土壤生物修复技术

关于土壤生物修复技术相关论述污染土壤修复技术的研究起步于20世纪70年代后期。在过去的30年期间，欧、美、日、澳等国家纷纷制定了土壤修复计划，巨额投资研究了土壤修复技术与设备，积累了丰富的现场修复技术与工程应用经验，成立了许多土壤修复公司和网络组织，使土壤修复技术得到了快速的发展。中国的污染土壤修复技术研究起步较晚，在“十五”期间才得到重视，列入了高技术研究规划发展计划，其研发水平和应用经验都与美、英、德、荷等发达国家存在相当大的差距。近年来，顺应土壤环境保护的现实需求和土壤环境科学技术的发展需求，科学技术部、国家自然科学基金委、中国科学院、环境保护部等部门有计划地部署了一些土壤修复研究项目和专题，有力地促进和带动了全国范围的土壤污染控制与修复科学技术的研究与发展工作。期间，以土壤修复为主题的国内一系列学术性活动也为中国污染土壤修复技术的研究和发展起到了很好的引领性和推动性作用。土壤修复理论与技术已成为土壤科学、环境科学以及地表过程研究的新内容。土壤修复学已经成为一门新兴的环境科学分支学科，修复土壤学也将发展成为一门新兴的土壤科学分支学科。环境污染分为大气污染、水体污染和土壤污染，没有土壤，没有土地，老百姓只能饿死。环境污染是指由于人类活动引起环境质量下降而有害于人类以及其他生物正常生存和发展的现象。环境污染按环境要素可分为大气污染、水体污染、土壤污染和生物污染。大气污染了，人们无法呼吸；水体污染了，人们不能饮水；土壤污染了，我们没有粮食吃；生物污染了，人类可能没有肉食吃，或者人直接病死。所以说，环境污染非常可怕。这里我们只谈土壤污染。土壤是环境中特有的组成部分，它是一个复杂的物质体系，组成的物质有无机物和有机物。在地球表面，土壤处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间的过渡地带，是生态系统物质交换和物质循环的中心环节，是连接地理环境各组成要素的枢纽。植物直接生长土壤上，土壤是植物营养物质的最主要的供应地。“皮之不存，毛将焉附”；“民以食为天，食以土为本”。没有土壤，就长不出植物，更别提庄稼了。岩石上至多生长一些地衣、苔藓，水里还有一些浮游生物，人类能靠地衣、苔藓、浮游生物养活吗？所以说，土壤是最宝贵的自然资源之一，是人类赖以生存的必要条件。土壤，或者说是土地，还是人类社会演替发展的关键因素。封建地主控制了土地，统治了农民；共产党通过土地革命，赢得了广大人民的拥护。土壤被污染后修复起来较为困难,见效慢时间长,且容易造成新的污染。利用生物方法进行修复的时候,实际上是利用生态方法,形成新的生态环境,在修复土壤的同时也不会带来新的环境危害。例如,利用一些根系植物来吸附土壤中的有害物质（重金属）,在修复土壤的同时,根系发达的此类植物还能起到固土,防止水土流失的作用,在一定程度上植物的生长也美化了环境.此外,利用一些土壤中所必须得活性菌种来作为肥料,既不会像化肥一样污染土壤和周围水体,也可以满足作物所需要的营养元素,菌体还会调节土壤微环境,带来更好的种植生长环境。然而，各种人为与自然的因素使人类赖以生存的土壤遭受不同程度的破坏，致使原有土壤理化性质退化、丧失耕作价值，并危及食物链安全与人类自身健康。这种丧失了耕作价值的土壤称为污染土壤。{我国农田污染十分严重，汇总统计，令人目不忍睹。}据薛惠尹报道，我国城市与工业废水年排放总量达4×1010吨，其中工业废水排出镉、汞等重金属为2700吨左右，且相当一部分污染物通过灌溉途径进入农牧业生产环境；我国大约有40%的地面水源不符合农田灌溉水质标准，直接影响灌溉农田面积约3.2亿亩；全国有8000万亩左右的农田采用污水灌溉，其中约70%主要或唯一依靠污水作为灌溉水源。灌溉水源中的镉、汞、铜、锌等重金属一旦进入土壤，就会被农作物吸收，从而残留在农田，土壤本来是各类废弃物的天然收容所和净化处理场所，土壤接纳污染物，并不表示土壤即受到污染，只有当土壤中收容的各类污染物过多，影响和超过了土壤的自净能力，从而在卫生学上和流行病学上产生了有害的影响，才表明土壤受到了污染。造成土壤污染的原因很多，如工业污泥、垃圾农用、污水灌溉、大气中污染物沉降，大量使用含重金属的矿质化肥和农药等等。目前，我国土壤污染防治面临的形势十分严峻，部分地区土壤污染严重，土壤污染类型多样，呈现新老污染物并存、无机有机复合污染的局面，土壤污染途径多，原因复杂，控制难度大，由土壤污染引发的农产品安全和人体健康事件时有发生，成为影响农业生产、群众健康和社会稳定的重要因素。第一次全国土地调查显示，截至1996年10月31日，我国耕地面积为19.5亿亩；到2006年10月31日，这个数字锐减为18.27亿亩，10年净减少1.24亿亩，平均每年净减少1240万亩！国家《政府工作报告》指出，一定要守住全国耕地不少于18亿亩这条红线。而土壤污染防治，是深入贯彻落实科学发展观的重要举措，是建设社会主义新农村的重要内容，是构建国家生态安全体系的重要部分，是实现农产品质量安全的重要保障。土壤修复技术发展方向1、发展综合型的土壤修复技术。单一的修复技术已不能满足当前对于土壤污染治理的需求，今后的研究方向应该是多种技术的有机结合。例如植物-微生物的联合修复、综合氧化还原法、冲淋法和反应墙技术的新型原位复合修复技术，植物修复与物理化学修复相结合等等。2、充分考虑生态效益。在考虑经济效益的同时应当充分考虑生态效益。因此，在今后的修复技术中，生物修复，特别是植物修复技术会成为主流。3、着力于改进现有的较为先进的技术。对于植物修复，可以通过寻找、筛选、驯化更多更好的重金属富集植物。或者利用基因工程技术，将超富集植物的耐性基因移植到生物量大、生长迅速的植物中，使植物修复走向产业化。对于微生物修复，可以通过基因重组，开发出抗逆性强、分解能力强的基因工程菌。4、重视理论研究。加大对特别是生物修复技术的机理研究，例如深入研究植物-微生物相互作用的机理或是弄清植物的耐受性基因和富集重金属的原理。有助于开发新的植物品种，提高植物修复系统的效率。在引入超富集植物之前，还要充分论证其是否会造成生物入侵等负面影响，不能等到已经造成严重后果才发觉。5、在实践中不断尝试。理论的研究终归是要投入实践。生物修复对于环境的要求，如土壤性质、温度、pH、营养条件等是比较严格的。这些需要我们在实践过程中不断调整，最终找到一个最佳的条件。对于超富集植物。在适当的时候采收，并采取合理的处理处置方式。不仅可以避免二次污染，而且可以提高经济效益。因此，正确处置、利用收割后的植物，是植物修复技术产业化的关键，可以作为今后的一个研究方向。污染土壤生物修复技术土壤生物修复技术，包括植物修复、微生物修复、生物联合修复等技术，在进入21世纪后得到了快速发展，成为绿色环境修复技术之一。一、植物修复技术从20世纪80年代问世以来，利用植物资源与净化功能的植物修复技术迅速发展。植物修复技术包括利用植物超积累或积累性功能的植物吸取修复、利用植物根系控制污染扩散和恢复生态功能的植物稳定修复、利用植物代谢功能的植物降解修复、利用植物转化功能的植物挥发修复、利用植物根系吸附的植物过滤修复等技术；可被植物修复的污染物有重金属、农药、石油和持久性有机污染物、炸药、放射性核素等。其中，重金属污染土壤的植物吸取修复技术在国内外都得到了广泛研究，已经应用于砷、镉、铜、锌、镍、铅等重金属以及与多环芳烃复合污染土壤的修复，并发展出包括络合诱导强化修复、不同植物套作联合修复、修复后植物处理处置的成套集成技术。这种技术的应用关键在于筛选具有高产和高去污能力的植物，摸清植物对土壤条件和生态环境的适应性。近年来，中国在重金属污染农田土壤的植物吸取修复技术应用方面在一定程度上开始引领国际前沿研究方向。但是，虽然开展了利用苜蓿、黑麦草等植物修复多环芳烃、多氯联苯和石油烃的研究工作，但是有机污染土壤的植物修复技术的田间研究还很少，对炸药、放射性核素污染土壤的植物修复研究则更少。植物修复技术不仅应用于农田土壤中污染物的去除，而且同时应用于人工湿地建设、填埋场表层覆盖与生态恢复、生物栖身地重建等。近年来，植物稳定修复技术被认为是一种更易接受、大范围应用、并利于矿区边际土壤生态恢复的植物技术，也被视为一种植物固碳技术和生物质能源生产技术；为寻找多污染物复合或混合污染土壤的净化方案，分子生物学和基因工程技术应用于发展植物杂交修复技术；利用植物的根圈阻隔作用和作物低积累作用，发展能降低农田土壤污染的食物链风险的植物修复技术正在研究。二、微生物修复技术微生物能以有机污染物为唯一碳源和能源或者与其他有机物质进行共代谢而降解有机污染物。利用微生物降解作用发展的微生物修复技术是农田土壤污染修复中常见的一种修复技术。这种生物修复技术已在农药或石油污染土壤中得到应用。在中国，已构建了农药高效降解菌筛选技术、微生物修复剂制备技术和农药残留微生物降解田间应用技术；也筛选了大量的石油烃降解菌，复配了多种微生物修复菌剂，研制了生物修复预制床和生物泥浆反应器，提出了生物修复模式。近年来，开展了有机胂和持久性有机污染物如多氯联苯和多环芳烃污染土壤的微生物修复技术工作。分离到能将PAHs作为唯一碳源的微生物如假单胞菌属、黄杆菌属等，以及可以通过共代谢方式对4环以上PAHs加以降解的如白腐菌等。建立了菌根真菌强化紫花苜蓿根际修复多环芳烃的技术和污染农田土壤的固氮植物2根瘤菌2菌根真菌联合生物修复技术。总体上，微生物修复研究工作主要体现在筛选和驯化特异性高效降解微生物菌株，提高功能微生物在土壤中的活性、寿命和安全性，修复过程参数的优化和养分、温度、湿度等关键因子的调控等方面。微生物固定化技术因能保障功能微生物在农田土壤条件下种群与数量的稳定性和显著提高修复效率而受到青睐。通过添加菌剂和优化作用条件发展起来的场地污染土壤原位、异位微生物修复技术有：生物堆沤技术、生物预制床技术、生物通风技术和生物耕作技术等。运用连续式或非连续式生物反应器、添加生物表面活性剂和优化环境条件等可提高微生物修复过程的可控性和高效性。目前，正在发展微生物修复与其他现场修复工程的嫁接和移植技术，以及针对性强、高效快捷、成本低廉的微生物修复设备，以实现微生物修复技术的工程化应用。总而言之，污染土壤的修复是以去污染、复质量、再利用、保安康为目的的。土壤修复往往是控污、减污、降毒、化险的综合净化过程，可使土壤恢复生产力、场地安全健康、矿区及湿地生态安全和景观美化。但是，土壤修复也是耗人力、物力和财力的过程。只有做好土壤污染防控管理工作，才能避免或减少这样的消耗。“万物土中生”，土壤质量决定万物的质量。为保障人类的食物安全和身体健康，需要实施“净土”战略，制定土壤污染的“防控修复”行动计划。这对中国这样的拥有13亿人口的农业大国尤为重要。这也就需要政府和社会大力支持土壤污染防控修复技术的研究，需要建立土壤修复技术应用的规范、融资机制和立法管理政策。污染土壤的修复不同于污染水体的修复，土壤中的污染物难移动、难稀释，加上土壤类型、土地利用方式和污染场地的空间分异，更需要发展场地针对性和专门化的修复技术与设备。国际上，污染土壤修复技术体系基本形成，虽然中国可以通过引进2吸收2消化2再创新来发展土壤修复技术，但是国内的土壤类型、条件和场地污染的特殊性决定了需要发展更多的具有自主知识产权并适合国情的实用性修复技术与设备，以推动土壤环境修复技术的市场化和产业化发展。全球土壤修复产业市场容量约达万亿美元，发展中国土壤修复技术与设备，不仅是土壤环境保护与技术产业化的需要,而且是使中国这一新兴产业进入国际环境修复市场竞争的需要。12级环境艺术3班叶宸章201230150324