基于生态安全格局的含能材料污染场地土壤可持续修复研究

摘要：为了评估植物－微生物组合可持续修复技术的有效性，提出基于生态安全格局的含能材料污染场地土壤可持续修复研究。针对识别的生态源、生态廊道以及提取的生态节点，使用植物－微生物组合可持续修复技术实施含能材料污染场地土壤可持续修复。对于其他地区，使用微生物可持续修复技术实施含能材料污染场地土壤可持续修复。当微生物菌剂按接种比例为5％时，三种含能化合物的降解率均逐渐增加。当比例为10％时，NT、RDX、HMX的降解率均有所提升。植物－微生物组合可持续修复技术与微生物可持续修复技术均较为有效。

关键词：生态安全格局；生态源；含能材料污染；土壤可持续修复

中图分类号：X53 文献标志码：B

前言

随着工业化进程的加速和能源需求的不断增长，含能材料在生产、使用和处理过程中产生的环境污染问题日益严重。含能材料主要指炸药、火药、推进剂和烟花爆竹等，这些材料在生产、储存和使用过程中，可能会释放有毒有害物质。因此，开展含能材料污染场地土壤的可持续修复研究，对于保护环境和人体健康具有重要意义。含能材料污染场地的修复一直是世界各国面临的难题。传统的修复方法为物理修复方法，主要包括挖掘、填埋和固化等，这些方法虽然可以部分解决污染问题，但往往存在成本高、难以处理深层污染等问题。因此，开展可持续修复研究，寻找更加有效的修复方法是当前亟待解决的问题。为寻找更加有效的修复方法，国内外学者开展了大量研究。一些新型的纳米材料和微生物技术在修复含能材料污染场地方面表现出良好的效果。此外，一些新的修复方法如光催化氧化、电化学还原等也逐渐应用于含能材料污染场地的修复。然而c5c13f88bda8964edc5382ec986a2fb11990ac6cafe30efc1c9e7701530c7a84，这些方法往往存在一些问题，如处理不彻底、易产生二次污染等。因此从生态安全格局角度出发开展含能材料污染场地土壤可持续修复方面的研究，为中国含能材料污染场地的修复提供新的思路和方法。

1研究区域与研究方法

1.1研究区概况

研究区域为西部某省，区域内含有含能材料生产厂家，对周边环境产生了严重的影响。研究区域内的土壤受到了含能材料污染后，存在严重的安全隐患。

该区域的土地利用类型以工业用地和农业用地为主。工业园区内分布着多家含能材料生产厂家，这些厂家在为当地经济发展做出贡献的同时，也给周边环境带来了严重的负面影响。

在土壤方面，该研究区域的土壤类型为砂壤土和粘壤土，其中受污染的区域以砂壤土为主。由于含能材料的影响，土壤中的重金属和有机污染物含量较高，导致土壤质量下降，植被覆盖率降低，生态系统服务功能受损。由于土壤污染，生态系统被破坏，生物多样性降低，土壤侵蚀和土地退化现象严重。同时，由于环境污染，当地居民的健康受到影响，生活质量下降。因此，实施土壤可持续修复对于该区域具有重要意义。

1.2基于生态安全格局的生态源识别、生态廊道识别以及生态节点提取

基于生态安全格局概念实施研究区域的生态源识别、生态廊道识别以及生态节点提取。以下是详细的识别与提取过程。

1.2.1数据收集

收集研究区域内的各种数据，包括地理信息数据、环境质量数据、植被分布数据等。在地理信息数据收集中，使用全球定位系统和遥感卫星图像等设备来收集地理信息数据。在环境质量数据收集中，使用了空气质量监测仪、水质分析仪和土壤检测仪等设备来收集环境质量数据。在植被分布数据收集中，使用了无人机和高清相机等设备来收集植被分布数据。

以下是测量和记录的全过程：

（1）地理信息数据测量和记录：使用GPS设备在研究区域内实地测量，记录研究区域内的地理位置和地形。同时，还使用遥感卫星图像对研究区域实施大面积的地形和地貌信息获取。

（2）通过空气质量监测仪测量研究区域内的空气污染物浓度，通过水质分析仪分析研究区域内的水体质量，利用土壤检测仪检测研究区域内的土壤质量和成分。

（3）植被分布数据测量和记录：通过无人机飞越研究区域，获取高清晰度的植被分布图像，利用高清相机近距离拍摄植被分布情况。拍摄完成后，对获取的图像实施后期处理和分析，提取出植被的类型、分布范围、生长状况等信息。

1.2.2生态源识别

在数据收集与分析的基础上，识别研究区域内的生态源。生态源通常包括水体、林地、草地等，这些生态源对周边环境产生积极的影响，能够提供多种生态服务。

1.2.3生态廊道识别

在研究区域内，生态廊道是指连接各个生态源的线性或带状结构，通常由植被、河流或道路等构成。通过分析地理信息数据和环境质量数据，识别出主要的生态廊道。此外，还利用遥感技术和GIS技术对生态廊道实施精细识别和分析。研究区域中共识别出了42条生态廊道。

1.2.4生态节点提取

在生态廊道的基础上，提取出重要的生态节点。生态节点是指廊道上的关键部位，如交叉点、连接点等，对维护整个生态系统的稳定性和生物多样性具有重要作用。通过分析生态廊道的分布和特点，利用GIS技术提取出主要的生态节点。研究区域中共提取出了152个生态节点。

1.3研究方法

针对识别的生态源、生态廊道以及提取的生态节点，使用植物－微生物组合可持续修复技术实施含能材料污染场地土壤可持续修复。对于其他地区，由于面积过大，使用微生物可持续修复技术实施含能材料污染场地土壤可持续修复。

在实验的第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天，分别采集盆内深处的土壤，检测其含能化合物的含量，计算含能化合物的降解率。

（1）TNT含量的测定采用了高效液相色谱法。色谱分析具体的检测条件如下：色谱柱采用Poroshell 120，EC-C18 2.7 um，4.6×100 mm；注入体积为5uL；柱温设定为33℃；流动相比例为水：甲醇=60：40；流动相流速为1 mL/min；检测器波长设定为254 nm；洗脱时间为16 min。标准样品采用EPA8095B与EPA 8095A的1：1混合液。

（2）RDX残留量的检测：采用变色酸分光光度法来检测溶液中的RDX残留量。将离心管中的混合溶液实施离心处理（4℃，5 000转/分，8分钟），然后吸取上清液1毫升至比色管中。在80℃的水浴条件下，挥发丙酮。接着加入1.5毫升的浓硫酸，混合均匀后放置20分钟。再加入5毫升的水和1毫升浓度为10克·升-1的变色酸钠溶液，充分混合。再加入3毫升的浓硫酸，混合均匀后进行沸水浴反应25分钟。反应结束后，冷却至室温，在580纳米波长下测定吸光度。最后，根据校准曲线的制备来确定溶液中RDX的浓度。

（3）HMX残留量的检测方法：采用萘乙二胺分光光度法检测培养基中的HMX浓度。将离心管中的混合溶液进行离心处理（4℃，5 000转/分，8分钟），然后吸取上清液1毫升至比色管中。加入6毫升10％（质量／体积）NaOH溶液，在90℃的水浴中加热30分钟，冷却后用盐酸溶液（37％浓盐酸：水=1：5）中和。再加入3毫升对氨基苯磺酸溶液（0.7克对氨基苯磺酸溶于50℃超纯水，加入28毫升冰乙酸，使用超纯水稀释至100毫升）和5毫升冰醋酸，放置10分钟。然后加入3毫升0.1％（质量／体积）萘乙二胺溶液，放置15分钟。最后，将溶液稀释至50毫升，在540纳米处测定吸光度。通过制备校准曲线来确定HMX残留物的浓度。

2土壤可持续修复结果分析

2.1其他地区的生态节点的含能材料污染场地土壤可持续修复结果分析

对于其他地区，采用的修复方法是微生物修复技术。当微生物菌剂按接种比例为5％时，第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天时，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率测试情况见表1。

通过表1可知，随着时间的推移，三种含能化合物的降解率均逐渐增加，表明微生物菌剂在降解这些含能化合物方面发挥了积极作用。在各个时间点上，TNT的降解率略高于RDX和HMX。因为TNT的化学结构相对较容易受到微生物攻击。然而，RDX和HMX的降解率也表现出较高的水平，表明微生物菌剂对这三种含能化合物都具有较好的降解效果。

当微生物菌剂按接种比例为10％时，第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天时，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率测试情况见表2。

通过表2可知，在微生物菌剂按接种比例为10％时，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率均有所提升，但提升幅度较小，因此实际上在微生物菌剂按接种比例为5％时即可达到较为良好的效果。

2.2生态源、生态廊道以及提取的生态节点的含能材料污染场地土壤可持续修复结果分析

对于识别以及提取区域。采用的修复方法是植物一微生物组合修复技术。当选择的植物为紫花苜蓿时，第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天时，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率测试情况见图1。

在紫花苜蓿与微生物组合修复技术的协同作用下，可以看到含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率随着时间的推移逐渐提高，表明该修复方法对含能污染物的降解具有积极效果。同时，通过对比微生物修复技术的测试数据，可以发现紫花苜蓿与微生物组合修复技术的降解效果更好。

当选择的植物为香根草时，第15天、30天、45天、60天、75天、90天、105天、120天时，含能化合物TNT、RDX、HMX的降解率测试情况见图2。

相比选择的植物为紫花苜蓿，可以发现香根草与微生物组合修复的效果明显更好，同时此时微生物菌剂按接种比例的影响降低了，即微生物菌剂按接种比例为5％与10％时的差异缩小了。

3结束语

在研究中提出了一种基于生态安全格局的含能材料污染场地土壤可持续修复研究方案，这一方案不仅关注土壤的化学和生物修复，同时也强调了生态安全格局的构建与可持续发展。通过深入研究和实践，实现了污染场地的有效治理和生态环境的长期安全。当微生物菌剂按接种比例为5％时，三种含能化合物的降解率均逐渐增加。当比例为10％时，NT、RDX、HMX的降解率均有所提升。紫花苜蓿与微生物组合修复技术的降解效果更好。相比选择的植物为紫花苜蓿，发现香根草与微生物组合修复的效果明显更好。植物－微生物组合可持续修复技术与微生物可持续修复技术均较为有效，可以实现考虑生态安全格局的含能材料污染场地土壤可持续修复。