生物修复技术在土壤污染治理中的应用研究

程 科

（陕西省土地工程建设集团榆林分公司，陕西 榆林 719000）

当前，我国土壤污染十分严重，不仅会大大降低农产品的产量，还会对农产品造成不同程度的污染。如果误食已经被污染的产品，人体健康将会受到严重威胁。如何科学有效地治理土壤污染，已经成为当前科研人员深思的重要课题。

1 生物修复技术分类

1.1 微生物修复技术

简单地说，微生物修复技术是指技术人员利用土壤中微生物降解有害物质的功能，或是采取人工方式培养出适量的微生物补充到土壤里，以实现降解有害物质的目的，继而从根本上起到净化土质的作用[1-3]。值得一提的是，土壤自身就具有除去有害物质的微生物，通常，污染物大都会被这些微生物降解。然而，随着化肥、农药等大量施入土壤中，微生物的降解能力严重下降，人们逐渐将目光放在人工培育上，科学运用微生物对已经受到污染的土壤进行改良。

1.2 植物修复技术

植物修复技术是指技术人员运用自然生长的植物汲取、降解土壤中的有害物质，或者借助植物的光合作用对空气中的污染物进行吸纳，继而起到净化空气的作用[2]。不同植物对有害物质的吸收能力不尽相同，一些植物只对一种有害物质有效，而某些植物能够吸收不同种类的污染物。因此，技术人员在使用时要熟练掌握植物特征，深度剖析土壤污染物种类，灵活选用植物，对症下药，继而达到全面清除污染物的效果。

1.3 动物修复技术

这种修复技术主要借助土壤中的某些低等动物及其体内的微生物来对有害物质进行转化与降解，继而从根本上清除污染物[4-5]。土壤自身就有除去有害物质的微生物，然而在众多污染物的干扰下，很多物生物纷纷死亡，不仅不能降解污染物，反而导致其慢慢沉淀，最终影响土壤肥力。为此，技术人员可以借助动物修复技术妥善治理土壤污染，提升土壤肥力。该技术具有一定的局限性，目前其主要应用在有机物和农药污染土壤的修复、富营养化水体的修复方面，而重金属污染土壤的动物修复机理依然处于研究阶段。

1.4 联合生物修复技术

联合生物修复技术是指技术人员综合运用两种或两种以上技术手段，对被污染的土壤进行修复。近年来，该技术得到了人们的普遍认可，并取得了突出的成就。其中，使用最多的是植物和微生物联合修复方式，其结合微生物对土壤中的污染物进行降解，植物根部能够吸收污染物，两者互相作用，继而修复土壤。

2 影响污染土壤生物修复的主要因素

2.1 污染物性质

通常，结构单一的污染物比结构复杂的更容易降解，分子量小的污染物比分子量大的更容易降解。原因是无论聚合物还是高分子化合物都不能在最短的时间内通过细胞膜进入细胞中，微生物的胞内酶也无法对其产生反应，由于其分子过大，微生物的胞外酶无法接近并损坏相关反应。本文将石油烃作为论述对象，相关研究表明，微生物可以有效降解石油中的饱和烃和轻质芳香烃组分，而其中的重质芳香烃、树脂等物质则无法充分降解。一般而言，芳香族化合物的生物降解性比脂肪族差，其包含的苯环数目较多，有着较强的稳定性，生物降解能力不高。相关研究表明，无论是单环链烷烃还是链烷烃，都可以被微生物氧化利用而除去，但是芳香烃和环烷烃降解难度较大，容易富集在土壤里。

化学官能团的种类和具体位置都会影响污染物的降解能力。例如，氨基、羟基等官能团的取代作用可以大大提升芳香烃的化学性能。但是，氯取代基、硝基的取代作用会逐渐降低芳香烃的可降解能力。对氯代芳香化合物生物降解进行深度剖析可知，高电负性的氯原子以自身较强的吸附性来吸附苯环上的电子，促使苯环转变成相应的疏电子环而无法被微生物氧化[6-8]。当氯取代基数量呈上升趋势时，氯代芳香化合物的生物降解能力就会逐渐变弱。不仅如此，取代基的相对位置会导致生物降解性能存在较大差异。三种二氯苯呈现出邻位＞间位＞对位的关系。

一般情况下，受到污染的土壤中有机污染物往往属于外源性物质，因为自身化学性质复杂，一般难以被生物降解。长期以来，很多研究人员致力于研究外源性物质的降解性评价、降解菌株分离等，并获得了一系列成就。

2.2 环境因子

2.2.1 温度

温度与微生物的正常生长和代谢密切相关，人们可以通过改变有害物质的物理化学性质来干扰生物降解过程。

当前，诸多生物修复在中温环境（20～40℃）下开展，这一温度为微生物的快速生长和代谢创造了有利条件，因为微生物在低温环境下生长速度缓慢，代谢活性也不高。相关研究表明，当温度不大于10℃时，石油烃类的降解速度非常缓慢[9-10]。在气候寒冷的地区，技术人员可以采取覆盖塑料薄膜等手段增强温度，为加快生物降解速度提供保障。现阶段，针对高冷和高温等特殊环境来说，生物修复主要研究方向是探索最为适宜的降解菌，有学者就从沙漠中提取出嗜热菌，该菌在低于60℃时依然具备降解能力。

对石油污染治理进行深入研究，人们发现，在低温环境下，石油黏度提高，短链有毒烷烃挥发性逐渐降低而水溶性不断提升，增强生物降解作用；当温度比较高时，烷类的毒性会逐渐增加，同时会制约微生物降解作用，最佳温度应当保持在30～40℃。

2.2.2 土壤种类

技术人员使用生物修复技术时，必须考虑土壤种类因素的影响。生物修复适合采用黏性较小的砂质土，而粘性大的则不适用。土壤渗透性的优劣是影响生物修复成败的关键，所以针对渗透性较强的土壤来说，无论是营养物还是电子受体的传质速度都非常快，从而为加快生物反应速度提供保障。而渗透性不强的土壤中出现的状况恰好相反。

2.3 生物体本身

污染土壤生物修复主要利用微生物、部分真菌和植物进行修复。土壤中的微生物种类和数量庞大，有诸多已经受到污染但具有降解功能的微生物种群。长期与污染物接触后，土著微生物能够适应环境变化而产生降解效果。土著微生物有着较强的适应能力和降解能力，在相关修复工程中得到广泛使用。然而，其同样存在不足之处，如生长速度缓慢、代谢速度不高等，尤其是当受到高浓度生物外源性物质污染时，技术人员就要接种高效降解菌[11]。一种快速有效的手段是直接从污染地区分离筛选降解菌，通过富集强化后才能使用；另一种手段就是依赖分子遗传工程方式建立基因工程菌。未来，降解菌不但要适应当地环境变化，而且要经受住土著微生物的竞争，所以应当使用足够的接种微生物以形成优越性，为加快生物降解速度提供保障。

3 生物修复技术在土壤污染治理上应用时要注意的问题

3.1 筛选高效的降解菌

生物修复技术是指通过微生物和土壤里的有害物进行充分作用，达到消除污染的效果，筛选最为适宜的降解菌是生物修复的基础条件。为了增强应用效果，技术人员尽可能挑选出对污染物适应性强的微生物[12-13]。从土壤污染程度来讲，技术人员应当结合土壤污染实际情况选择最为适宜的降解菌。例如，针对有机氯农药污染，技术人员可以使用芽孢杆菌、棒状杆菌；针对五氯硝基苯污染，尽可能使用链霉菌属、诺卡氏菌[14-16]。

3.2 针对性地选择微生物

当前，人们为了提高农产品产量而使用很多农药和化肥，长此以往就会给微生物的生存环境带来严重的影响。微生物降解污染物的速度本来就很慢，诸多污染物的肆意侵入致使微生物无法在短时间内完全清除污染，甚至某些土壤中的微生物被污染后就不会再生长[17]。现阶段，技术人员使用的生物修复技术就是利用这一原理去除污染的，即在土壤中创造出和微生物匹配的环境，同时在土壤中添加适量的氧气、营养盐等，这样才能培养出降解能力强的微生物，以便有效去除土壤中的污染物，最终达到净化土质的效果。值得一提的是，不同土壤存在不同的污染源，因此技术人员应当结合具体状况培养合适的微生物群，以便对症下药，提高利用效率[18-19]。

4 结语

现阶段，我国面临严峻的土壤污染窘境。生物修复技术具有诸多优势，人们可以应用该技术来有效治理土壤复合污染，弥补传统土壤污染修复技术的缺陷，从根本上保障土壤污染获得全面的治理。随着科学技术的发展和新技术的不断推广，生物修复技术将会在土壤污染治理中具有更大的发展前景。