土壤修复技术分述——生物修复技术（3）

Posted 2023-01-12 土壤

篇首语：不曾扬帆，何以至远方。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了土壤修复技术分述——生物修复技术（3）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

生物修复是指在人为作用下，利用活有机物(微生物、植物和小型动物等)促进环境中有毒有害物质的降解或固定，减少其对环境危害的技术。
土壤修复技术之动物修复技术简介
动物修复技术是指土壤动物群通过直接的吸收、转化和分解或间接的改善土壤理化性质，提高土壤肥力，促进植物和微生物的生长等作用而修复土壤污染的过程。
土壤动物是土壤生态系统中的主要生物类群之一，占据着不同的生态位，对土壤生态系统的形成和稳定起着重要的作用。这些动物主要有土壤原生动物和土壤后生动物群落组成。一般平均每克土中含有原生动物的数量可达1万～4万个以上；而土壤后生动物群落主要有线虫、千足虫、蜈蚣、轮虫、蚯蚓、白蚁、老鼠等。

土壤动物修复机理及案例
线虫和蚯蚓是非常重要的两种土壤动物，前者数量巨大，繁殖快，世代短；而后者被称为“土壤生态系统工程师”，可改良土壤、提高肥力、促进农业增产，在维持土壤生态系统功能中起着不可替代的作用。
污染区土壤常具有恶劣的物理、化学性质，而蚯蚓是改善土壤物理结构、改善土壤通气性的透水性、增强土壤肥力的能手。将蚯蚓引入土壤中，有利于退化的污染土壤生态系统的恢复。蚯蚓体内能携带各种微生物，将蚯蚓引入污染土壤，随同蚯蚓一起，可以向土壤中引入各种微生物。能提高土壤中活性微生物量。向污染土壤中引入蚯蚓，有助于有机污染物的降解，并能提高多氯联苯(PCBs)降解菌的传播，促进土壤中联苯降解菌种群数量的增加；能促进植物生长，排泄物是优良的肥料。
目前，植物提取技术应用于治理重金属污染土壤越来越受到世界各国政府、企业界和科技界的关注。然而植物提取技术在实际应用过程中也存在一些不尽人意的问题。首先，超级累植物的生物量最小，生长速度慢，其次土壤中的重金属有效性较低，并具有隐蔽性。对于“螯合诱导技术”，向土壤中加入螯合剂(ED-TA、DTPA)等，使被土壤固定的重金属部分释放并进入水溶液，以保证植物能从土壤中提取走更多的金属，然而同时会造成土壤和地下水环境的二次污染。在保证修复效果的同时，蚯蚓具有解决这一矛盾的潜力。
Bonkowski等指出根际土壤中动物和微生物之间复杂的交互作用对植物生长和重金属吸收有很大的影响。Lasat认为研究土壤动物、微生物、植物之间的交互作用,对植物修复技术的进一步发展有重大意义。Ireland发现蚯蚓的蚓粪中水溶态Pb的含量比土壤中增加了50%。Cheng和Wong研究了蚯蚓对红壤水稻土、冲积土中Zn分级情况的影响,结果表明在有机质较高、污染程度较低的土壤中,培养蚯蚓能提高金属的有效性。Ma等用Pb、Zn尾矿中的土壤培养蚯蚓，结果发现有效态Pb、Zn的含量分别升高了48.2%和24.8%。泡囊-丛枝菌根是土壤中重要的根际微生物,植物根系通过它们与土壤紧密接触,大量研究表明，菌根能显著影响根际重金属形态分布以及它们的生物有效性,从而改变植物对重金属的吸收和转移。蚯蚓能传播微生物并影响微生物的活性和数量，从而增强植物吸收重金属的能力。这些迹象都表明蚯蚓有可能通过取食、消化和排泄等生命活动以及与微生物的相互作用提高土壤中重金属的生物有效性。同时蚯蚓在降解有机废物过程中能提高土壤中腐殖质和有机酸含量,并促进植物生长。植物生物量的增加能促使植物体内累积更多的重金属；腐殖质和有机酸含量的增加不仅能促进植物生长,还会影响金属的移动性。
从以上事实可以看出:蚯蚓能通过直接或间接作用强化植物修复的效果。Ma等研究了在种植木本豆科植物Leucaenaleucocephala的同时,引入蚯蚓对恢复广东省某Pb/Zn尾矿土壤的影响,结果发现由于蚯蚓的存在Leucaenaleucocephala的产量提高了10%～30%,由此而导致的植物吸收金属比率的提高可达到16%～53%。目前,有机污染的原位生物修复技术越来越受到人们的青睐。对土壤中有毒有害有机污染物的生物修复,主要是利用自然环境中生息的微生物,或接种特殊驯化与构建的工程微生物,以及进行微生物强化作用,将目标污染物分解为CO2和H2O,或转化为无害物质。若想减少甚至避免对生态系统的扰动,采用自然的原位修复技术(不进行任何工程辅助措施),有机污染物的微生物修复过程会受到土壤环境条件的限制,如：碳源和能源、微生物代谢所需的无机营养物质、合适的可利用水分、对酸碱度的缓冲能力。那么,蚯蚓是不是也可以在一定程度上解决这一难题,强化有机污染物生物修复过程呢?可做如下分析:
关于蚯蚓在促进植物生长方面起的积极作用已被大量研究证明。蚯蚓也能通过取食、排泄等生命活动影响土壤-植物系统中重金属的化学行为。土壤通气条件是制约有机污染物生物修复成功与否的一个重要因素,这主要是因为有机污染物的分解过程实质上是还原物质失去电子的氧化过程。其中当微生物利用分子氧作为末端电子受体时,污染物被降解得最彻底(分解产物为CO2和H2O)。以PCBs生物降解为例：虽然在厌氧条件下有利于PCBs的脱氯过程,但要彻底矿化这些有机污染物离不开一个通气良好的土壤环境条件。由于在通常情况下污染土壤的亚表层通气性较差,氧气供应不足,这样就会明显抑制PCBs的降解速度。研究表明蚯蚓的活动和挖掘行为能很好地改善土壤通气性。
对于异型生物质,如果污染新近发生，很少会有土著微生物能降解它们。通常需经过实验室研究筛选出高效降解菌,然后找到降解过程的最适条件，再将菌株接种到污染土壤中。但是，接种体的传播和扩散能力较差,给微生物扩增过程带来一定的困难。研究表明蚯蚓作为土壤生态环境的一个重要组成部分,能够通过自身的生命活动，如：运动、取食、挖掘等行为，促进土壤接种菌的传播。
蚯蚓还能通过它们的排泄物和分泌的黏液，提高土壤微生物的活性和矿质养分的有效性，从而为微生物的生命活动提供充足的无机营养盐。
还有研究表明蚯蚓能够通过取食行为，将有机污染物从土壤表面转移,并使得土壤中稳定态有机污染物增加,从而降低有机污染物向下淋溶,污染水体的风险。
关于蚯蚓存在条件下有机污染物降解情况的研究还不多。Singer等研究表明在培养蚯蚓的污染土壤中，PCBs的降解率为55%，而在未培养蚯蚓的污染土壤中，PCBs的降解率仅为39%。
在线虫-植物-根际微生物三者之间的关系研究中，发现三者关系密切，且互相制衡促进，线虫能刺激细菌和酶活性剂已经细菌数量的增长来促进PAHs降解。

牛明芬、高岩、俞协治、郭永灿等已经用蚯蚓等动物来修复污染土壤。蚯蚓不但能够富集重金属，还能改良土壤，保持土壤的肥力。土壤动物不仅直接富集重金属，还和微生物、植物协同富集重金属，改变重金属的形态，使重金属钝化而失去毒性，特别是蚯蚓等动物的活动促进了微生物的转移，使得微生物在土壤修复的作用更加明显；同时土壤动物把土壤有机物分解转化为有机酸等，使重金属钝化而失去毒性。
利用蚯蚓与黑麦草进行联合修复土壤中的荧蒽时，蚯蚓的活动不仅能促进植物的生长，还发现蚯蚓分泌的粘液能促进黑麦草对荧蒽的吸收积累，且促进了黑麦草根系中SOD酶活性的增强。
腐生波豆虫和梅氏扁豆虫都能富集铅，并被认为是污染土壤中铅锌类污染物的指示品种。
土壤动物大规模地养殖技术进一步成熟，为土壤动物修复提供了基础。同时土壤动物修复技术的应用也促进了土壤动物养殖技术地发展。当污染物中含有大量重金属及农药残留，用于土壤修复的动物则需要进行特别处理。往往土壤中含的重金属或农药超出土壤动物的半致死浓度时，可以通过工程措施、农艺措施等降低其浓度后进行动物修复。
土壤动物修复技术如果能与微生物修复技术、植物修复技术、工程技术相结合，将更能发挥其功能，提高修复能力。

浙江温岭，部分被污染的耕地通过动物修复法修复土壤

浙江温岭，养蚯蚓去除土壤中的重金属
该技术的不足之处及展望
国内外对土壤动物的生态作用和环境指示作用研究得比较多，把土壤动物用于修复污染和恢复退化土壤生态系统研究得比较少，该部分理论和技术有待深入研究。
土壤动物的养殖技术，如蚯蚓、蝇蛆等已经很成熟，而对于其他也具有很强修复能力的动物有待于进行深入地探讨。
植物修复技术，微生物修复技术的过热，导致土壤动物研究滞后，土壤动物与前两种研究技术的结合不够紧密，而土壤动物在生态中的作用也是不可忽视的。

土壤动物多样性及其保护研究、土壤动物在生态系统中的作用研究、土壤动物的指示作用研究、利用土壤动物筛选最佳土壤利用方式研究、土壤动物与农业虫害关系研究以及自然保护区土壤动物研究等成为研究热点。