焦恩冕
中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 405551
摘要：当前由于经济快速发展，各种工业企业崛起，导致大量污染物进入土壤当中，另外矿产资源的开挖也导致土壤污染加剧，我国正面临着严峻的土壤污染形势，很多耕地因为受到污染无法使用，影响了我国的耕地面积，导致农产品的产量大幅度下降，居民日常生活受到影响。土壤生物修复技术在应用的过程中成本较低，而且操作方便，不会对周边的环境产生较大的扰动，不易产生二次污染因子，广泛地应用于土壤污染治理当中。本文重点对土壤污染治理中生物修复技术的应用进行分析研究，以供参考。
关键词：生物修复技术 ；官能团 ；土壤污染 ；自净 ；治理 ；
引言
土壤当中富含大量的有机物，拥有吸收外界代谢物质、同化等诸多功能，另外还具有一定的抗污染能力。土壤本身就具备一定的自净能力，土壤的自净能力与温湿度、pH值、阴阳离子种类等各种因素息息相关，但是由于土壤系统中，微生物的种类和数量相互制约，所以土壤的自净能力较为有限。如果大量污染物堆积到土壤当中，超过土壤的最大容量就有可能会产生土壤污染，对土壤当中的微生物和动植物的正常生存产生影响。
1 土壤污染物的种类
城市垃圾的排放、工业固体废弃物的随意堆放以及大气沉降颗粒、化肥农药等，都有可能导致土壤污染。土壤污染的种类多种多样，根据其性质划分可以分为重金属、病原微生物、放射性元素、有机污染物等。
1．1 有机污染物
有机污染物主要是过度使用化学农药导致的，其中艾氏剂、DDT等氯类有机污染物最为常见，其次为有机磷类污染物，比如说敌敌畏等，第3种为以杀虫剂、除草剂为代表的氨基甲酸酯类，这种物质在农民进行农业生产时大量使用，土壤无法对其进行快速降解。另外2-4-d除草剂为代表的苯氯酸类有机污染物以及工业三废当中的酚类、油类污染物，也较为常见。
1．2 放射性元素污染
放射性元素的来源有两种，一种为原子能研究机构排放的废弃物，另一种为大气的裂变产物，如果土壤当中沾染了放射性元素，无法有效消解，只能任由放射性元素衰变为全稳定元素，这些放射性元素如果随食物链进入人体，会产生严重的危害，导致人体健康受影响。
1.3 重金属
以重金属为代表的无机污染物也是造成环境污染的一个重要因素，特别是汞、铬、铅等重金属物质，一旦这些重金属物质进入土壤之后，会长时间稳定存在，无法快速降解。造成重金属等无机污染物积聚于土壤的重要原因如下，首先是没有经过处理的工业废水随意排放渗透到土壤当中，其次是一些农药的重金属含量超标，在应用过程中重金属随农药残留于土壤当中，第三是一些重金属粉末随空气沉降于土壤当中。另外，一些农民使用含有大量重金属的废水灌溉农田，重金属的流动性差，成分复杂，在土壤当中长期滞留，无法被微生物所降解，造成严重的土壤污染。与此同时，这些土壤当中的重金属可能随食物链进入人体或者随雨水流入河流当中被人饮用，对人体的身体健康产生影响。
1.4 病原微生物
如果随意倾倒人类和动物的排泄物可能会导致土壤当中沾染大量的病原微生物，与此同时通过污水进行灌溉也有可能给土壤带来大量病原微生物，这些污水主要是未经处理的生活污水和医院用水，在人们与污染土壤接触之后，会感染大量的细菌病毒。如果使用了被污染的果蔬，还会影响身体健康，而且这些受污染的土壤会随着雨水进入到其他区域，导致二次污染的出现。
2 生物修复技术分类
2.1 微生物修复技术
简而言之，微生物修复技术主要是通过土壤中的微生物对有害物质进行降解或者使用人工方式对微生物进行培养，补充到土壤当中，以便控制有害物质。从本质上达到净化土质的目标，值得一提的是土壤自身也会有一定的微生物，能够降解有害物质。通常微生物能够将大部分污染物降解，但是由于大量地使用化肥农药，导致微生物在降解方面的能力下降，所以人们开始逐步重视对微生物的筛选，加强人工培育，科学对微生物进行应用，以便改良受污染的土壤。
2.2 植物修复技术
植物修复技术主要是技术人员通过自然生长的植物对土壤当中的有害物质进行降解，利用植物的光合作用来吸纳空气当中的污染物，以达到净化空气的目标。植物的种类不同，在对有害物质进行吸收方面的能力也不同，某些植物只针对一种有害物质有效，而一些植物可以同时对不同的污染物进行吸收和降解，技术人员需要对植物的特征进行充分地了解，对污染土壤污染物的种类进行深刻剖析，合理的对植物进行应用，对症下药，以便对污染物进行全面的清理和控制。
2.3 动物修复技术
动物修复技术主要是通过依赖土壤生存的一些低等动物和气体内的微生物来转化降解有害物质，从本质上将土壤当中的污染物清除。土壤自身就有去除有害物质的低等动物和微生物，然而在当前污染物种类逐步增多、数量加大的条件下很多低等动物和微生物纷纷死亡，无法有效的对污染物进行处理，反而使污染物逐步沉淀，造成土壤丧失肥力，因此技术人员需要注意合理的对动物修复技术进行应用，提升土壤肥力加强土壤污染的治理。这种技术在运用的过程中具有一定的局限性，主要针对农药污染土壤和有机污染土壤的修复，而针对重金属污染土壤的修复依然处于研究阶段。
2.4 联合生物修复技术
联合生物修复技术主要通过综合化的对上述方法进行应用来修复被污染土壤，当前这种技术在应用的过程中获得了一定的成就，受到了人们的广泛认可，最直接的方式是微生物与植物的联合修复，可以有效的降解土壤当中的污染物，而植物可以利用微生物降解的营养物质进行生长。另外也可以单独吸纳一定的污染物，相互促进，共同作用，对土壤进行修复。
3 影响污染土壤生物修复的主要因素
3.1 污染物性质
一般而言，结构单一的污染物相比于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。例如微生物可以有效的对石油当中的轻质芳香烃等组分进行降解，但是无法降解和处理树脂、重质芳香烃等物质。通常而言，芳香族化合物包含的苯环数量较多，其生物降解性远远不如脂肪族，而且这种物质的稳定性较好无法被自然降解，通过研究分析，发现微生物可以有效的利用氧化方式对链烷烃和单环链烷烃进行处理，但是无法降解环烷烃和芳香烃，因此这些物质可能会在土壤当中大量聚集。
化学官能团所处位置和种类也会对污染物的降解能力产生影响，比如说通过羟基、氨基等官能团的取代作用可以让芳香烃的化学性能大幅度提升，提高微生物降解的效果，但是使用氯取代基、硝基的取代作用，会导致芳香烃的可降解性大幅度下降。通过研究分析发现，氯原子具有高颠覆性，可以快速的对苯环当中的电子进行吸附，吸附能力较强，使苯环产生输电子还无法被微生物所氧化处理，如果氯取代基的数量增加，可能会导致芳香族化合物无法有效的被微生物所降解。另外，取代其所处位置，也会影响生物降解的效率，比如说，三种二氯苯，在生物降解性方面的关系为邻位大于间位大于对位。通常而言，土壤受污染之后，有机污染物往往属于外源性物质这些物质相对较为复杂，无法快速地被生物所降解，长时间以来相关人员正逐步分析研究如何对土壤当中的外源性物质进行降解。
3.2 环境因子
3.2.1 温度
微生物的生长以及体内酶的活性与温度息息相关，所以需要注意加强温度变化的控制，以便让生物降解的速度加快。通常而言，生物修复过程中，主要在中温环境，也就是20摄氏度到40摄氏度的环境当中展开。这一温度下生物酶的活性较强，微生物快速生长，能够有效的对污染物进行代谢，而在低温环境下，微生物的生长速度较慢，代谢活性也较低。通过研究分析发现在温度为10摄氏度以下时，石油烃基的降解速度非常缓慢。因此，需要注意在一些气候寒冷的东北地区和西北地区，可以通过覆盖塑料薄膜等方式让温度增加，有效地保障生物降解的速度。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，需要重视对降解菌进行有效的筛选，比如说某些学者在沙漠当中提取是热菌。这种细菌在降解土壤污染物时，具有较高的耐热性，在低于60摄氏度的条件下都能够有效的对有机污染物进行降解。在研究石油污染治理方面，人们发现在低温条件下使用具有较高的粘度，短链有毒烷烃无法快速挥发、水溶性提升有助于生物的快速降解。在温度升高的条件下，这些烷烃的毒性也会进一步增加，会导致生物活性下降，降解作用也自然下降[1]。
3.2.2 土壤种类
技术人员在对生物修复技术进行应用的过程中，还需要对土壤的种类等相关因素进行考虑，生物修复主要适合一些沙质土。这些沙质的粘度相对较小，而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，对于渗透性较强的土壤而言，不管是电子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，而一些土壤的粘度较大、渗透性不强出现的情况恰恰相反，需要注意在土壤修复过程中合理的进行预处理方法的应用，提升土壤的粘度，加强渗透性。
3.3 生物体本身
通过微生物和部分真菌植物等进行污染土壤生物修复时，微生物的数量和种类较为庞大，需要重视加强微生物和植物的筛选，由于污染物长期接触某些土著微生物能够快速的适应环境的变化，降低效果也非常明显。土著微生物由于具有较强交际能力和适应性，因此在土壤修复工程当中应用非常广泛，但是也有一定的不足之处，比如说，生长速度和代谢速度较为缓慢，特别是在外界污染浓度较高的条件下，土著微生物无法有效的进行快速降解。在此过程中就需要重视加强高效降解菌的筛选，通过土壤接种等方式快速的将高效降解菌，接种到土壤当中进行土壤污染物的处理。另外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、强化等方式进行大量使用，也能够提高污染物处理的效率。另外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单单需要快速的融入当地的环境当中，还需要在与土著微生物进行竞争当中占据一定的优势，这样才能快速的进行生物降解，提升土壤修复的效率[2]。
4 生物修复技术在土壤污染治理上应用时要注意的问题
4.1 筛选高效的降解菌
在应用土壤修复技术，需要注意微生物与土壤当中有害物质充分作用，以便快速的消除污染物。在此过程中一定要重视降解菌的筛选，这也是加强生物修复的基础。为了让应用的效果提升，技术人员需要尽量的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，技术人员需要与土壤污染的实际情况相结合，合理的经营降解菌的筛选，比如说，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，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，通过这种对症下药的方式有对针对性的进行处理，提升降解的效果[3]。
4.2 针对性地选择微生物
当前人们在农业生产过程中，为了让农产品的产量提升，往往会过量的使用化肥和农药，长此以往会严重的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。大量污染物的堆积导致土壤当中的微生物无法将污染物质快速消除，甚至某些土壤当中的微生物受到抑制，无法有效生长。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，比如说适当的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。
4.3 注重绿色环保
在进行土壤治理和修复的过程中，一定要合理的对绿色环保的要求进行落实，防止出现二次污染。伴随当前科学技术快速发展，生物吸附技术的基础上逐步延伸出土壤修复决策支持系统、原位修复技术以及土壤修复评估技术。在发展的过程中，形成了立体化的土壤修复体系，可以同时对新兴污染物、放射性核素、农药重金属等进行修复。在治理的过程中需要重视加强细节的控制，防止出现二次污染，以达到绿色环保的需要[4]。
5 工程实例分析
国内某油田基地在河南省南阳盆地，在生产过程中主要以低硫石蜡基类稀油和沥青基类稠油为主，在石油长时间开采之后，管道出现泄露，大量的原油流入到土壤当中导致土壤污染的出现，如何对土壤进行修复，将污染物去除逐步成为人们关注的问题。相关部门在实践当中进行分析了解污染的特点之后，决定使用生物修复技术，通过石油烃降解菌群和无机营养盐结合等方式进行污染的控制和处理。首先对污染治理的情况进行验证，在油田当中采集样本，接种微生物菌群，接着种植向日葵，对向日葵的植物生长情况和出芽率进行观察，以便评估石油烃的降解效果[5]。
通过研究分析发现在样本当中如果没有加入营养盐和降解菌，向日葵的出芽率均少于其他样本，这就说明石油烃可以对向日葵的种子萌发产生抑制，而在样本当中适当加入营养盐和降解菌之后，向日葵种子的萌发数量大幅度增加，而且植株的高度超过原始样本，这就说明合理的对营养盐和降解菌进行利用，能够促进土壤净化有效的降解污染物，提升植物生长的速率。
6 土壤污染治理中生物修复技术发展与展望
我国生物修复技术起步较晚，但是发展速度很快，相比过去取得了较大的进步，我国在土壤生物修复技术方面主要集中研究植物修复技术和微生物修复技术，为了能够确保修复效率的快速提升，保证生物修复的可行性和高效性，在未来需要重视加强生物修复的基础性研究，并且重视实验完善方法，与基因工程、现代分子生物学工程相结合，将修复技术的优势充分的发挥出来，有机的将微生物修复与动物修复植物修复相结合，形成立体化的修复体系，让修复的质量提高[6]。
结束语
伴随当前环境工程技术发展速度逐步加快，生态修复逐步成为人们保护环境、治理环境的重要方向，不管是动物修复、植物修复还是微生物修复，在实践应用过程中都有一定的局限性，无法达到预期目标，因此需要综合化的对修复技术进行利用，合理的进行评估，提升土壤修复的效果。另外，需要重视加强土壤环境的监测工作，合理的对评价方法进行应用。以便为后续的土壤污染治理工作提供理论依据，保证土壤污染治理的效果。
参考文献
[1] 郭硕. 生物修复技术在土壤污染治理上的应用[J]. 哈尔滨师范大学自然科学学报, 2012, 28(2):169-172.
[2] 张兆海, 任志海, 李勇欣. 生物修复技术在土壤污染治理上的应用[J]. 工业b:00108-00108.
[3] 贝晓秋, 喻靓. 生物修复技术在土壤污染治理上的应用[J]. 黑龙江科技信息, 2015, 000(010):58-58.
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[5] 文祯中, 李红敬, 平顶山学院低山丘陵区生态修复重点实验室 河南 平顶山. 重金属污染土壤生物修复技术研究现状与展望[J]. 全国水土保持与荒漠化防治及生态修复交流研讨会, 2010.
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