基于植物-微生物联合修复技术的土壤环境污染治理方法研究

关键词：植物-微生物；修复技术；土壤环境；污染因子；地累积指数

中图分类号：X53 文献标志码：B

前言

土壤中的重金属和有机污染物不仅影响土壤质量，还可能通过食物链威胁人类健康。传统的土壤污染控制方法处理周期长、成本高且易受二次污染。因此，寻求高效和环保的治理方法至关重要。

文献[1]选择耐镉性强的微生物菌株与赤霉素作为主要修复组分，通过合成相关物质来降低重金属浓度，从而修复土壤环境。该修复方法无需专门处理，使得修复效率较高。然而，这种方法需要将重金属固定在植物或土壤中，存在二次污染的风险从而导致修复效果不好。文献[2]通过野外采样和实验室分析，利用化学试剂与～（137）Cs反应，将污染物转化为低毒或无毒的形式。该方法通过深入研究～（137） Cs在土壤-植物系统中的迁移模式，为制定有针对性的修复策略提供了理论依据。但修复技术的范围和有效性可能因土壤条件和污染水平等因素而异，使得修复效用比较受限。文献[3]制备了掺硫和硅的生物炭，并将生物炭应用于镉污染土壤的修复实验，这种方法提高了修复效率。但硫和硅的掺杂量需要精确控制，可能会对修复效果产生影响。为有效提高土壤环境污染物的去除率，文章提出了植物-微生物联合修复技术。该技术具有绿色环保、成本低、可持续性强等优点，更符合现代环境保护的需要。

1土壤环境污染治理方法设计

1.1土壤污染程度分析

通过对土壤环境污染程度进行分析可以确定污染物的种类、浓度以及分布范围，为修复技术的选择提供了依据。根据污染程度的不同，可以增减值微生物菌剂的剂量与浓度，从而达到最佳修复效果。

首先，确定研究区域的土壤容重，计算公式如式（1）：

以J为依据将土壤环境污染程度进行划分，具体如下：当地累积指数为0时，表示土壤处于清洁状态；当地累积指数在0到1之间时土壤处于轻度污染状态；当地累积指数在1到2之间时土壤处于中度污染状态；当地累积指数在3到4之间时，表示土壤处于重度污染状态。依据土壤环境地累积指数确定研究区域污染程度，并据此建立、调整与优化植物-微生物联合修复体系。

1.2联合修复体系建立与优化

由于植物和微生物菌剂直接影响土壤环境污染的治理效果，因此，在联合修复体系建立中，首先需要选择植物和微生物菌剂类型。某些植物具有在土壤中积累和吸收重金属等有毒物质的能力，能有效减轻土壤污染。此外，植物的根系为微生物提供生长环境，促进微生物制剂在土壤中的分布和作用。植物与微生物的相互作用是影响土壤修复效果的重要因素，二者互利共生，提高修复效果。

因此，在选择植物和微生物制剂时，需要对于不同的污染物和土壤条件，选择有针对性的植物和微生物制剂，以达到最佳的修复效果。

考虑到土壤环境污染的累积性、复杂性和持久性，此研究选择的植物为香根草，微生物为白腐真菌C菌株。引入细胞表面展示技术，将白腐真菌C菌株的功能基团与植物细胞表面相结合，以实现植物一微生物的快速固定。加工微生物各功能基团对污染因子的吸附容量与基因组学技术相结合，通过富集、初筛、复筛和鉴定等步骤，得到纯化菌株，并将微生物菌群和香根草植物细胞进行同步分离纯化形成复合物沉淀，从而生成植物-微生物联合修复体系。

1.3植物-微生物联合修复方案确定

通过上述分析与计算过程，设计植物-微生物联合修复方案，具体实施步骤如下。

（1）对目标污染土壤进行调查和评估，获取污染物的精确数据。

（2）以2倍、4倍、6倍和8倍的数量向土壤环境样品中添加重金属元素，并在添加重金属污染后在培养基中培育3天。

（3）准备香草种子或幼苗和白腐菌菌株C的培养基和接种工具，以确保植物良好的质量和强健的生长，以及菌株的高活性和高纯度。

（4）根据设定的种植密度和土壤污染水平分析结果，在培养基的土壤样品上均匀种植香根草。香根草稳定生长后，将白腐菌菌株C按设定的接种量均匀地撒在土壤表面，或与水混合喷洒在土壤上。

（5）定期收集土壤样本进行实验室分析，并监测污染物的变化。观察香根草的生长和白腐真菌的降解效果，并评估修复计划的有效性。

2实例论证分析

2.1研究区概况

某土壤环境污染修复区总面积约5km²。该地区海拔在50 m到80 m之间，属于平原地区。测区地质结构主要由沉积岩组成，包括黏土岩、砂质页岩和少量石灰岩。沉积层的厚度从10 m到20 m不等，土层位于沉积层之上，下接稳定的基岩层。接触面相对平坦，无明显断层或褶皱。区内地质条件相对稳定。

研究区内的水文条件相对复杂，有三条季节性河流和两个湖泊。河流流量受季节影响较大，雨季平均流量为50m³/s，旱季为10m³/s。大多数湖泊是淡水湖，水质好，平均深度为3m。地下水位高，通常在土层以下2m至4m处。该地区的地下水总体流向为西北向东南，流速较慢，平均流速为0.05m/s。

据初步调查，该地区土壤重金属污染严重。主要包括铅、镉、铬、铜、锰、锌、汞等，平均污染指数为2.5。经过检测发现，该地区土壤中镉（Cd）含量较高，变异系数为4.56%，表明镉元素在土壤中的分布极为不均，可能存在局部高浓度区域。因此，此次实验主要针对镉元素进行治理。

2.2实验准备

选择土壤钻头、收集容器等工具采集土壤样品。根据项目要求在相关地图上标记采样点，确定采样区域。并对采样区域进行划分，确定采样点的位置和数量，并避免显著异常值的影响。

首先清除表层杂质，利用对角线采样法在每个采样点采集3个样本，采样深度为0～20cm、20～40 cm、40～60 cm，以提高采样的代表性。区域土样采样点布设情况见图1。

在研究区域内共设置了12个采样点位置，采集36份土壤环境样品，试验土样的基本理化性质见表1。

依据表1中数据分析该研究区域的土壤污染程度，确定污染等级，从而针对性拟定植物一微生物联合修复体系。

2.3土壤环境污染治理结果与分析

为验证文章方法的有效性，进行对比实验。在实验中，采用生物炭协同微生物矿化技术（方法1）、生物一生态耦合技术（方法2）作为对比组，文章方法为实验组。分别采用3种方法对该区域土壤环境污染进行治理与修复，比较在不同方法应用下的重金属污染物降解率。该指标的计算公式如式（6）：

实验结果见图2。

由图2得知，将文章提出的方法应用于特定区域的镉金属污染物处理后，降解率明显高于对照组方法所达到的效果。证明了文章提出方法的优越性，相比之下，方法1和方法2在土壤环境污染修复中表现出的效果较差，主要是这两种方法过度依赖于具有低反应效率的单一化学试剂，导致生物制剂无效存活。由此可以证明文章方法的可靠性，能够满足实际应用需求。

2.4对比实验与分析

基于以上实验结果，为进一步验证文章方法的可行性，在分析污染物降解率基础上，计算污染物的去除率，由此测试不同方法的土壤污染治理效果。对比结果见图3。

由图3可知，在所提方法的应用下，研究区域的镉元素污染物的去除率高达60%以上，而方法1和方法2的污染物去除率最高分别为55.32%和59.63%，明显低于文章方法，进而可以说明文章方法在土壤环境污染治理方面的优越性。

3结束语

基于植物-微生物联合修复技术的土壤环境污染控制策略，深度整合了生态系统中两大核心净化机制。植物利用根系系统的独特结构，高效吸收、富集土壤中的污染物，并通过生理代谢过程初步转化这些有害物质。同时，微生物群落以其丰富的多样性和强大的降解代谢能力，进一步分解转化植物根系难以直接处理的复杂污染物，形成高效协同的土壤污染净化体系。此研究方法针对土壤污染的多样性与复杂性，通过精细化调控，量身打造修复体系。依据污染程度与类型，精选植物种类与微生物群落，并优化水分、养分等环境因子，构建出高度协同、效率卓越的修复系统。此方法加速了污染物的清除，促进了土壤生态的自愈与平衡，为土壤污染控制领域树立了新标杆。