將土壤樣品放置到自然風(fēng)干狀態(tài)。

（2）去除土壤中較大的雜物，如樹葉、石子以及其它雜物。

（3）對土壤進行碾碎處理。

（4）對土壤進行過篩處理。

（5）利用烘干箱烘干至恒重，并記錄數(shù)值。

步驟2：基于化學(xué)法的重金屬污染生態(tài)修復(fù)。由于所研究區(qū)重金屬污染程度較大，因此需要利用化學(xué)技術(shù)快速去除其中的大部分污染物質(zhì)，加快后期生物修復(fù)的速度。具體過程如下：

（1）組裝淋洗裝置。

（2）淋洗劑制備。首先量取500 ml的檸檬酸，然后倒人到燒杯當中，然后再量200 ml的皂素，仍然倒人到燒杯當中。將二者充分攪拌混合后，一邊利用自動控溫電熱板加熱，一邊倒人1000 ml的蒸餾水進行稀釋，然后再加入雙氧水，靜置2h，完成淋洗劑制備。

（3）將土壤樣品放人到污染土壤倉當中，將淋洗劑放人噴灑裝置中。

（4）設(shè)置噴灑速度1 mL/min和水霧狀態(tài)。

（5）從污染土壤倉上部垂直進行淋洗，淋洗時間設(shè)置為1h。

（6）將淋洗過后的土壤利用純凈水進行沖洗。

（7）利用電熱鼓風(fēng)干燥箱對土壤樣品進行風(fēng)干處理。

（8）稱重并完成土壤淋洗工作。

步驟3：化學(xué)改良劑。淋洗后的土壤樣品并不適合下一環(huán)節(jié)生物修復(fù)，因此為打造良好的生物環(huán)境，需要利用土壤改良劑改良土壤的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)，使其更適宜于植物生長。所選擇的土壤改良劑為鈣鎂磷肥。

步驟4：基于生物法的重金屬污染生態(tài)修復(fù)。生物法是所有生態(tài)修復(fù)方式中最為有效的，但缺點是效率較慢。在上述淋洗后的土壤樣品基礎(chǔ)上，利用植物進行生態(tài)修復(fù)。

（1）選取供試植物為蘆竹。該植物耐寒耐熱，又耐澇耐旱，可以在貧瘠的土壤中存活。

（2）在實驗基地培育蘆竹至成年期，長成成年植株。

（3）將長好的蘆竹植株移栽至預(yù)先準備的盆內(nèi)，每個盆內(nèi)的土壤為1～11號樣品。

（4）將盆栽放人到生態(tài)模擬實驗室內(nèi)進行盆栽實驗，如圖3所示。該實驗室內(nèi)無論是光照、氣候還是溫度均參照國家儲備林研究區(qū)自然環(huán)境進行設(shè)置。

（5）生態(tài)修復(fù)期限為30天，每1天都利用X射線熒光光譜儀進行測定一次。經(jīng)過上述過程，完成國家儲備林重金屬污染模擬生態(tài)修復(fù)過程。

（注：研究區(qū)整體修復(fù)效果通過平均值來評判。）

從表3中可以看出，經(jīng)過復(fù)合修復(fù)法對國家儲備林研究區(qū)土壤樣品進行生態(tài)修復(fù)后，綜合污染指數(shù)有了很大的降低，污染等級由之前的高污染、較高污染下降到了未污染、較低污染。由此證明了生態(tài)修復(fù)效果。

2.2土壤重金屬修復(fù)率

按照公式（3）和（4）計算復(fù)合修復(fù)法修復(fù)過程中的土壤重金屬修復(fù)率。結(jié)果見圖2。

從圖2中可以看出，各個土壤樣品中的各個重金屬元素的修復(fù)率均在80%、90%以上，研究區(qū)整體修復(fù)率90%以上，由此說明所研究修復(fù)策略應(yīng)用效果較好，實現(xiàn)了重金屬污染均衡處理。

2.3土壤重金屬修復(fù)速度

按照公式（5）和（6）計算復(fù)合修復(fù)法修復(fù)過程中的整體重金屬修復(fù)率。結(jié)果見圖3。

從圖3中可以看出，研究區(qū)整體重金屬修復(fù)率先是大幅度上升，直至17、18天時達到最大，之后開始下降，最后30天的時候達到16.35 mg·kg^-1/d。之所以出現(xiàn)下降情況是因為植物吸收到一定程度會逐漸趨于飽和，需要經(jīng)過轉(zhuǎn)化才能繼續(xù)吸收。另外，也是因為隨著植物的吸收，土壤中的重金屬元素在逐漸減少，導(dǎo)致無充足的重金屬元素供給植物吸收。二者共同作用下出現(xiàn)了修復(fù)速度下降的情況。

3結(jié)語

如今國家儲備林的建設(shè)至關(guān)重要，而在國家儲備林建設(shè)前，污染治理尤其是重金屬污染是國家儲備林建設(shè)過程中最難以跨越的障礙。在此背景下，以國家儲備林重金屬污染生態(tài)修復(fù)為研究目標，以某國家儲備林區(qū)為例，采集11個土壤樣品，針對每一個土壤樣品實施化學(xué)+生物的復(fù)合修復(fù)策略，通過對采集的土壤樣本進行處理、基于化學(xué)法的重金屬污染生態(tài)修復(fù)、利用土壤改良劑改良土壤的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)、基于生物法的重金屬污染生態(tài)修復(fù)多步驟完成國家儲備林重金屬污染模擬生態(tài)修復(fù)過程，并通過測定修復(fù)前后土壤樣品中重金屬污染濃度值、分析修復(fù)前后綜合污染指數(shù)和土壤重金屬修復(fù)率及修復(fù)過程中土壤重金屬修復(fù)速度，證明了文章所研究修復(fù)策略的有效性。