基于生態(tài)安全格局的含能材料污染場地土壤可持續(xù)修復(fù)研究

摘要：為了評估植物－微生物組合可持續(xù)修復(fù)技術(shù)的有效性，提出基于生態(tài)安全格局的含能材料污染場地土壤可持續(xù)修復(fù)研究。針對識別的生態(tài)源、生態(tài)廊道以及提取的生態(tài)節(jié)點(diǎn)，使用植物－微生物組合可持續(xù)修復(fù)技術(shù)實(shí)施含能材料污染場地土壤可持續(xù)修復(fù)。對于其他地區(qū)，使用微生物可持續(xù)修復(fù)技術(shù)實(shí)施含能材料污染場地土壤可持續(xù)修復(fù)。當(dāng)微生物菌劑按接種比例為5％時，三種含能化合物的降解率均逐漸增加。當(dāng)比例為10％時，NT、RDX、HMX的降解率均有所提升。植物－微生物組合可持續(xù)修復(fù)技術(shù)與微生物可持續(xù)修復(fù)技術(shù)均較為有效。

關(guān)鍵詞：生態(tài)安全格局；生態(tài)源；含能材料污染；土壤可持續(xù)修復(fù)

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速和能源需求的不斷增長，含能材料在生產(chǎn)、使用和處理過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。含能材料主要指炸藥、火藥、推進(jìn)劑和煙花爆竹等，這些材料在生產(chǎn)、儲存和使用過程中，可能會釋放有毒有害物質(zhì)。因此，開展含能材料污染場地土壤的可持續(xù)修復(fù)研究，對于保護(hù)環(huán)境和人體健康具有重要意義。含能材料污染場地的修復(fù)一直是世界各國面臨的難題。傳統(tǒng)的修復(fù)方法為物理修復(fù)方法，主要包括挖掘、填埋和固化等，這些方法雖然可以部分解決污染問題，但往往存在成本高、難以處理深層污染等問題。因此，開展可持續(xù)修復(fù)研究，尋找更加有效的修復(fù)方法是當(dāng)前亟待解決的問題。為尋找更加有效的修復(fù)方法，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究。一些新型的納米材料和微生物技術(shù)在修復(fù)含能材料污染場地方面表現(xiàn)出良好的效果。此外，一些新的修復(fù)方法如光催化氧化、電化學(xué)還原等也逐漸應(yīng)用于含能材料污染場地的修復(fù)。然而c5c13f88bda8964edc5382ec986a2fb11990ac6cafe30efc1c9e7701530c7a84，這些方法往往存在一些問題，如處理不徹底、易產(chǎn)生二次污染等。因此從生態(tài)安全格局角度出發(fā)開展含能材料污染場地土壤可持續(xù)修復(fù)方面的研究，為中國含能材料污染場地的修復(fù)提供新的思路和方法。

1研究區(qū)域與研究方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)域?yàn)槲鞑磕呈?，區(qū)域內(nèi)含有含能材料生產(chǎn)廠家，對周邊環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。研究區(qū)域內(nèi)的土壤受到了含能材料污染后，存在嚴(yán)重的安全隱患。

該區(qū)域的土地利用類型以工業(yè)用地和農(nóng)業(yè)用地為主。工業(yè)園區(qū)內(nèi)分布著多家含能材料生產(chǎn)廠家，這些廠家在為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)的同時，也給周邊環(huán)境帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響。

在土壤方面，該研究區(qū)域的土壤類型為砂壤土和粘壤土，其中受污染的區(qū)域以砂壤土為主。由于含能材料的影響，土壤中的重金屬和有機(jī)污染物含量較高，導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，植被覆蓋率降低，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受損。由于土壤污染，生態(tài)系統(tǒng)被破壞，生物多樣性降低，土壤侵蝕和土地退化現(xiàn)象嚴(yán)重。同時，由于環(huán)境污染，當(dāng)?shù)鼐用竦慕】凳艿接绊?，生活質(zhì)量下降。因此，實(shí)施土壤可持續(xù)修復(fù)對于該區(qū)域具有重要意義。

1.2基于生態(tài)安全格局的生態(tài)源識別、生態(tài)廊道識別以及生態(tài)節(jié)點(diǎn)提取

基于生態(tài)安全格局概念實(shí)施研究區(qū)域的生態(tài)源識別、生態(tài)廊道識別以及生態(tài)節(jié)點(diǎn)提取。以下是詳細(xì)的識別與提取過程。

1.2.1數(shù)據(jù)收集

收集研究區(qū)域內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，包括地理信息數(shù)據(jù)、環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)、植被分布數(shù)據(jù)等。在地理信息數(shù)據(jù)收集中，使用全球定位系統(tǒng)和遙感衛(wèi)星圖像等設(shè)備來收集地理信息數(shù)據(jù)。在環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)收集中，使用了空氣質(zhì)量監(jiān)測儀、水質(zhì)分析儀和土壤檢測儀等設(shè)備來收集環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)。在植被分布數(shù)據(jù)收集中，使用了無人機(jī)和高清相機(jī)等設(shè)備來收集植被分布數(shù)據(jù)。

以下是測量和記錄的全過程：

（1）地理信息數(shù)據(jù)測量和記錄：使用GPS設(shè)備在研究區(qū)域內(nèi)實(shí)地測量，記錄研究區(qū)域內(nèi)的地理位置和地形。同時，還使用遙感衛(wèi)星圖像對研究區(qū)域?qū)嵤┐竺娣e的地形和地貌信息獲取。

（2）通過空氣質(zhì)量監(jiān)測儀測量研究區(qū)域內(nèi)的空氣污染物濃度，通過水質(zhì)分析儀分析研究區(qū)域內(nèi)的水體質(zhì)量，利用土壤檢測儀檢測研究區(qū)域內(nèi)的土壤質(zhì)量和成分。

（3）植被分布數(shù)據(jù)測量和記錄：通過無人機(jī)飛越研究區(qū)域，獲取高清晰度的植被分布圖像，利用高清相機(jī)近距離拍攝植被分布情況。拍攝完成后，對獲取的圖像實(shí)施后期處理和分析，提取出植被的類型、分布范圍、生長狀況等信息。

1.2.2生態(tài)源識別

在數(shù)據(jù)收集與分析的基礎(chǔ)上，識別研究區(qū)域內(nèi)的生態(tài)源。生態(tài)源通常包括水體、林地、草地等，這些生態(tài)源對周邊環(huán)境產(chǎn)生積極的影響，能夠提供多種生態(tài)服務(wù)。

1.2.3生態(tài)廊道識別

在研究區(qū)域內(nèi)，生態(tài)廊道是指連接各個生態(tài)源的線性或帶狀結(jié)構(gòu)，通常由植被、河流或道路等構(gòu)成。通過分析地理信息數(shù)據(jù)和環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，識別出主要的生態(tài)廊道。此外，還利用遙感技術(shù)和GIS技術(shù)對生態(tài)廊道實(shí)施精細(xì)識別和分析。研究區(qū)域中共識別出了42條生態(tài)廊道。

1.2.4生態(tài)節(jié)點(diǎn)提取

在生態(tài)廊道的基礎(chǔ)上，提取出重要的生態(tài)節(jié)點(diǎn)。生態(tài)節(jié)點(diǎn)是指廊道上的關(guān)鍵部位，如交叉點(diǎn)、連接點(diǎn)等，對維護(hù)整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生物多樣性具有重要作用。通過分析生態(tài)廊道的分布和特點(diǎn)，利用GIS技術(shù)提取出主要的生態(tài)節(jié)點(diǎn)。研究區(qū)域中共提取出了152個生態(tài)節(jié)點(diǎn)。

1.3研究方法

針對識別的生態(tài)源、生態(tài)廊道以及提取的生態(tài)節(jié)點(diǎn)，使用植物－微生物組合可持續(xù)修復(fù)技術(shù)實(shí)施含能材料污染場地土壤可持續(xù)修復(fù)。對于其他地區(qū)，由于面積過大，使用微生物可持續(xù)修復(fù)技術(shù)實(shí)施含能材料污染場地土壤可持續(xù)修復(fù)。

在實(shí)驗(yàn)的第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天，分別采集盆內(nèi)深處的土壤，檢測其含能化合物的含量，計算含能化合物的降解率。

（1）TNT含量的測定采用了高效液相色譜法。色譜分析具體的檢測條件如下：色譜柱采用Poroshell 120，EC-C18 2.7 um，4.6×100 mm；注入體積為5uL；柱溫設(shè)定為33℃；流動相比例為水：甲醇=60：40；流動相流速為1 mL/min；檢測器波長設(shè)定為254 nm；洗脫時間為16 min。標(biāo)準(zhǔn)樣品采用EPA8095B與EPA 8095A的1：1混合液。

（2）RDX殘留量的檢測：采用變色酸分光光度法來檢測溶液中的RDX殘留量。將離心管中的混合溶液實(shí)施離心處理（4℃，5 000轉(zhuǎn)/分，8分鐘），然后吸取上清液1毫升至比色管中。在80℃的水浴條件下，揮發(fā)丙酮。接著加入1.5毫升的濃硫酸，混合均勻后放置20分鐘。再加入5毫升的水和1毫升濃度為10克·升-1的變色酸鈉溶液，充分混合。再加入3毫升的濃硫酸，混合均勻后進(jìn)行沸水浴反應(yīng)25分鐘。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，在580納米波長下測定吸光度。最后，根據(jù)校準(zhǔn)曲線的制備來確定溶液中RDX的濃度。

（3）HMX殘留量的檢測方法：采用萘乙二胺分光光度法檢測培養(yǎng)基中的HMX濃度。將離心管中的混合溶液進(jìn)行離心處理（4℃，5 000轉(zhuǎn)/分，8分鐘），然后吸取上清液1毫升至比色管中。加入6毫升10％（質(zhì)量／體積）NaOH溶液，在90℃的水浴中加熱30分鐘，冷卻后用鹽酸溶液（37％濃鹽酸：水=1：5）中和。再加入3毫升對氨基苯磺酸溶液（0.7克對氨基苯磺酸溶于50℃超純水，加入28毫升冰乙酸，使用超純水稀釋至100毫升）和5毫升冰醋酸，放置10分鐘。然后加入3毫升0.1％（質(zhì)量／體積）萘乙二胺溶液，放置15分鐘。最后，將溶液稀釋至50毫升，在540納米處測定吸光度。通過制備校準(zhǔn)曲線來確定HMX殘留物的濃度。

2土壤可持續(xù)修復(fù)結(jié)果分析

2.1其他地區(qū)的生態(tài)節(jié)點(diǎn)的含能材料污染場地土壤可持續(xù)修復(fù)結(jié)果分析

對于其他地區(qū)，采用的修復(fù)方法是微生物修復(fù)技術(shù)。當(dāng)微生物菌劑按接種比例為5％時，第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天時，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率測試情況見表1。

通過表1可知，隨著時間的推移，三種含能化合物的降解率均逐漸增加，表明微生物菌劑在降解這些含能化合物方面發(fā)揮了積極作用。在各個時間點(diǎn)上，TNT的降解率略高于RDX和HMX。因?yàn)門NT的化學(xué)結(jié)構(gòu)相對較容易受到微生物攻擊。然而，RDX和HMX的降解率也表現(xiàn)出較高的水平，表明微生物菌劑對這三種含能化合物都具有較好的降解效果。

當(dāng)微生物菌劑按接種比例為10％時，第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天時，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率測試情況見表2。

通過表2可知，在微生物菌劑按接種比例為10％時，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率均有所提升，但提升幅度較小，因此實(shí)際上在微生物菌劑按接種比例為5％時即可達(dá)到較為良好的效果。

2.2生態(tài)源、生態(tài)廊道以及提取的生態(tài)節(jié)點(diǎn)的含能材料污染場地土壤可持續(xù)修復(fù)結(jié)果分析

對于識別以及提取區(qū)域。采用的修復(fù)方法是植物一微生物組合修復(fù)技術(shù)。當(dāng)選擇的植物為紫花苜蓿時，第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天時，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率測試情況見圖1。

在紫花苜蓿與微生物組合修復(fù)技術(shù)的協(xié)同作用下，可以看到含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率隨著時間的推移逐漸提高，表明該修復(fù)方法對含能污染物的降解具有積極效果。同時，通過對比微生物修復(fù)技術(shù)的測試數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)紫花苜蓿與微生物組合修復(fù)技術(shù)的降解效果更好。

當(dāng)選擇的植物為香根草時，第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天時，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率測試情況見圖2。

相比選擇的植物為紫花苜蓿，可以發(fā)現(xiàn)香根草與微生物組合修復(fù)的效果明顯更好，同時此時微生物菌劑按接種比例的影響降低了，即微生物菌劑按接種比例為5％與10％時的差異縮小了。

3結(jié)束語

在研究中提出了一種基于生態(tài)安全格局的含能材料污染場地土壤可持續(xù)修復(fù)研究方案，這一方案不僅關(guān)注土壤的化學(xué)和生物修復(fù)，同時也強(qiáng)調(diào)了生態(tài)安全格局的構(gòu)建與可持續(xù)發(fā)展。通過深入研究和實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了污染場地的有效治理和生態(tài)環(huán)境的長期安全。當(dāng)微生物菌劑按接種比例為5％時，三種含能化合物的降解率均逐漸增加。當(dāng)比例為10％時，NT、RDX、HMX的降解率均有所提升。紫花苜蓿與微生物組合修復(fù)技術(shù)的降解效果更好。相比選擇的植物為紫花苜蓿，發(fā)現(xiàn)香根草與微生物組合修復(fù)的效果明顯更好。植物－微生物組合可持續(xù)修復(fù)技術(shù)與微生物可持續(xù)修復(fù)技術(shù)均較為有效，可以實(shí)現(xiàn)考慮生態(tài)安全格局的含能材料污染場地土壤可持續(xù)修復(fù)。