生物修復(fù)技術(shù)在土壤污染治理中的運(yùn)用研究

摘 要：土壤在生態(tài)環(huán)境中扮演著重要的角色。隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增強(qiáng)，工業(yè)企業(yè)加速發(fā)展，廢棄物不斷向土壤表面堆放和傾倒，有害廢水不斷向土壤滲透，大氣中的有害氣體及飄塵也不斷隨雨水降落在土壤中，導(dǎo)致土壤污染。因此，我國需采取相關(guān)技術(shù)對其進(jìn)行修復(fù)，加強(qiáng)對土壤資源的保護(hù)和管理，提高土壤資源的利用率，從而推動社會市場經(jīng)濟(jì)的綠色發(fā)展。基于此，闡述了土壤污染物的種類，分析了生物修復(fù)技術(shù)在土壤污染治理中應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)，提出了有效的優(yōu)化對策。

關(guān)鍵詞：生物修復(fù)技術(shù)；土壤資源；污染治理

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）12–0-03

當(dāng)前，我國的環(huán)境污染較為嚴(yán)重，最主要的是土壤污染，而土壤功能也會因受到污染而無法給植物提供足夠的養(yǎng)分。同時，會使一些有害物質(zhì)積累在植物體內(nèi)，通過食物鏈的形式進(jìn)入人體，從而對人體產(chǎn)生危害。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展，人們的生活也在不斷得到改善，但污水、廢氣等污染物帶來的生態(tài)環(huán)境破壞會產(chǎn)生食品安全問題，難以保證社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，這已經(jīng)成為當(dāng)前各產(chǎn)業(yè)亟須重視和解決的重要問題。這就需要有關(guān)部門通過對土壤進(jìn)行生物修復(fù)，使其恢復(fù)正常的生態(tài)功能。

1 土壤污染概述

1.1 土壤污染的概念

土壤污染是指人為因素導(dǎo)致某種物質(zhì)進(jìn)入陸地表層土壤，引起土壤化學(xué)、物理、生物等方面特性的改變，影響土壤功能和有效利用，危害公眾健康或破壞生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)象。這些物質(zhì)會在土壤中發(fā)生一系列的物理、化學(xué)作用，破壞土壤的成分結(jié)構(gòu)，無法維持自然的動態(tài)平衡，導(dǎo)致土壤的品質(zhì)越來越差，不能為作物的生長和發(fā)育提供養(yǎng)分，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量。此外，土壤污染還會引起如空氣二次污染等環(huán)境問題，影響整個生物鏈的平衡。

1.2 土壤污染物的種類

1.2.1 重金屬物質(zhì)

環(huán)境污染問題在我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有舉足輕重的地位，若不能對其進(jìn)行有效防治，則會給國家?guī)碇卮蟮慕?jīng)濟(jì)損失，難以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。其中，大部分環(huán)境污染問題是由無機(jī)污染物引起的，如鉛、鉻等重金屬，包括重金屬超標(biāo)的農(nóng)藥使用、未經(jīng)特殊處理的工業(yè)廢水隨意排放、大氣重金屬粉塵沉降、含重金屬廢水灌溉農(nóng)田等。無論何種途徑，均會影響土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，且后期修復(fù)和處理過程難度較大[1]。

1.2.2 有機(jī)物

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，為了保證作物的正常生長，經(jīng)常需要施用化肥和噴灑農(nóng)藥。而在實(shí)際生產(chǎn)中，若不有效控制化肥、農(nóng)藥的使用，則會對土壤造成污染。許多農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)由于過量使用化肥和農(nóng)藥，造成土壤有機(jī)質(zhì)含量超標(biāo)，存在大量有機(jī)污染物，對土壤資源的有效利用造成較大影響。

1.2.3 病原微生物

病原微生物來源主要是人畜糞便，糞便中含有大量的致病性微生物。某些灌溉作業(yè)會使用處理后的廢水進(jìn)行灌溉，而廢水中存在致病性微生物，當(dāng)人體暴露于受污染的土壤后，其致病性微生物會危害人類健康。

1.2.4 放射性物質(zhì)

近年來，由于科技的進(jìn)步，我國工業(yè)現(xiàn)代化趨勢越來越明顯。工業(yè)化時代，我國的核技術(shù)得到極大的發(fā)展，在地質(zhì)、科研等各方面都得到了有效的應(yīng)用。當(dāng)前，我國不少區(qū)域的土壤存在核污染物，與其他類型的污染物相比，核污染物質(zhì)的輻射強(qiáng)度更大，其會在生態(tài)系統(tǒng)中不斷傳遞，進(jìn)而影響食物鏈中的所有生物，最終危害人類健康[2]。

2 生物修復(fù)技術(shù)在土壤污染治理中的應(yīng)用

2.1 植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

植物修復(fù)技術(shù)是一種利用植物自身生長與代謝過程，對重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)的重要手段，具有操作簡便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

首先，植物修復(fù)技術(shù)可以通過植物根系從土壤中吸取有害物質(zhì)并積累至植株，篩選出適合的重金屬富集植物，促使其在根系及地上部分吸收重金屬污染物，通過對植物體的采摘與加工，使污染物由土壤向植物遷移，實(shí)現(xiàn)對土壤的污染治理。

其次，利用植物對重金屬的吸附作用，將有毒污染物轉(zhuǎn)變成無毒形態(tài)。植物根系在吸收污染物后，一部分污染物會被運(yùn)輸至植株地上部分，部分污染物經(jīng)植物自身的代謝過程轉(zhuǎn)變成難溶或無毒的污染物，減少對土壤的污染。部分植物在生長時會產(chǎn)生一種特殊的物質(zhì)，這種物質(zhì)能夠?qū)⑽廴疚镛D(zhuǎn)變成揮發(fā)性的氣體，并通過植物的蒸騰作用被排放至空氣。這能有效地降低污染物在土壤中的濃度，從而達(dá)到治理土壤污染的目的。由于植物對重金屬的耐受性和對有機(jī)污染物的吸收能力存在差異，針對不同的污染類型及治理目的，需要選用適宜的植物品種，使其達(dá)到最佳的修復(fù)效果。

最后，根據(jù)植物的生長周期，對其進(jìn)行科學(xué)的管理。在植物生長期間，要密切關(guān)注植物的生長狀況、根系的發(fā)育狀況、對污染物的吸收情況等，保證修復(fù)的有效性和持久性，防止在生長期間對土壤造成二次污染。

2.2 動物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

動物修復(fù)技術(shù)能充分利用動物的生存活動，對土壤進(jìn)行有效的修復(fù)與改良。

首先，蚯蚓等分解能力強(qiáng)的動物可吸收污染物，降低其對土壤的污染程度。通過取食和排泄等方式將污染物轉(zhuǎn)化為更加穩(wěn)定的化學(xué)形態(tài)，減少土壤的污染負(fù)荷。將適當(dāng)數(shù)量的蚯蚓等動物投放至土壤，可以加速污染物降解進(jìn)程，改善土壤生態(tài)環(huán)境。

其次，某些動物能夠吸附并積累特定的污染物，減少土壤中的污染物質(zhì)。例如，鳥、蟲類動物能富集環(huán)境中的重金屬等污染物，間接緩解土壤污染的壓力。動物活動還可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高空氣流通率，進(jìn)而增強(qiáng)其生物學(xué)活性，加速養(yǎng)分循環(huán)。例如，蚯蚓在土壤中打洞，可以提高土壤的通氣性，促進(jìn)微生物的生長與新陳代謝。

最后，將動物修復(fù)與植物修復(fù)相結(jié)合，具有更加全面的修復(fù)作用。引進(jìn)合適的動物可以改良土壤結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)植物根系的生長及對水分的吸收，且動物自身的代謝活性也能對有機(jī)污染物進(jìn)行降解，協(xié)同植物對土壤進(jìn)行修復(fù)[3]。

2.3 微生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

微生物修復(fù)技術(shù)是指通過微生物降解、吸附或沉淀等手段治理土壤中的污染物，該技術(shù)可分為兩類：異位修復(fù)和原位修復(fù)。采用何種處理方式，應(yīng)根據(jù)不同的污染狀況及處理目的而定。其中，異位修復(fù)是將受污染介質(zhì)（土壤、水體）遷移至其他地方進(jìn)行的一種生物修復(fù)技術(shù)，強(qiáng)調(diào)的是通過人工調(diào)控，營造更加適合生物降解的環(huán)境；原位修復(fù)是將被污染的培養(yǎng)基不經(jīng)運(yùn)輸和運(yùn)輸，直接在其原位或易于滯留的地方進(jìn)行的一種生物修復(fù)。微生物修復(fù)技術(shù)通過篩選被污染土壤中的微生物，供給適宜的養(yǎng)分，使其吸收、再循環(huán)，進(jìn)而提高土壤品質(zhì)?？梢岳梦⑸锏拇x作用，將土壤中有害物質(zhì)的分解或?qū)⒅亟饘俜纸獬呻y溶性化合物，達(dá)到修復(fù)土壤環(huán)境的目的。還可以通過微生物代謝產(chǎn)物將重金屬轉(zhuǎn)化為可溶性化合物，再通過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，逐步沉淀成難溶性的沉積物，達(dá)到減少重金屬污染、提高土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的目的。而針對某些特別的污染問題，可選用具備一定降解性能的微生物，篩選出對重金屬有較強(qiáng)富集能力和較強(qiáng)生物毒性的微生物，通過針對性的技術(shù)應(yīng)用，有效增強(qiáng)修復(fù)效果[4]。

3 生物修復(fù)技術(shù)在土壤污染治理中應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

3.1 影響土壤生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

土壤生物修復(fù)過程中所產(chǎn)生的效應(yīng)復(fù)雜且多樣，微生物、動植物等生物的引入與利用，將直接或間接地影響土壤生態(tài)環(huán)境。一方面，生物修復(fù)技術(shù)會使土壤物理、化學(xué)特性發(fā)生變化。在土壤污染治理中，新引入的微生物可能會與原有的微生物產(chǎn)生競爭，進(jìn)而影響土壤的生態(tài)平衡。另一方面，外來物種也會排擠原有物種，進(jìn)而對土壤多樣性與穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。

3.2 技術(shù)消耗的成本費(fèi)用高

首先，生物修復(fù)技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛、環(huán)境友好的技術(shù)，需要消耗大量生物材料，如微生物、動植物等，這種生物材料價格昂貴，且要考慮其活性、適應(yīng)性和運(yùn)輸成本。其次，該技術(shù)的應(yīng)用涉及培養(yǎng)、分離和檢測等設(shè)備儀器，造價高，要考慮維修、系統(tǒng)升級的成本。再次，物修復(fù)技術(shù)是一項(xiàng)耗費(fèi)巨大人力和物力的工程技術(shù)，人力資源包括技術(shù)人員、科研人員、行政人員等，其需要具備專業(yè)的技術(shù)與知識，這就需要考量人力資源的研究與訓(xùn)練成本。最后，污染物質(zhì)的種類、濃度、土壤條件、環(huán)境因子等也會對該技術(shù)的消耗費(fèi)用產(chǎn)生影響，增加土壤修復(fù)的費(fèi)用[5]。

3.3 生物修復(fù)效果受到限制

土壤環(huán)境是影響生物修復(fù)效果的一個重要問題。土壤環(huán)境是指土壤理化、生物性狀、污染物質(zhì)含量等方面，pH值、溫度、濕度、氧化還原狀態(tài)等因素會對微生物、動植物的生長與活性產(chǎn)生重要影響，在一定程度上影響生物修復(fù)的效果。同時，土壤中的營養(yǎng)元素、有機(jī)質(zhì)含量及礦物種類等都會對動植物的生長與活動產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響植物與動物的修復(fù)作用。此外，污染物質(zhì)的種類、含量等因素也會對修復(fù)效果產(chǎn)生一定的影響。在生物修復(fù)中，污染物自身的溶解性、揮發(fā)性和生物有效性，會對微生物的降解產(chǎn)生一定的影響。

3.4 威脅人體健康和生態(tài)安全

在生物污染的治理中，微生物、動植物等引入會對人體健康和生態(tài)安全構(gòu)成極大的威脅。例如，外來微生物的引進(jìn)會影響原有的生物，打破原來的生態(tài)平衡，對環(huán)境造成不利的影響。微生物還具有一定的致病性，對人體健康構(gòu)成威脅。此外，動植物的生長活動會對人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生一定的影響。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，引進(jìn)的動植物與原生物種發(fā)生競爭，或?qū)⑿挛锓N從原生物種中驅(qū)逐出去，都將影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)系統(tǒng)[6]。

4 生物修復(fù)技術(shù)在土壤污染治理中的優(yōu)化對策

4.1 優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)施方案

優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)施生物修復(fù)技術(shù)，需要進(jìn)一步研究和了解生物修復(fù)技術(shù)，以突破其在土壤中的局限性。首先，明確土壤環(huán)境對微生物修復(fù)效率的作用機(jī)理。通過分析土壤理化性質(zhì)、生物特征對微生物與動植物等的影響，探討污染物質(zhì)特性和含量對修復(fù)效率的影響，從而有針對性地優(yōu)化微生物修復(fù)工藝的設(shè)計(jì)與實(shí)施。其次，針對不同的土壤環(huán)境及污染物特性，選用合適的生物材料和處理方法。在對有機(jī)污染物進(jìn)行生物修復(fù)時，可選用具有高降解性能的菌種或經(jīng)基因修飾的微生物；在對重金屬污染進(jìn)行生物修復(fù)時，應(yīng)選用對重金屬有較強(qiáng)吸收能力的動植物。最后，制定一套完整的實(shí)施計(jì)劃，具體內(nèi)容包括制定實(shí)施流程、實(shí)施次數(shù)、實(shí)施劑量等參數(shù)，并制定相應(yīng)的監(jiān)控指標(biāo)與方法。

4.2 減少技術(shù)應(yīng)用的成本

首先，開發(fā)一種高效、廉價的生物處理方法，進(jìn)一步提高微生物、動植物的生長效率和活力，從而達(dá)到減少污染的目的。通過基因工程手段對微生物進(jìn)行改造，使其具有較強(qiáng)的降解性能，縮短修復(fù)周期與減少費(fèi)用。其次，通過優(yōu)化工藝，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)的生物修復(fù)。針對不同的土壤環(huán)境，合理地選擇合適的菌種和接種劑量，達(dá)到提高處理效率、減少投入費(fèi)用的目的。在此基礎(chǔ)上，促進(jìn)各個部門的協(xié)作，企業(yè)、政府、科研院所可以提供技術(shù)、財(cái)政、科研成果等支撐，通過多學(xué)科協(xié)作，減少處理費(fèi)用，促進(jìn)其在土壤污染控制領(lǐng)域的推廣。最后，開展生物修復(fù)技術(shù)示范工程。通過示范工程的演示與宣傳，使廣大群眾進(jìn)一步認(rèn)識到生物修復(fù)技術(shù)在土壤污染控制方面的優(yōu)越性和發(fā)展前景，為我國科技成果的推廣與應(yīng)用提供一個展示與交流的平臺，降低應(yīng)用的成本與門檻[7]。

4.3 強(qiáng)化對環(huán)境影響的評估與監(jiān)測

通過加強(qiáng)對土壤環(huán)境影響的評價與監(jiān)測，可以抑制土壤污染的蔓延。首先，有必要評估生物修復(fù)技術(shù)對環(huán)境的影響。研究內(nèi)容包括引入的微生物、動植物等生物的安全性，以及生物修復(fù)過程中的二次污染評價。在評估時，充分考慮土壤的理化特性、污染物性質(zhì)與濃度、氣候條件等，以保證該技術(shù)的應(yīng)用不會對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。其次，加強(qiáng)對污染物生物修復(fù)效果的監(jiān)測。主要研究內(nèi)容為監(jiān)測有機(jī)體的生長與活性，及其在土壤中的降解與轉(zhuǎn)化。最后，建立健全的監(jiān)測系統(tǒng)，長期監(jiān)測該地區(qū)的治理效果，通過對土壤理化特性、污染物性質(zhì)及濃度的監(jiān)測，以及微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，評估該技術(shù)的長期有效性和穩(wěn)定性[8]。

4.4 加強(qiáng)對技術(shù)的風(fēng)險管控

首先，構(gòu)建一套完整的生態(tài)風(fēng)險評價系統(tǒng)，包含對微生物、動植物等生物的安全評價，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，綜合考慮土壤的理化特性、污染物的性質(zhì)與濃度、氣候等因素，確定其對生態(tài)系統(tǒng)的危害程度。在引入微生物時，盡量選用致病力弱、對環(huán)境危害小的菌種，并通過適宜的接種劑量和生長條件，減輕其對環(huán)境的危害。其次，定期監(jiān)測土壤理化特性、污染物性質(zhì)與濃度、微生物群落結(jié)構(gòu)等，評價動植物的生長與行為。最后，建立一套包含風(fēng)險辨識、評估、應(yīng)對與恢復(fù)的應(yīng)急計(jì)劃，并明確有關(guān)人員的責(zé)任與工作流程。同時，加大宣傳力度，使廣大群眾對該生物修復(fù)的原理、作用及潛在的危害有清晰的認(rèn)識，從而對該技術(shù)的執(zhí)行過程進(jìn)行監(jiān)管[9]。

5 結(jié)束語

生物修復(fù)技術(shù)是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ耐寥佬迯?fù)方法，能有效地解決土壤污染問題，促進(jìn)土壤生態(tài)修復(fù)與保護(hù)。但當(dāng)前該技術(shù)仍面臨著土壤環(huán)境影響大、治理效果受限、成本較高等問題，且具有一定的風(fēng)險性。因此，在應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)處理土壤污染的過程中，需要強(qiáng)化對其環(huán)境影響的評價與監(jiān)控，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)施方案、降低費(fèi)用、強(qiáng)化風(fēng)險管理與控制，保證其安全與可持續(xù)發(fā)展。

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收稿日期：2024-09-11

作者簡介：高燕（1983—），女，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，高級工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程、生態(tài)環(huán)境保護(hù)。