污染土壤的生态修复

生态学不仅是一门解释自然规律的科学，也是一门为环境、经济发展服务的科学。当前，生态平衡规律已成为指导人类生产实践的普遍原则。

污染环境的生态修复是指通过选择特殊的植物和微生物，人工辅助建造生态系统或自然过程，使环境介质中的污染物去除或无害化，使受污染场址恢复原有功能的技术，它是当今环境科学的热点领域。

修复的介质可以包括土壤及地下水、地表淡水及近海岸。修复的主体是污染物，包括无机污染物和有机污染物。对于重金属，修复的手段为清除、稀释、固定化及转化为低毒的形态，如将六价铬转化为三价铬，以降低六价铬污染的危害。而对于有机污染物，修复的首选手段应该是使其彻底矿化为水和二氧化碳，或者转化为低毒的中间产物，还包括清除（吸附及挥发到另外一个介质）以及固定化（在介质内部）。

1）微生物修复技术

微生物修复技术是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。它包括自然和人为控制条件下的污染物降解或无害化过程。在自然修复过程中，利用土著微生物的降解能力，但需要有以下环境条件。

（1）有充分和稳定的地下水流；

（2）有微生物可利用的营养物；

（3）有缓冲pH的能力；

（4）有使代谢能够进行的电子受体。

如果缺少一项条件，将会影响微生物修复的速率和程度。特别是对于外来化合物，如果污染新近发生，很少会有土著微生物能降解它们，所以需要加入有降解能力的外源微生物。

人为修复工程一般采用有降解能力的外源微生物，用工程化手段来加速生物修复的进程。这种在受控条件下进行的生物修复又称强化生物修复或工程化的生物修复。工程化的生物修复一般采用下列手段来加快修复的速率。

（1）生物刺激技术，满足土著微生物生长所必需的环境条件，诸如提供电子受体、供体氧以及营养物等。

（2）生物强化技术，需要不断地向污染环境投入外源微生物、酶、其他生长基质或氮、磷无机盐。而对于一些污染物，微生物虽然可以降解它们，但却不能利用该污染物作为碳源合成自身生长需要的有机质，因此需要另外的生长基质维持自身的生长，称为共代谢，例如处理五氯酚需加入其他基质维持微生物的生长。

从修复实施的场址，可以将微生物修复分为原位生物修复和异位生物修复，前者在污染的原地点进行，不挖出或抽取需要修复的土壤及地下水，采用一定的工程措施，利用生物通气、生物冲淋等一些方式进行。异位生物修复需要挖掘土壤或抽取地下水，将污染物移动到邻近地点或反应器内进行。很显然这种处理更好控制，结果容易预料，技术难度较低，但投资成本较大。例如可以通过土壤堆、泥浆反应器等形式处理。

海洋污染的生物修复主要是治理用于游船海难事故造成的原油泄漏，对污染的海面和海滩进行生物修复。可用三种方式处理石油污染：投加表面活性剂，增加石油与海水中微生物接触的表面积；投加高效降解石油微生物菌剂，增加微生物种群数量；投加氮、磷等营养盐。促进海洋中土著降解菌的繁衍，其中第三种方法简便实用。可使用缓释氮磷制剂、亲油性制剂，但需要控制氮磷比和投入量，避免投入后引起不良后果。

可用于生物修复的微生物主要有细菌和真菌。细菌包括好氧细菌、厌氧细菌及兼氧细菌。细菌可以在污染条件下，不断适应环境，产生降解能力。如通过特定酶的诱导和抑制产生基因突变及通过质粒转移获得利用特定污染物的能力。

2）植物修复技术

植物修复技术就是直接利用各种活体植物，通过提取、降解和固定等过程清除环境中的污染物，或消除污染物的毒性，可以用于受污染的地下水、沉积物和土壤的原位处理（如图5-1所示）。植物也有助于防止风、雨和地下水把污染物从现场携带到其他区域。植物修复在低到中度污染的现场效果最好。植物的根从土壤、水流或地下水吸收水分和营养，根能伸展到多深，就能清除多深的污染。常用于土壤修复的植物，如印度芥菜根深0.3 m，禾本植物根深0.6 m，苜蓿根深1.2～1.8 m，杨树根深4.5 m。

图5-1 植物修复示意图

植物修复去除污染物的方式有如下四种。

（1）植物提取。植物直接吸收污染物并在体内蓄积，直到收获后才进行处理。收获后可以进行热处理、微生物处理和化学处理。

（2）植物降解。植物本身及其相关微生物和各种酶系将有机污染物降解为小分子的CO2和H2 O，或转化为无毒性的中间产物。

（3）植物稳定。植物在与土壤的共同作用下，将污染物固定并降低其生物活性，以减少其对生物与环境的危害。

（4）植物挥发。植物挥发是与植物吸收相连的，它是利用植物的吸取、积累、挥发而减少土壤挥发性污染物。

植物修复技术是一项高效、低廉、非破坏性的土壤净化方法，可替代传统的处理方法。除了成本较低以外，植物修复还有以下几方面的优点。

（1）对环境基本上没有破坏；

（2）不需要废弃物处置场所；

（3）具有很高的公众接受性；

（4）避免了挖掘和运输；

（5）具有同时处理多种不同类型有害废弃物的能力。

植被对污染土壤还有其他益处，如植物修复可以提高土壤的有机碳含量；植被深入土壤的根系可以对土壤起到固定化的作用；植物的蒸腾作用可以蒸发相当一部分的水分，这种水分的向上运动可以阻碍污染物通过淋溶作用而向下迁移；植物对环境友好并具有审美功能，等等。

像其他环境修复技术一样，植物修复也有它的缺点。植物修复受到气候、地质条件、温度、海拔、土壤类型等条件的限制，还受污染状况和污染类型的制约。主要存在以下几个问题。

（1）植被的形成受环境毒性的限制；

（2）吸收到植物叶中的污染物会随着落叶而再次释放到环境中去；

（3）污染物可能会积累在作为燃料的木材中；

（4）会提高某些污染物的溶解度，从而导致更严重的环境危害或使得污染物更易于迁移；

（5）可能会进入食物链而对生态系统产生负面影响；

（6）比其他技术花费的时间更长。