污染土壤生態(tài)修復(fù)基本原理及研究進展

趙爽

【摘要】土壤是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類不可缺少的不可再生的自然資源。隨著石油、城市垃圾、工業(yè)垃圾、農(nóng)藥、化肥等污染物的不斷滲入，我國土壤污染問題日益嚴重，嚴重威脅著人類的生存環(huán)境和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。它已成為繼水污染、空氣污染、噪聲污染、固體廢物污染之后，社會廣泛關(guān)注的污染問題之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國共有1200多萬Hm2的耕地受到各種污染物的污染，約占耕地總面積的10%，嚴重威脅著人類的生命健康。

要加強土壤肥力培育，防治土壤污染，清理污染土壤。近年來，土壤污染生態(tài)修復(fù)技術(shù)已成為國內(nèi)外十分活躍的研究熱點。與傳統(tǒng)的物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)相比，生態(tài)修復(fù)具有高效、無二次污染、操作簡單等特點，逐漸得到大家的認可。本文介紹了污染土壤的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，以期為從事這項研究的科研工作者提供有益的參考。

【關(guān)鍵詞】污染土壤;生態(tài)修復(fù);研究進展

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

10.139

1、污染土壤生態(tài)修復(fù)概述

1.1基本原理

污染土壤修復(fù)是指土壤中有毒有害污染物的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化，消除或降低污染物的毒性，恢復(fù)或部分恢復(fù)土壤的生態(tài)服務(wù)功能。主要包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生態(tài)修復(fù)三大類。其中，污染土壤生態(tài)修復(fù)是以受污染的土壤生態(tài)系統(tǒng)為修復(fù)對象，采用生物修復(fù)技術(shù)，結(jié)合物理、化學(xué)的理論和方法，最大限度地激活土壤生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能，實現(xiàn)遷移，消除或減少土壤中的有毒有害物質(zhì)，以達到恢復(fù)或部分恢復(fù)土壤的服務(wù)功能。污染土壤生態(tài)修復(fù)的創(chuàng)新不在于各種修復(fù)方法和技術(shù)，而在于各種修復(fù)方法的優(yōu)化組合，各修復(fù)環(huán)節(jié)的優(yōu)化銜接，以及生物和環(huán)節(jié)影響因素的調(diào)控。

1.2基本原則

生態(tài)修復(fù)本身屬于生態(tài)工程的范疇。污染土壤生態(tài)修復(fù)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)代生態(tài)學(xué)和環(huán)境保護的特點，堅持：（1）生態(tài)原則，即污染土壤生態(tài)修復(fù)應(yīng)堅持生物與環(huán)境和諧共處的原則，并充分利用生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能，在選擇修復(fù)方法及其最佳組合時，應(yīng)遵循生態(tài)學(xué)的基本原理和方法;（2）循環(huán)利用原則，為了修復(fù)污染土壤，不僅要考慮修復(fù)的實際效果，也就是說，污染土壤服務(wù)功能的恢復(fù)程度，還要堅持循環(huán)利用原則，保證土壤修復(fù)的可持續(xù)性;（3）因地制宜的原則，自然生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣，而土壤生態(tài)系統(tǒng)地理空間的高度多樣性要求在選擇修復(fù)技術(shù)時要堅持因地制宜的原則，充分結(jié)合土壤的自然環(huán)境和污染狀況。應(yīng)根據(jù)不同的土壤生態(tài)環(huán)境選擇合理的修復(fù)工藝，表現(xiàn)出不同的工藝組合、工藝參數(shù)和控制方法，土壤修復(fù)的具體目標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)應(yīng)與實際的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益相結(jié)合;（4）安全性原則下，污染土壤的生態(tài)修復(fù)還需要應(yīng)用到其他理化工藝組合中。在實施修復(fù)項目時，要確保修復(fù)過程和結(jié)果，確保土壤生態(tài)安全，確保相關(guān)措施不會對生態(tài)產(chǎn)生二次污染。

2、污染土壤生態(tài)修復(fù)研究內(nèi)容

2.1重金屬污染土壤生態(tài)修復(fù)研究

植物是重金屬污染土壤生態(tài)修復(fù)的核心。主要包括修復(fù)植物的選擇與合理配置、修復(fù)機理與根際效應(yīng)、修復(fù)強化措施與應(yīng)用。近年來，超積累植物的篩選研究經(jīng)歷了從鎳、銅、鋅、錳的超富集物篩選到鎘、鉛、砷超富集物的篩選過程。

近年來，重金屬污染土壤的生態(tài)修復(fù)研究已從單一重金屬污染轉(zhuǎn)向復(fù)合重金屬污染，其中一些單一重金屬超積累植物被發(fā)現(xiàn)能夠修復(fù)多種重金屬污染。為了解決土壤重金屬復(fù)合污染問題，許多學(xué)者也對多種超積累植物與單一重金屬污染的合理組合進行了研究和探索。

隨著植物生理生態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)和各種微觀技術(shù)的發(fā)展，對植物超積累機理的研究不斷深入。一些研究發(fā)現(xiàn)，植物根系分泌物，特別是有機酸，通過螯合或酸化根際環(huán)境，促進土壤重金屬的溶解和根系的吸收，這可能與某些特定轉(zhuǎn)運蛋白在植物體內(nèi)的特殊作用有關(guān)。一些研究也表明，超積累者對重金屬有較強的耐受性，重金屬的積累可能與某些轉(zhuǎn)運蛋白有關(guān)，如鋅轉(zhuǎn)運的轉(zhuǎn)運基因ZnT-1。一些與植物超積累和耐性相關(guān)的轉(zhuǎn)運蛋白基因已經(jīng)成功地從植物中分離出來。

近年來，轉(zhuǎn)基因植物修復(fù)重金屬污染土壤的研究也取得了一定進展。Banuelos[7]等人在田間試驗條件下研究了轉(zhuǎn)基因植物印度芥菜的富硒能力。結(jié)果表明，與野生型芥菜相比，轉(zhuǎn)基因芥菜的富集能力提高了近一倍。

除此之外，一些學(xué)者還開展了通過添加各種添加劑來提高植物對重金屬污染土壤修復(fù)效果的研究。例如EDTA、EDDS和有機酸的應(yīng)用可以顯著提高植物修復(fù)效果，但這些研究都存在一些缺陷，即易對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。此外，利用微生物促進植物中一種或幾種重金屬的富集，如叢枝菌根真菌促進植物對Zn、CD、Pb或as的富集。

重金屬污染土壤的生態(tài)修復(fù)研究很多，但研究不夠深入。目前還存在一些機制不明確，生態(tài)修復(fù)方法的操作和應(yīng)用還不成熟。因此，加強重金屬污染土壤的生態(tài)修復(fù)機制、實用技術(shù)和跨學(xué)科研究是今后研究的重點。

2.2有機物污染土壤生態(tài)修復(fù)研究

有機污染土壤生態(tài)修復(fù)的研究主要集中在微生物的修復(fù)作用上。該領(lǐng)域的研究內(nèi)容一般包括高效降解微生物的篩選與合理配置、化學(xué)與生化強化生物修復(fù)、物理與物理化學(xué)強化生物修復(fù)、電化學(xué)強化生物修復(fù)、酶強化生物修復(fù)等，目前，有機污染土壤生態(tài)修復(fù)的研究主要集中在高效降解微生物的篩選、分離和鑒定上。

3、污染土壤生態(tài)修復(fù)方法與應(yīng)用

3.1主要修復(fù)方法

污染土壤的生態(tài)修復(fù)方法是綜合性的。強調(diào)多種技術(shù)的結(jié)合，通過多種方法對土壤中多環(huán)芳烴進行降解，形成一個自我調(diào)節(jié)的修復(fù)體系。污染土壤的生態(tài)修復(fù)主要是以生物技術(shù)為基礎(chǔ)，輔以地理技術(shù)，實現(xiàn)不同因素的優(yōu)化組合，形成良性循環(huán)系統(tǒng)，達到高效土壤修復(fù)的目的。各種方法的組合不是任意方法的隨機組合，應(yīng)根據(jù)污染土壤的實際情況，采取具體、科學(xué)、合理的修復(fù)方法。為了保證修復(fù)方法的有效性，必須進行科學(xué)的定位。特別是在目前土壤污染以復(fù)合污染為主的現(xiàn)狀下，應(yīng)根據(jù)土壤中大量微生物，采用科學(xué)的修復(fù)體系，實現(xiàn)物理、化學(xué)、生物方法的綜合應(yīng)用，從而保證微生物有必要的生存條件，不斷降低土壤濕度、溫度和氧化條件。

3.2具體修復(fù)應(yīng)用

不同污染物應(yīng)采取不同的修復(fù)方法。生態(tài)修復(fù)方法主要用于重金屬污染和有機污染物的修復(fù)。首先，重金屬污染物生態(tài)修復(fù)應(yīng)優(yōu)化植物選擇，根據(jù)循環(huán)效應(yīng)合理控制修復(fù)措施。例如，可以利用植物青紫進行鋅的吸收，根據(jù)污染物的臨界含量特征標(biāo)準(zhǔn)確定臨界值、傳遞特性標(biāo)準(zhǔn)和耐受特性標(biāo)準(zhǔn)，從而合理匹配多個單污染物超積累植物。隨著分子生物學(xué)的迅速發(fā)展，對植物在土壤生態(tài)恢復(fù)中的超積累研究越來越深入，對重金屬在植物體內(nèi)的遷移機理的研究也越來越深入，根據(jù)植物的有機酸化環(huán)境，利用植物對重金屬的解毒和轉(zhuǎn)運，促進重金屬在土壤中的溶解。為了提高土壤修復(fù)潛力，必須在生態(tài)恢復(fù)的基礎(chǔ)上添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?，充分發(fā)揮植物根系吸收重金屬含量的作用。其次，有機污染物的修復(fù)主要采用微生物修復(fù)，強調(diào)化學(xué)與生化方法的合理結(jié)合，加強對有機污染物的修復(fù)。微生物修復(fù)主要利用微生物降解有機污染物。一般來說，植物根系對有機污染物的生態(tài)修復(fù)具有一定的復(fù)雜作用。微生物的生命活動應(yīng)用于氮代謝、發(fā)酵和共代謝。在有處理的情況下，可以采用電化學(xué)方法形成一個完整的修復(fù)單元，提高有機污染物的質(zhì)量，從而提高生態(tài)修復(fù)的效率。

結(jié)論：

要提高土壤修復(fù)的成本，提高土壤修復(fù)的質(zhì)量。污染土壤的生態(tài)修復(fù)具有良好的前景?？蒲腥藛T要在全面調(diào)查污染土壤的基礎(chǔ)上，制定有針對性的土壤修復(fù)方案，進一步利用微生物和植物提高污染土壤的活性，更好地發(fā)揮化學(xué)強化和物理強化的輔助作用，合理凈化利用土壤，為土壤修復(fù)提供科學(xué)保障。

參考文獻：

[1]王國鋒，王金成，井明博.黃土高原地區(qū)土壤石油污染狀況及生物修復(fù)技術(shù)研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017（32）：65-70.

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