土壤表層重金屬污染自然修復模擬方法研究

周旭盛

摘 要： 在我國經濟實力逐漸壯大，科學技術不斷創新的今天，建設生態文明已經成為全國范圍內的重要共識。有效治理環境污染，受到了各方的廣泛關注。在各類環境污染中，土壤重金屬污染因其對農作物及人身健康的危害，已經被列入重點治理工作內容。

關鍵詞： 土壤表層;重金屬污染;自然修復;模擬方法

【中圖分類號】X53 【文獻標識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.25.170

引言：隨著我國相關生態環境法律法規、政策的修訂和頒布，國家對生態環境工作空前的重視，植物在很大程度上也能夠讓被重金屬污染的土壤得以修復。比如植物可以通過使用光合作用或者是共析原理，將重金屬吸附到體內。之后通過清理枝葉并合理處理的方式清除重金屬污染。植物修復相對來說投資比較少，而且操作也比較簡便，并且很難形成二次污染，后期處理也比較方便，所以無論是經濟效益還是社會效益，都是比較高效的。但是植物修復起來速度相對比較慢，而且很容易受到土壤具體情況的制約。

1 確定自然修復模擬測控要求

使用的土壤表層重金屬污染自然修復模擬方法為微生物自然修復，由于有些微生物具有嗜重金屬性，利用微生物對重金屬污染介質進行凈化，在土壤表層中被證明是一種很好的方法。用于土壤表層環境的處理，是一種行之有效的方法，目前已進行了積極研究。通過嗜重金屬菌，有效地吸收土壤表層中的重金屬，面對存在著土壤與細菌分離的難題，結合影響土壤表層重金屬污染自然修復的關鍵指標，確定自然修復模擬測控要求。在實際模擬土壤表層重金屬污染自然修復過程中，真正能夠做到可測可控的物理量只有溫度以及氧氣含量，其他物理量只能通過實時的數據采集獲得。將采集到的物理量數據引入LabVIEW實現土壤表層重金屬污染自然修復數據的圖形化顯示，通過客戶端到服務器再到終端的圖形化顯示。

2 土壤表層重金屬污染自然修復模擬方法

2.1 微生物修復技術

微生物中含有電荷，因此具備代謝快的特征。若土壤內含有重金屬，并由其引發污染問題，則內部的微生物會發揮吸附作用，吸收污染元素，而后由其自身攜帶的細菌及時處理重金屬元素。具體流程是：首先，微生物溶解或沉淀土壤內重金屬離子，使其發生氧化還原反應;其次，充分發揮其在有機絡合物與重金屬之間的降解作用，有效結合重金屬及有機質，促使離子發生化學性變化，最終實現修復土壤的目的，以此降低重金屬污染程度。

2.2 植物修復技術

植物修復技術是目前應用較為普遍的生物修復技術，主要是利用對重金屬具有較強吸附作用的自然植物或人工培育植物，把重金屬從土壤中吸收到植物體內，再對植株進行收割并統一處理。植物修復不僅可以吸取土壤內的重金屬，還可提高土壤肥力。目前，使用較多的植物有蜈蚣草等蕨類植物以及小黃楊、鴨腳木、亮葉忍冬等花卉植物。這些植物對各種重金屬元素的吸附轉移能力各不相同，需要根據被污染耕地的污染種類進行選擇。

2.3 植物提取技術

植物提取技術是指通過種植天然或者轉基因超富集植物盡最大限度的吸收積累污染土壤的重金屬，將其吸收累計到植物的地上部或根部，將其收割處理，以有效去除土壤中的污染物。超富集植物普遍被定義為在具有高濃度污染物的土壤中可以正常生長植物，其地上部分重金屬含量達到普通植物100倍。目前用于土壤重金屬污染治理的研究的常用超富集植物有：砷超富集植物蜈蚣草、鋅超富集植物東南景天、油菜、十字花科、植酸模草、工業用的大麻等。

2.4 植物固定

植物固定是指利用植物降低土壤中重金屬的移動性和生物有效性。植物固定作用不降低重金屬在污染土壤中的濃度，僅降低重金屬的移動性，其目的是通過根系的吸收積累或根際的沉淀作用將重金屬限制在植物的滲流帶內。植物可以通過幾種方式來阻止重金屬的移動，包括借助植物蒸騰拉力減少淋溶，通過根系穩固減少土壤侵蝕，通過地表植被減少徑流遷移等。植物固定技術的優點在于不會產生次級污染物，且有助于增加土壤肥力，恢復土壤生態系統。局限性在于，重金屬一旦在土壤中被固定后，就需要進行定期的監測，以確保土壤中的重金屬始終保持被固定狀態，且對于高濃度污染地塊，植物固定技術的應用就需要開發培育耐性強、能夠在污染環境條件正常生長的植物品種。高效的固定修復植物能夠減少土壤溶液向土壤基質的滲濾從而減少重金屬的淋洗，同時抑制水土流失和重金屬向其他領域的擴散污染。柳樹因其對重金屬的耐性高，根際土壤范圍大，蒸騰拉力強而成為植物固定的理想植物。植物固定常與其他修復技術結合使用，如微生物、有機改良劑等，以增加土壤重金屬的固定效果。土壤微生物可以通過促進植物生長、增加根系吸收來提高植物對重金屬的固定效果。如施用堆肥能夠顯著提高土壤微生物多樣性，促進植物根系萌發并積累更多的重金屬。有機、無機化合物也能促進土壤中重金屬的植物固定作用。在芒果樹-蕨類固定修復體系中，加入爐渣、底灰、骨粉和紅泥等4輔助劑均顯著降低了土壤中可溶態和可提取態的重金屬含量比例。固定修復需要長期連續監測，以確保土壤重金屬的固定狀態，而一些輔助改良劑可能也需要再次施用以維持重金屬固定態所需的土壤環境。

2.5 客（換）土法

客（換）土法分別指客土法和換土法，適用于土壤重金屬含量較高的耕地。前者是將沒有受到重金屬污染的土壤運送至被污染的耕地中，鋪成無污染的耕作層，或將土壤混合均勻以降低重金屬含量。采用客土法修復時，要對受到污染的土壤進行處理，從而使農作物根系不接觸或少接觸受到污染的土壤，使作物達到食品安全的水平。換土法則是先鏟除、運出受到污染的土壤并進行治理，然后運來沒有受到污染的土壤并覆蓋在原耕地之上，形成無污染的耕作土層。這兩種方法均可降低耕地受到的重金屬污染程度，但因土壤中重金屬元素的殘留，仍然可能造成二次污染，難以達到根本治理的效果。

結語：隨著工業和農業發展，土壤重金屬污染已嚴重威脅到人類健康和生態安全，如何修復受重金屬污染的土壤迫在眉睫。土壤重金屬治理應從源頭控制影響土壤重金屬污染的各個因素，在治理方面加強多技術應用，減少對土壤破壞。因此，了解土壤重金屬來源及污染現狀，將物理、化學、生物修復技術進行合理的選擇，尋求經濟、高效、環保、安全的修復技術，成為今后土壤重金屬修復的關鍵。

參考文獻

[1] 梅寶中，張強，王端鑫.重金屬污染土壤修復技術及其修復實踐[J].環境與發展.2018（11）.