土壤修复中的生物技术

土壤修复中的生物技术

摘要: 目前,土壤修复技术已成热门,尤其是在我国人口众多,土地资源紧张的环境下,安全有效的修复方法是研究的目标。生物修复技术，包括微生物修复和植物修复。前者是利用微生物代谢作用降解土壤中的污染物。而后者，是利用植物对污染物的富集作用将土壤中的污染物集中到表面，从而集中处理。两种方法目前均有一定程度的应用，并且有良好的发展前景。

关键词:土壤修复 生物技术

Biotechnology in soil remediation

Abstract: Recently, soil remediation technology has become popular. Especially in

China, where lives a large number of people and lacks of land resources. Safe and

effective method is new goal. Bioremediation technology is composed of microbial

remediation and phytoremediation. The former one takes the use of the metabolic of

microorganism to degrade the pollutants. And the latter one enrich the pollutants to

the surface by plants. These two method are both supplied in some degree and have

good prospects of development.

Key words: soil remediation biotechnology

0引言：

土壤是地球上人类赖以生存的物质，关系到人类农业、畜牧业等发展。由其是在人口负荷日益加重，而工业、生活污染泛滥的今天，高效、安全的土壤修复技术是我们迫切需要的。由其是我国，人口众多，土地资源又承受着工业三废、三农化学品的侵害，研究土壤修复技术迫在眉睫。 生物修复技术是利用生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物的浓度或使其完全无害化， 从而使污染了的土壤环境能够部分地或完全地恢复到原初状态的过程。

生物土壤修复方法主要包括以微生物修复为代表的生物修复，以及以植物修复为代表的生态修复。

1 微生物修复技术

微生物修复是常用的污染土壤生物修复技术， 它主要是指利用微生物的作用对进入土壤环境中的难降解物质如大分子有机污染物、重金属等进行治理。污染物必须与微生物强大的酶系统相接触才能发生降解，而不溶性物质，需要先油胞外酶催化降解，变成可被细胞吸收的氧化性物质，再进行彻底降解。

1.1微生物土壤修复的主要方法

1.1.1生物通风法

生物通风工艺是一种强化污染物生物降解的修复工艺，其目的是为土壤中工作的微生物提供良好的代谢条件。一般是在受污染的土壤中至少打两口井或三口井，安装鼓风机和真空泵，将新鲜空气强行排人土壤中，然后再抽出，土壤中的挥发性毒物也随之去除。在通空气时，有时加入一定量的氨气或营养液，以提供氮素营养，从而达到强化污染物降解的目的。这种方法特别适用于由于地下储罐泄漏而造成的污染。

1.1.2泵出生物法 泵出生物法是将污染场地的地下水抽出经地表处理后与营养液按一定比例配比后注入土壤，促进微生物最大限度降解。该方法适用于受污染时间较长，情况基本稳定的地区。相比生物通风法而言，更适合大面积土壤的修复。

1.1.3 生物堆

利用生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物质浓度或使其完全无害化， 从而使污染了的土壤环境能够部分地或完全地恢复到原初状态的过程。其处理方法是：把污泥堆成数个独立堤， 然后把空气输入泥土 ，能加速石油中碳氢化合物的降解，泥土内的微生物会把污染物分解为水及二氧化碳等无害物质。该方法属于异位修复，即将受污染土壤进行异地修复。

1.1.4 土地填埋

土地填埋是将废弃物作为一种泥浆施入土壤，通过施肥、灌溉、添加石灰等方式调节土壤的营养、湿度和 pH值，保持污染物在土壤上层好氧降解。该法已广泛用于油料工业的油泥处理。

1.1.5 土壤耕作

在非透性垫层和砂层上，将污染土壤以1 0—3 0㎝的厚度平铺其上 ，并淋洒营养物、水及降解菌株接种物，定期翻动充氧，以满足微生物生长的需要，彻底清除污染物。处理过程产生的渗滤液再回淋于土壤，以彻底清除污染物。目前该技术已成功应用于石油加工废水污泥、焦油以及农药等污染。

1.2应用现状

微生物降解有机污染物的技术在废水处理中的应用已有几十年的历史， 而将微生物降解技术有 意识地大规模地应用于受污染土壤治理的历史仅仅十几年。 海湾战争期间，科威特被破坏的油田流出的原油造成5 0 0多hm2油污染土壤，使2 0 ％的国土受到了污染。日本大林组公司 1 9 9 4年开始赴科威特，与该国科研人员一起进行生物净化修复的应用实验。向含油2％ 一4 0％的土壤中添加氮、磷等微生物营养要素及木屑等添加物，通过采取土地耕耘、大面积翻地、大面积强制通风等方法，并同时适当管理土壤 的水分和氧气，经过1 5个月的处理，取得了良好效果，其中土地耕耘法的效果最好，可使 土壤中所含油分分解 8

5 ％。

随着对生物土壤修复技术的深入研究，该项技术的应用越来越广泛，并且更加趋近于民用。我国吉林省近年来致力于蔬菜用地的微生物土壤修复研究，旨在修复受农药化学品污染的菜地。其研究结果表明，对于土壤中的有机农药，微生物的修复作用使其降解率可达18%-45%。而对于土壤中的重金属，吸附率达13%-46%。

1.3微生物修复技术的局限性

虽然微生物修复土壤技术被认为有广泛发展前景，但依然受以下几点制约：

( 1 )微生物不能降解所有进入环境的污染物，污染物的难降解性、不溶性以及与土壤腐殖质或泥土结合在一起常常使得生物修复不能进行。特别是对部分中金属及其化合物，微生物往往是无能为力的。

( 2 )微生物修复在应用之前要对污染地以及存在的污染物进行详尽考察，如在一些低渗透性的土壤中可能不宜使用生物修复技术，因为这类土壤中的注水井会由于细菌生长过多而阻塞。

( 3 ) 特定微生物只能降解特定的污染物，状态稍有变化，化合物可能就不能被同一微生物的酶所破坏。

( 4) 微生物修复技术受各种环境因素影响较大，这是由于微生物活性受温度、氧气、水分、 酸碱度等环境条件的影响。与物理、化学方法相比，这一技术治理污染土壤的时间相对较长。

( 5 )有些情况下，生物修复不能将污染物全部除去，当污染物浓度太低，不足以维持讲解细菌的群落时，残余的污染物就会留在土壤中。

1.4发展前景

我认为，微生物土壤修复技术的应用效果主要取决于两个方面，一是菌种的选择，二是降解条件的创造。后者必须建立在对菌种的了解上。

微生物修复技术与基因工程的联合是必然的趋势。其优点在于，一是培育所需菌种，更有针对性或降解能力更强。二是改变菌种降解所需条件，使可操作性更强。

2.植物修复技术

植物修复是指将某种特定的植物种植在污染的土壤上，而该种植物对土壤中污染元素具有特殊吸收富集能力，将植物收获后并妥善处理( 如灰化回收)后即可将该种重金属移出土体，达到污染治理与生态修复的目的。植物修复为从根本上解决土壤污染提供了一条重要的修复和治理途径，因而植物修复在土壤污染治理中具有独特的作用和意义。

2.1 植物修复土壤的主要方法： 2.1.1植物提取

即利用污染物富集能力较强的植物通过吸收和运转的过程，将污染物转移并储存在地上部分，最终通过收获地上部分集中处理来达到减少土壤污染物含量的目的。适用于重金属污染的土壤。

2.1.2 植物稳定

指利用植物吸收和植物根际作用使土壤中污染物转化为相对无害物质。在这一过程中， 土壤中污染物的含量并不减少，但由于降低了在土壤中的有效态，从而达到减轻污染的效果。主要用于采矿和废弃矿区、冶炼厂污染的土壤、清淤污泥和污水厂污泥等重金属污染现场进行复垦。

2.1.3植物挥发

指植物通过植物的吸收促进某些重金属转为可挥发态并将之挥发出土壤和植物表面。主要用于挥发性重金属污染的土壤，如汞和硒。

2.1.4 根际过滤

指利用植物庞大的根系和巨大的表面积过滤吸收、富集水体中重金属元素。应用范围广泛，可处理杀虫剂、除草剂、多环芳烃、多氯联苯、矿物油等有机污染物。

2.2应用现状

植物吸收是 目前研究最多并且最有发展前景的一种去除土壤中重金属的方法。它是利用能耐受并能积累金属的植物吸收土壤中的金属离子，将它们输送并贮存在植物体的地上或根部，收割后进行热处理、化学处理或微生物处理。研究不同植物对金属离子的吸收特性，筛选出超量积累植物是研究的关键 。经过不断的实验研究及野外试验，人们已经找到了一些能吸收富集不同金属的植物，如龙葵对镉的吸收，天蓝遏蓝菜能富集镉和锌，李氏禾对铬的富集吸收。

上文提到的超累积植物是植物修复领域研究的热门。所谓超累积植物，是指那些能够超量 累积重金属并将其运移到地上部的植物 ，也可称为超累积植物或超富集植物。一般认为超积累植物地上部分或叶片内某种重金属质量分数超过该重金属存一般植物体内的 1 0 0倍，这一类植物在重金属污染土壤的修复研究上有很好的利用价值。

迄今为止，国内外共发现超积累植物约7 0 0余种，广泛分布存约5 0个科。其巾以镍的超积累植物最多，达 3 2 9 种；铜的超积累植物有3 7种、钻有30种、锌有21种、硒的有2 O种，其他超积累植物种类较少。

2.3 植物修复的局限性

( 1 ) 超积累植物虽然已经发现700多种，但多数是生长于欧洲，即使在我国也多分布于南方。由于有些超积累植物对生长环境要求较严格，所以使用超积累植物时要针对不同地形和环境做适当的选择。

（2）大部分植物一般只能对一两种污染物产生富集作用，因此修复的针对性较强。

2.4发展前景

植物修复的优势在于它是一种彻底的修复方式，且对环境扰动小，某些重金属还可以回收利用，治理成本低。因此有良好的发展前景。

而植物根部的菌落也是研究的一个主要方向。即将微生物与植物修复方法相结合的方法。已有研究表明，植物根部促生菌具有很强的重金属抗性，能降低其毒性。

3.总结

生物土壤修复技术较之传统土壤修复方法有很大优势，如：对土壤环境的破坏或扰动很小，不造成二次污染，成本低等。是今后土壤修复技术的主要发展方向。伴随着工业化的前进，人口负担的加重，适宜的生物土壤修复技术将成为人类生存发展的一大需求。微生物修复与基因工程的结合，植物修复与微生物修复技术的结合将会是日后的发展趋势，必将带来更广阔的前景。

参考文献:

[1] 巫 丹 黄瑞婧. 浅谈污染土壤生物修复技术[J]. 江西化工: 2009,

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[2] 安 霞. 微生物在生物防治和土壤修复中的研究进展[J]. 齐鲁师范学院学报,2011,26(5):136-139.