生物修复在土壤污染治理上的应用探析

成亮

1.重庆市地质矿产勘查开发局107地质队;2.重庆一零七工程勘察设计院有限公司

土壤中富含大量的有机物，拥有吸收外界代谢物质以及抗污染能力。土壤自动净化体系中，细菌的类型与总量相互抑制，导致土地的自净力量相对有限，一旦大量污染积累在土地中，达到土地的最大容积就有可能形成土壤污染，对土壤中的细菌以及动植物的正常生活造成危害。因此，探究生物修复在土壤污染治理中的应用很有必要。

一、生物修复以及土壤污染概述

（一）土壤修复污染的内涵

土壤修复的内涵主要是贯彻土壤循环再生的处理准则，借助最先进的科学技术恢复土壤环境。生物修复过程利用微生物或者动植物优化环境，形成土壤恢复系统，进而达到优化生态环境的目的。

（二）土壤污染现状（如图1）

图1 污染现状

1.土壤污染形势

造成土壤污染的污染源有很多种，包括但不限于铜、汞、铅等。根据对我国土壤污染问题的调查可知，很大一部分地区仍然面临着严重污染，且80%缺少科学治理。在这些污染源中，汞污染的面积最大，影响着粮食产量以及人们的日常生活。

2.土壤污染种类

原油的开发、储运与加工，化工行业不标准化排放，城市生活污染物增加，农业化学物质的滥用等，来自各种渠道的污染日益危及土壤环境。当中的部分污染物质，如杀虫剂、重金属，很难利用土地自我调节能力分解。因此不但会危害土壤中生物的生命繁衍，还会通过农产品间接危害人类生命健康。

（1）有机污染物

有机污染的主要源头是农药，当前被人们大量使用的化学农药大约有五十余种，其中包括有机合成氯杀虫剂、有机合成磷杀虫剂、酚类、氨基甲酸酶类、苯氧羧酸类、胺类。石油化工生产排出的废水中还含有多环芳烃、硝基酚及其衍生物、有机染料等污染物质。在原油开发、储运的过程中可能发生原油的污染和渗漏，部分原油残存于土壤中，打破了土壤结构、降低了土壤透气性。

（2）重金属

重金属的单质，如Hg、Cr、Cu、兆能电子等，在工业生产中被广泛使用，特别是在矿山、冶金、煤炭、镀铬等行业。通过研究某矿山重金属单质浓度，测定铅、锌、镉、铜、钴浓度远超正常生产标准，其中重金属单质由于没有经科学处理，与废物一起被排入了周围水体，从而导致水体周边土地重金属浓度严重超标。

（3）放射性元素

放射性元素是从地球大气层中的所有核试验以及部分核科学技术研发机构排出的废物、污水，以及垃圾。放射性元素在泥土中堆积后，很难通过泥土的新陈代谢活动吸附转移，只能利用其自身变化转换为稳定微量元素。

（4）病原微生物

如任意倾倒人体或者动物的排泄物，可能会造成在泥土当中含有大量的病原微生物，当人们和污染泥土接触以后，会感染细菌病毒，一旦饮用了被环境污染的水，就会危害身体健康，而且这些受污染的土壤会随着雨水进入其他区域，导致二次污染。

（三）生物修复技术的种类

1.微生物修复技术

在处理土壤重金属污染的过程中，将土壤中的重金属利用微生物进行吸附，并将其转化为污染程度较低或毒性较低的物质，这就是微生物修复技术。在实际应用过程中，虽然对于土壤中的重金属元素，微生物无法做到直接降解，但却可以转化土壤中重金属元素的物理性质及化学性质。

2.植物修复技术

在污染土地栽种某些能够吸收有机重金属的植株，当植株重新成长后，再加以处理，以此来去除土壤中的有机重金属单质。在这一处理过程中，处理有机重金属单质主要利用植被萃取、挥发、钝化等功能，改善土壤品质。

3.混合修复技术

若土壤污染程度严重，仅单纯采用某一项土壤修复技术无法取得有效的恢复成果。针对这些情况，可以把各种修复技术进行组合，从而建立混合修复技术。以植物和微生物混合技术运用来说，不但能够利用微生物使污染物降解，同时植被的根系可以吸附大量的污染物，这两项技术相辅相成，能够取得环境污染防治和土壤修复的双重效益。

二、生物修复在土壤污染治理中需要注意的事项

（一）筛选高效的降解菌

在应用土壤修复技术时，需要注意微生物对土壤当中有害物质的作用，以便快速消除污染物。在此过程中，要重视降解菌的筛选，这也是加强生物修复的基础。为了提升应用效果，技术人员要尽量挑选出对污染物适应性较强的微生物，从土壤污染的角度出发，结合实际情况合理筛选。如在有机氯农药污染降解处理过程中，技术人员可以使用棒状杆菌、芽孢杆菌等[1]。如果想要消除五氯硝基苯的污染，可以使用诺卡氏菌或链霉菌属提升降解效果。

（二）针对性地选择微生物

在农业种植方面，为了使农作物的产量增加，往往会过量使用化肥和农药，长此以往会严重破坏微生物的生存环境，导致微生物降解污染物的速度变慢。大量污染累积造成土壤当中的微生物无法将污染物质快速消除，甚至某些土壤中的微生物因受到抑制，无法生长。对于这种情况，在生物修复技术应用过程中一定要重视创造更好的条件，帮助微生物快速繁殖和生长，比如，适当添加一些营养盐和氧气，对降解能力强的微生物进行筛选，以快速达到净化土质、降解土壤污染物的作用。

（三）践行绿色环保理念

在进行土壤治理和修复的过程中，一定要将绿色环保理念落实，防止出现二次污染。科技高速发展，在生物吸附技术的基础上逐渐发展了环境恢复决策支持系统、原位恢复技术和土壤恢复评价等技术。构成一个立体化的土壤治理系统，能够同时对新兴废物、放射性核素、农药重金属等进行修复。在治理过程中需要加强细节的控制，防止出现二次污染，以满足绿色发展的需要。

（四）强化防污监管力度

土壤污染修复治理工作的开展需要在健全的法律体系支持，政府相关部门必须加大监督管理力度，保证土壤修复治理工作能够顺利开展。上级领导应该加强对土壤污染治理的重视，结合当地土壤污染的实际情况综合分析导致土壤污染的原因，并根据实际情况选择合适的土壤污染修复治理方式。重视土壤治理修复，不断引进先进的技术以及设备，保证土壤修复治理工作顺利开展，不断发挥法律的权威性以及强制性作用。

（五）增强人民环保意识

土壤管理与修复工作不能由一个部门、一个机构独立完成，而是需要全体公众参与、共同治理，通过相互监督，有效提高土壤管理水平。为了实现这一目标，地方监管部门需要加强土壤保护和污染控制的宣传，并通过制作宣传视频、宣传册和横幅等来吸引公众注意。同时，有关部门也要鼓励群众相互监督，让群众自觉参与土壤治理整治活动。此外，政府部门要在各地设立投诉站、信箱等，以保密投诉方式举报土壤污染行为，经政府部门核实后给予举报人相应的奖励，提高土壤治理效率。

三、影响生物修复在土壤污染治理中的因素

（一）土壤种类

技术人员在对生物修复技术进行应用的过程中，还需要考虑土壤的种类等相关因素。生物修复主要适合一些沙质土，沙质土的黏度相对较小，对于粘度较大的土壤则不适用。土壤的渗透性是对生物修复成败产生影响的一个重要因素，渗透性较强的土壤，不管是受体的繁殖速度还是营养物的传递速度都较快，可以让生物反应的速度加快。而一些粘度较大、渗透性不强的土壤，需要注意在修复过程中合理地进行预处理方法，增加土壤的黏度，提高渗透性。

（二）微生物本身

在开展恢复治理工作中，也会使用植被群和某些微生物，通过微生物和植物等进行污染土壤的修复时，微生物的数量和种类较为庞大，需要重视微生物和植物的筛选。由于污染物长期接触某些微生物能够快速适应环境变化，降低效果。微生物由于具有较强适应性，因此在土壤修复工程中应用非常广泛，但是也有一定的不足之处。比如，生长速度和代谢速度较为缓慢，特别是在污染浓度较高的条件下，微生物无法进行快速降解。在此过程中，可通过土壤接种等方式将降解菌接种到土壤当中进行土壤污染物的处理。还一种有效的方式就是从高污染地区对降解菌进行筛选，并且利用接种、强化等方式提高污染物处理效率。另外，还可以使用分子遗传工程进行基因工程菌的培养，在未来这种降解菌不仅需要快速融入当地环境，还需要在与土著微生物竞争的过程中占据一定的优势，这样才能快速地进行生物降解，提升土壤修复效率。

（三）所处地区的温度

温度是影响微生物正常运作、降解有害物质的一个重要因素，温度还会影响微生物的代谢速度，当微生物所在地区的温度过低时，微生物的代谢速度变慢，影响其正常成长。因此，在温度过低时，相关人员可以在地表上设置一层保护膜，将温度控制在最适合微生物生长的范围值内。一般而言，在生物修复过程中，主要在中温环境，也就是二十摄氏度到四十摄氏度的环境中展开。这一温度下生物酶的活力较强，细菌迅速繁殖，从而可以更高效地对污染物进行代谢。但在较低温环境下，由于细菌的繁殖速率比较缓慢，因此代谢活力也较低。经过研究分析后发现，当气温在十摄氏度以下时，石油烃基的降解速度十分缓慢。因此，需要注意在一些气候寒冷的地区，采取一些方式让温度升高，有效地保障生物的降解速度。当前对于高温、高冷等特殊环境的生物修复研究还有待深入，需要重视对降解菌的筛选。比如，某些学者在沙漠提取细菌，这种细菌在降解土壤污染物时具有较高的耐热性，在低于六十摄氏度的条件下都能够有效地对有机污染物进行降解。

（四）污染物的结构

一般而言，结构单一的污染物相比结构复杂的污染物更容易被降解，大分子量的污染物降解难度较大，小分子量的污染物降解难度较小。然而，不管是高分子化合物还是聚合物都无法短时间内通过细胞膜进入细胞当中，因此微生物的胞内酶也无法对其进行分解和处理。化学官能基所处区域大小和数量都会对化学物质的可降解效果造成一定影响，比如，通过使用氧负离子、氨基等化学官能团的替代方法，能够使得芳香烃的化学稳定性大幅增强，从而增加了其分解的有效性[2]。但通过氯取代基、硝基等替代方法，则会使芳香烃的化学可降解性大幅减弱。

四、生物修复在土壤污染治理中的应用

（一）微生物修复技术

众所周知，土壤中含有适量微生物，它们体积小、繁殖快、代谢能力强、灵活性高，可借助该项优势，用于修复重金属、有机物污染的土壤。应用过程中，微生物发挥自身的作用（如图2），通过吸附、富集、降解、溶解达到目的，且效果良好[3]。首先，吸附是微生物表面带有的电荷，利用电离子吸取土壤中的有害物，或者加入相关化学元素，以此实现土壤净化，并将有害物吸附出来。降解是通过真菌及细菌实现的，简称为“生物降解技术”，若土壤中存在有机物或金属物，可以通过降解进行有效处理。溶解指新陈代谢，因为土壤中含有相关生物，它们可以释放有机酸，此实现金属溶解。

图2 微生物作用

（二）植物修复技术

植物修复技术依靠植物完成，所选择的植物品种一般具有忍耐、富集等特点。植物利用其本身特性实现对土壤有害物的容纳、转移（如图3）。植物修复可以是植被提取、植被挥发、植被保持、植物过滤。植物修复技术常用的植物有乔木、灌木、草类、农作物、水生物等，这些植物具有生长快、生命力旺盛、根系生长力强的特点，因此修复效果较好。该技术成本少、占地面积小、危害性低，因此在社会中被广泛应用[4]。然而，其也存在适用范围小、修复周期长、短时间内无法显现成效等缺点，所以植被修复技术需要结合其他技术使用。植被修复技术在处理有机重金属单质过程中，植被钝化主要是对植株根系分泌物进行利用，并以此来降低土壤重金属毒性，降低重金属活性，避免人类食物链中进入重金属元素，对人类身体健康造成影响。另外，植物对土壤中重金属的均匀提取是植物提取，然后再收获植物，可以减少土壤中重金属的含量。

图3 植物修复

（三）动物修复技术

在生物修复技术中，动物修复较为常见，一般选用环节动物、脊椎动物、原生动物，这些生物有一个共同特点，即寄生于土壤中，若遇到土壤污染，会刺激本身生理反应，以此达到净化效果。以蚯蚓为例，其为有益性生物，可有效治理重金属污染，改善土壤结构。简单讲，蚯蚓本身具有忍耐力与富集能力，对解决重金属污染效果良好，主要通过被动扩散的方式完成有害物的净化[5]。同时，蚯蚓可改善土壤情况，因为蚯蚓在进食、新陈代谢的过程中，会释放有益于土壤的分泌物，刺激植物吸取重金属。

（四）其他生物修复技术

目前，科研人员正着手植物与微生物联合技术的研究，主要面向受高浓度游离重金属离子污染的土壤，进而实现相关净化。科研应立足于实际，真正激发植物和微生物技术联合应用的作用，配合菌株实验，推动生物修复技术的发展。

五、结束语

人们不合理的经济行为、生活行为，加剧了土壤污染，改善土质问题刻不容缓。现阶段，生物修复技术被广泛应用，其具有灵活、简单、成本低、绿色环保等优势，可有效净化受污染的土壤，修复相关污染问题，避免产生二次污染。污染治理是一个漫长的过程，不可能一蹴而就，因此需工作人员认真负责。