生態(tài)修復(fù)技術(shù)與方法研究述評

李德昊

引言

生態(tài)修復(fù)是以生態(tài)學(xué)原理為基礎(chǔ)，運(yùn)用生物修復(fù)和各種物理修復(fù)，化學(xué)修復(fù)以及多種工程技術(shù)手段，進(jìn)行優(yōu)化組合，從而達(dá)到最佳效果和最低耗費(fèi)的環(huán)境污染綜合修復(fù)方法。生態(tài)修復(fù)技術(shù)是以生態(tài)修復(fù)理論為研究基礎(chǔ)，對于不同特點的退化具體環(huán)境進(jìn)行研究，最終找到適用于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境修復(fù)以及可持續(xù)發(fā)展的一種技術(shù)模式。

生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用較早，但在二十世紀(jì)末才開始比較系統(tǒng)的進(jìn)行歸納整理，并在生態(tài)工程領(lǐng)域中對其進(jìn)行探討。如土壤重金屬污染的生態(tài)修復(fù)在我國的發(fā)展歷程，串麗敏等將其分為四個階段：第一階段主要通過填埋、刮土、復(fù)土等物理修復(fù)為主的措施治理退化土壤；第二階段主要技術(shù)研究向土地資源的穩(wěn)定利用以及相關(guān)的基本環(huán)境工程的配套物理修復(fù)轉(zhuǎn)變；第三階段主要通過土地復(fù)墾技術(shù)，選用先鋒植物和耐性植物以達(dá)到恢復(fù)土壤特性的目的，以物理、化學(xué)和生物恢復(fù)等技術(shù)為主；第四階段也就是21世紀(jì)以后的修復(fù)技術(shù)，包括植物修復(fù)、動物修復(fù)、微生物修復(fù)、固化穩(wěn)定化技術(shù)、土壤氣提、氧化還原技術(shù)、熱脫附淋洗以及化學(xué)萃取技術(shù)等多種方法，尤其以植物修復(fù)作為研發(fā)的應(yīng)用重點。

一、生態(tài)修復(fù)技術(shù)

生態(tài)修復(fù)技術(shù)可分為單項修復(fù)技術(shù)及復(fù)合修復(fù)技術(shù)。單項修復(fù)技術(shù)可分為化學(xué)修復(fù)技術(shù)、物理修復(fù)技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)。復(fù)合修復(fù)技術(shù)為多個單項修復(fù)技術(shù)的綜合應(yīng)用。

（一）化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)修復(fù)技術(shù)是指通過使用化學(xué)試劑與土壤中污染物發(fā)生反應(yīng)，從而把土壤中的污染物進(jìn)行分離轉(zhuǎn)化，最后降解成為低毒物質(zhì)或無毒物質(zhì)。典型的化學(xué)修復(fù)技術(shù)包括氧化還原技術(shù)、化學(xué)淋洗技術(shù)、溶劑浸提技術(shù)、使用改良劑或抑制劑以及離子拮抗技術(shù)等，主要應(yīng)用于污染土壤的生態(tài)修復(fù)中中和以及去除有毒物質(zhì)，通過強(qiáng)制去除或固定污染物的方法，達(dá)到對生態(tài)環(huán)境的修復(fù)。如曹心德等應(yīng)用化學(xué)鈍化修復(fù)方法，向土壤中添加穩(wěn)定化劑后，通過一系列反應(yīng)，降低污染物的生物有效性和可遷移性從而進(jìn)

行修復(fù)。

這種方法的優(yōu)點在于低投入、高效率、修復(fù)速度快、操作方法簡單等，主要用于修復(fù)大面積的土壤污染。但是該方法的缺點包括化學(xué)藥劑的使用會破壞土壤結(jié)構(gòu)，以及引起二次污染并導(dǎo)致已被穩(wěn)定的污染物被再度活化的可能等。

（二）物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)主要是使用物理手段，利用土壤理化性質(zhì)與重金屬的特性不同，對土壤中的重金屬進(jìn)行分離和固定，從而實現(xiàn)清潔土壤中污染物并減小污染物的環(huán)境風(fēng)險和健康風(fēng)險的目的。物理修復(fù)技術(shù)包括去表土法、客土法、深耕翻土法、換土法、熱解吸法、玻璃化技術(shù)以及電動修復(fù)等多種技術(shù)手段。如黃銘洪提出在對礦區(qū)土地的物理修復(fù)中，可以通過粉碎、壓實、剝離、分級、排放等技術(shù)改進(jìn)礦區(qū)退化土地的物理特性。

物理修復(fù)技術(shù)優(yōu)點是其使用方法相對方便靈活，并且修復(fù)周期較短，主要應(yīng)用在處理重金屬污染，尤其是在被重金屬污染的土壤修復(fù)的過程中廣泛應(yīng)用。需要注意的是物理修復(fù)技術(shù)需要的工程量較大，使用成本比較高。

（三）植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，主要應(yīng)用于由于重金屬污染和有機(jī)物污染造成的土壤污染。植物修復(fù)技術(shù)是應(yīng)用某種特定的植物對某些污染物的忍耐和超量積累吸收富集土壤中特定的污染元素，將植物收獲之后進(jìn)行處理，最后從土體中去除該種重金屬完成生態(tài)修復(fù)。植物修復(fù)技術(shù)主要包括植物萃取技術(shù)、根際過濾技術(shù)、植物固化技術(shù)。如韋朝陽、陳同斌通過超富集植物的萃取技術(shù)清除土壤重金屬污染，對被污染的土壤進(jìn)行修復(fù)。該技術(shù)還廣泛應(yīng)用于退化環(huán)境的生態(tài)修復(fù)中。如王薇在河流廊道與生態(tài)修復(fù)中把植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于河流廊道的生態(tài)修復(fù)上。張飲江采用通過水生植物進(jìn)行濱水帶生態(tài)修復(fù)的方法。

植物修復(fù)技術(shù)與物理及化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比，主要有以下五方面優(yōu)點。一是成本低，用植物修復(fù)法比物理、化學(xué)處理法的費(fèi)用低。二是植物修復(fù)污染土壤的過程可以在不破壞土壤生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而能更好地使土壤結(jié)構(gòu)和肥力得到保持。三是可以同時對污染土壤及其周邊污染水體進(jìn)行修復(fù)。四是集中處理收獲物可有效避免二次污染。五是植物修復(fù)幾乎沒有什么環(huán)境擾動更有利于土壤的固定。但是植物修復(fù)技術(shù)還有很多不足，如植物對重金屬污染物的修復(fù)多適用于修復(fù)中等污染程度的土壤，單種植物一般只能修復(fù)特定重金屬污染的土壤而無法處理多種金屬復(fù)合污染造成的土壤污染，同時有可能造成土壤中的其他重金屬活化，超富集植物個體偏小，生長速度較慢，修復(fù)土壤周期過長，不能對污染土壤進(jìn)行快速修復(fù)。

（四）微生物修復(fù)技術(shù)

該技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于多種污染修復(fù)中，其原理主要是運(yùn)用微生物對環(huán)境中的有機(jī)污染物質(zhì)進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化從而達(dá)到對生態(tài)環(huán)境的修復(fù)。微生物修復(fù)中主要是應(yīng)用細(xì)菌、真菌、原生動物等三大類微生物。如多環(huán)芳類物質(zhì)造成的土壤污染主要采用微生物降解的方法進(jìn)行修復(fù)。董哲仁等利用培育的生物及培養(yǎng)接種的微生物生命活動，轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移及降解水中的污染物，最后達(dá)到恢復(fù)水體的結(jié)果。李清波等人則通過真菌和藻類使用，對土地中的農(nóng)藥除草劑主要成分阿特拉津進(jìn)行降解。

微生物修復(fù)技術(shù)具有快速、安全、費(fèi)用低廉的優(yōu)點，缺點是有機(jī)污染物的生物修復(fù)過程中可能會存在不同程度的次生代謝產(chǎn)物，其中部分代謝產(chǎn)物有比其母體污染物更大的毒性，反而會使土壤增強(qiáng)生態(tài)毒性。

二、復(fù)合生態(tài)修復(fù)技術(shù)

生態(tài)修復(fù)的過程很復(fù)雜，往往無法通過某一種的修復(fù)技術(shù)完成對整個生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，而復(fù)合修復(fù)技術(shù)就是通過對不同修復(fù)技術(shù)特點的分析，進(jìn)行不同修復(fù)技術(shù)的有效組合，從而形成一個全新的更好的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。

宋旭等利用物理-生態(tài)修復(fù)技術(shù)，運(yùn)用培育的植物和微生物以及水生動物的生命活動轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)化及降解污染物，最終凈化水體。秦伯強(qiáng)根據(jù)湖泊具體特點和微囊藻水華的生理生態(tài)特性，采取多種生態(tài)修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的手段控制和去除水源地區(qū)域水體中的藍(lán)藻。李春暉提出物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、微生物修復(fù)等多項修復(fù)技術(shù)結(jié)合對城市濕地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。這些方法都是結(jié)合植物修復(fù)與微生物修復(fù)的復(fù)合修復(fù)技術(shù)的優(yōu)秀應(yīng)用。

三、發(fā)展與展望

生態(tài)修復(fù)技術(shù)是用于解決當(dāng)前生態(tài)威脅問題的主要手段。我國的生態(tài)修復(fù)技術(shù)在研究上取得了不錯的進(jìn)展，并且有希望發(fā)揮出更加重要的作用。然而在這個過程中還存在以下幾方面的不足。

（一）植物修復(fù)技術(shù)存在問題亟待解決

雖然植物修復(fù)技術(shù)具有成本低、較好的綜合生態(tài)效益等特點，但是這項技術(shù)在理論的構(gòu)建、修復(fù)機(jī)理、技術(shù)上仍有許多困惑亟待解決。同時據(jù)目前得到的實驗表明，植物修復(fù)技術(shù)所需的時間為一年以上甚至十多年，過長的周期嚴(yán)重的限制了這項技術(shù)應(yīng)用在更多方面的發(fā)展，這方面的研究也需要加強(qiáng)。目前國內(nèi)外對于植物修復(fù)的研究，重點多在植物對重金屬的富集能力上，但對收獲物的處理上研究的并不深入，如何使這些不能回收利用的收獲物避免二次污染的問題仍待解決。

（二）科學(xué)研究向應(yīng)用方面以及商業(yè)化的轉(zhuǎn)化

很多研究發(fā)現(xiàn)及成果雖然在實驗室的模擬實驗中有所收獲，但是還沒有驗證其應(yīng)用在復(fù)雜條件下的實際效果，還有就是科學(xué)研究如何加快向應(yīng)用方面以及商業(yè)化的轉(zhuǎn)化也是一道難題。

（三）各學(xué)科知識交叉綜合地運(yùn)用

如何將各學(xué)科的知識交叉綜合地運(yùn)用生態(tài)修復(fù)技術(shù)中，尤其是對分子生物學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、基因工程等方面的理論方法研究，從而不斷創(chuàng)造新的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。目前這方面的研究工作剛剛起步，植物修復(fù)中對于基因技術(shù)應(yīng)用已成為該領(lǐng)域研究中的關(guān)鍵課題，未來有可能獲得革命性的突破，但是轉(zhuǎn)基因技術(shù)的運(yùn)用也可能會威脅當(dāng)?shù)厣锶郝?，甚至轉(zhuǎn)基因植物與野生植物的雜交不能使后代保留某些轉(zhuǎn)基因植物的特征。因此，仍需加強(qiáng)對于篩選有價值基因、降低轉(zhuǎn)基因植物對周圍環(huán)境的影響、調(diào)控轉(zhuǎn)基因植物的遺傳性能等方面的深入研究。

（四）現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)化組合與創(chuàng)新

在對于綜合技術(shù)的研究過程中，根據(jù)不同的修復(fù)技術(shù)在修復(fù)周期、成本及副作用等方面所存在的差異，如何把現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行更有效的優(yōu)化組合或者總結(jié)出更新更有效的修復(fù)技術(shù)。如某些物理或者化學(xué)方法與植物修復(fù)進(jìn)行結(jié)合。綜合應(yīng)用電化法和土壤淋洗法以及植物提取法各自的優(yōu)缺點和適用范圍，應(yīng)用在修復(fù)污染土壤的過程中，也許會獲得更理想的處理效果。

（作者單位：成都理工大學(xué)旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院）