微生物在生態修復中的作用范文

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篇1

傳統生態浮床存在的不足包括：①植物根系懸浮在水體中無法從底泥中獲取足夠的微量元素而影響其生長效果；或懸浮的根系容易被水體中草食類動物吞噬；②低溫下植物枯萎后整個生態浮床系統無任何凈化效果，更有甚者會產生二次污染［2］；③僅有植物根系少量的生物膜和植物同化作用以致浮床凈化效果相對低下。為此國內外進行諸多探索，并取得良好的效果。（1）強化浮床系統內的微生物。為了提高傳統生態浮床的凈化效果，業內人士進行了大量的探索。孫連鵬等［3］將固定化反硝化細胞應用到生態浮床的脫氮過程，使生態浮床系統脫氮效果大大提高；李淼等［4］將離子束輻照定向誘變技術應用于生態浮床除磷脫氮過程中，并取得了良好的效果；李先寧等［5］將濾食性動物和人工合成生物載體加入生態浮床系統中，利用濾食性動物的濾食能力提高水體的可生化性和人工材質生物載體富集微生物達到聯合修復富營養化水體，取得了良好的效果。（2）強化水體的復氧過程。水體復氧過程是水體自凈發生的主要成因之一。操家順等［6］構建生物膜和浮床植物復合技術浮床，并設置了一定間距以形成大氣復氧區，強化了待修復水體的復氧過程，從而提高了水體的修復效果。章永泰等［7］利用風力發電技術強化浮床系統水下曝氣和水下照明，強化了水下生態系統的氧化能力和浮游植物的光合作用，從而提高水體修復效果?；谏鷳B浮床實用性和成本低廉性原則以及各種強化手段中的共性部件（生物膜載體），業內人士均認為：人工合成生物載體加入生態浮床系統（組合式生態浮床）中是最可行、最低廉、最廣泛的技術，故而被廣泛研究和采用。

2組合式生態浮床和凈化效果

將生物載體引入到傳統生態浮床中而組建組合式生態浮床，通過提高浮床系統中微生物量和生態浮床的輻射“場強”使其凈化效果得到了極大的提升［8，9］。其作用原理是：通過在不同材質生物載體上富集極其復雜的、大量的生物膜系統，提高組合式生態浮床系統內的生物量、生物種類以及系統的“生物場強”［10］，提高組合式生態浮床的凈化效果。而且生物載體的應用可以避免冬季低溫條件下因植物枯萎而出現無凈化效果的情況，因為低溫條件下生物載體上的微生物雖生物凈化效果差，但是仍然會有一定凈化效果。

2．1傳統的組合式生態浮床存在的弊端生物載體是組合式生態浮床系統的重要組成部分，最原始的形式就是將人工合成生物載體懸掛在生態浮床的底部，僅僅就是為了提高生態浮床的生物持有量和凈化效果以及生物場強，并取得了良好的效果。但是這種生態浮床系統，植物根系和生物載體相互獨立，并無耦合效應，植物和生物載體之間并沒有很好的配合。另外也有將生物載體作為生物膜附著體和植物根系基質，植物根系和生物載體相互作用、相互依賴，生物載體為根系提供保護和承受部分污染負荷，而根系為生物載體上的微生物提供氧氣。而生物載體和植物根系自身的凈化效果仍然在發揮優勢，而且耦合了兩者的優勢。

2．2新型組合式生態浮床的凈化效果和現狀本課題組經過大量的實驗研究認為，將生物載體不懸掛于浮床底部而是作為植物生長基質，即實現生物載體和植物根系“親密接觸”而形成濕地型新型組合式生態浮床，其凈化效果和管理維護會更好些。而且業內人士對生物載體作為浮床基質時的效果也進行一定的探索研究。

2．2．1無機型生物載體在生態浮床中的應用徐麗花等［11］研究了沸石、沸石－石灰石、石灰石3種生物載體系統的水質凈化能力，結果表明：沸石、沸石－石灰石和石灰石系統的TN平均去除率分別為68％、78．3％、60．9％。沸石－石灰石系統的去除率最高，這是由于沸石和石灰石發生了協同作用，沸石吸附NH＋4－N，石灰石促進了硝化作用，使得系統對TN的去除效果好于其生物載體單獨使用時的效果。熊聚兵等［12］利用泥炭、石英砂等為植物生物載體強化脫氮過程，研究發現泥炭可提供碳源有利于脫氮，該系統中的NH＋4－N、NO－3－N、NO－2－N和TN的去除率分別為98．05％、98．83％、95．60％、92．41％，而石英砂提供過濾補充脫氮，兩者結合的去除效果明顯高于任一者的單獨去除效果。無機生物載體在組合式生態浮床中具有較好的處理效果，但因其密度較大，在實際景觀水體修復中需要浮體較多，增加處理成本，降低其推廣效能。

2．2．2人工合成生物載體在生態浮床中的應用人工合成生物載體因其穩定性強、堅固耐用、能夠有效抵擋水流沖擊，在組合式生態浮床生物載體中被廣泛應用。虞中杰等［13］通過構建美人蕉竹制框架下加掛球形生物載體的方式，該系統對TP、NH＋4－N、NO－3－N和CODMn的去除率分別達到74．3％、76．6％、63．6％和67．5％。這得益于人工合成的球形生物載體表面易于附著微生物，有利于強化水體中污染物的降解。張雁秋等［14］以傳統生態浮床為對比照組，以空心塑料生物載體作為基質和生物載體組建的組合式生態浮床系統為實驗組。初始進水的TN、NH＋4－N、NO－3－N是17、6、11mg／L時，該組合式生態浮床的最終TN、NH＋4－N、NO－3－N的質量濃度分別為（1．05±0．20）、（0．38±0．18）、（0．17±0．03）mg／L，而傳統生態浮床的最終TN、NH＋4－N、NO－3－N的質量濃度分別為（5．23±1．12）、（0．29±0．11）、（4．19±2．08）mg／L，顯示出良好的脫氮效果，并使硝態氮濃度保持較低濃度。

2．2．3天然纖維素物質生物載體在生態浮床中的應用玉米秸、稻草、油菜秸、麥秸等農作物秸稈和竹絲、樹皮等植物莖稈類的廢棄物均可以作為生物載體原料。而且用植物纖維素物質作生物載體的較其他人合成的生物載體更容易降解，使用一定時間會自行分解，比人工稱合成的生物載體容易形成載體污泥更利于保護環境［15］。本課題組對植物纖維素物質進行預處理后作為組合式生態浮床的生物載體，既能合理利用秸稈資源，拓寬秸稈的利用價值，又能有效修復水體和生態環境，取得良好的效果。施亮亮等［16］構建以稻草為生物載體和植物生長基質，以美人蕉和菖蒲為植物的復合組合式生態浮床為實驗組，以人工合成填料為基質的組合式生態浮床為對照組。添加稻草為生物載體的組合式生態浮床在去除污染物方面明顯優于以人工合成填料為基質的組合式生態浮床。筆者在研究中發現以竹絲為生物載體的組合式生態浮床，CODMn、TN、NH＋4－N和NO－3－N的平均去除率分別為63．50％、63．86％、47．80％和64．75％明顯優于無生物載體組合式生態浮床的49．56％、31．29％、28．24％和43．90％，鏡檢發現竹絲表面具有較豐富的生物相，大量活性良好的群居鐘蟲、草履蟲、累枝蟲和鞭毛蟲等，活性、數量均占優勢的指示性原生動物，處理過程竹絲穩定降解，釋放無機鹽類和小分子有機物為微生物生長提供必需的營養成分。樓菊青等［17］發現以毛竹為原料的生物載體在膜速度、掛膜量上有較明顯的優勢。以上文獻研究均顯示了天然纖維素物質在組合式生態浮床生物載體制造領域的潛在價值，為浮床生物載體基于天然纖維素物質資源化利用的多元化發展打下堅實的基礎［18］。采用天然纖維素物質不僅作為親水性很強的生物載體，還可以作為反硝化碳源，本課題組已經通過紅外光譜分析方法掌握以下信息：①可生物降解材料表面具有較豐富的親水性基團（－OH（主要在纖維素、多糖物質中）、－CH2（主要在脂肪類物質中）、－NH2（主要為蛋白質）），可形成更為復雜的生物膜體系，更容易吸附微生物，更利于生物增殖、生物種群的多樣性；②可生物降解材料使用過程中，被吸附其表面的微生物分解，形成一些可被微生物作為營養的物質，而強化微生物的生長，如果生物載體是固體碳源，釋放出來的碳源有利于提高水體的脫氮效果。

3生物載體在生態浮床應用中急需解決的科學難題

3．1作為浮床基質的生物載體與植物根系交互作用機理研究作為浮床基質的生物載體與植物根系是一種相互耦合的關系，互為對方提供生長繁殖所需要的養分，在一定程度上促進提高了生態浮床系統的凈化效果、凈化進程和生物多樣性。目前本課題組已經發現以可生物降解的稻草作為生態浮床系統中植物生長的基質時，其中水生植物（美人蕉和菖蒲）葉子呈碧綠色，而以人工合成生物載體（塑料球）為植物基質或無任何基質時，2種浮床中水生植物葉子呈淺黃色。分析認為稻草、塑料球均作為生物載體和植物基質，生長速率緩慢的硝化菌更容易附著在親水性良好的稻草上，塑料球因其親水性差、生物親和性欠缺而使硝化菌增殖緩慢，稻草上大量的硝化菌就能將相對不容易被植物吸收的氨氮轉化為更容易被植物吸收的硝態氮，充分的氮素使稻草基質生態浮床中的植物葉子更為翠綠，生長速率更快。即稻草基質為植物根系提供充分的養料（硝酸鹽）；而根系能為稻草表面微生物膜提供來自光合作用的氧氣，并在稻草基質中產生脫氮所需要的好氧、缺氧環境，提高整個生態浮床的脫氮效果。但是根際微生物和生物膜相互作用、相互影響研究并沒有取得很好的成果，值得深入研究。

3．2生物載體表面和植物根系表面微生物種群差異分析由于根系表面和生物載體表面存在非常大的差異，根際微生物種群類別和生物載體表面微生物類別差異、數量差異和特性差異均需要深入研究，目前很多的研究仍然處于定性分析中階段。微生物作為生態修復和污染物去除的主體，不同生理生化特性的微生物承擔著不同生物降解過程，所以掌握不同生物載體和植物根系表面微生物種群存在的差異（生長速率、呼吸類型、降解底物酶系種類、微生物種群數和數量級等），對不同污染物采取不同的不同載體和植物，或不同生物載體組合，或不同植物的多樣化組合，或人工干預提供不同的環境以實現污染物去除，實現通過對微生物相關特性的強化和調控而實現微生物對污染物的降解。

3．3生物載體材質在不同污染源種類的水體修復中的選擇方法生物載體作為生態浮床中重要的生物附著場所，有時也作為浮床植物的基質，其作用較大，但是隨著生物載體的材質和形態等不斷多樣化，生物載體形態主要由從水流速度、使用方便和造景等因素考慮，對水體修復效果不會造成實質上的影響，而生物載體材質的不同對水體修復效果會產生極大的影響。傳統意義上的生物載體是塑料材質，并將懸掛在生物載體框架以下，其作用原理是：在生物載體表面形成生物膜以提高生態浮床系統中微生物量達到強化生態浮床的修復效果，在其表面形成的微生物是復雜的、多樣的、雜亂的叢生，并無特定的靶向污染物，在復合污染較重的現在存在一定的優勢。但是塑料材質生物載體存在親和性和親水性差而導致微生物量少、附著困難［19］。而且對于以氮素為主要污染物且C／N低的地表水修復過程中來說并無太大的價值，因為脫氮過程中涉及硝化和反硝化過程，反硝化過程需要補充有機碳以提高脫氮效果，而塑料材料生物載體并不能提供碳源，投加液體碳源存在計量無法控制和運行管理復雜等問題，如果以人工合成高聚物作為生物載體和碳源雖然可以實現良好的脫氮過程和硝化菌群的富集，但費用過高［20，21］；所以天然纖維素物質是理想的碳源、載體，不僅天然親水性和生物親和性可以實現生物量的最大化和掛膜的最快化，而且生物釋碳按需供給和，其來自極為廣泛（農業廢棄物、林業廢棄物等。對于磷含量相對較高的地表水體修復時，塑料材質或天然纖維素材質的生物載體應用于生態浮床中則效果較差，根據生物除磷均以排泥的方式，地表水體污染物濃度較輕，污泥量少或無污泥，無排泥也就除磷效果很低。現在一些工藝中為了提高除磷效果，采用一些孔隙多樣化吸收磷或含有某些能夠與磷發生化學反應的生物載體以提高除磷效果。

4展望

篇2

關鍵詞:土壤污染、生物修復、研究進展

前言

土壤重金屬污染是指由于人類活動將金屬加入到土壤中，致使土壤中重金屬明顯高于原生含量、并造成生態環境質量惡化的現象。加之重金屬離子難移動性，長期滯留性和不可分解性的特點，對土壤生態環境造成了極大破壞，同時食物通過食物鏈最終進入人體，嚴重危害人體健康，已成為不可忽視的環境問題。隨著我國人民生活水平的提高,生態環境保護日趨受到重視,國家對污染土壤治理和修復的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修復問題,已成為土壤環境研究領域的重要課題。而生物修復技術是近20年發展起來的一項用于污染土壤治理的新技術,同傳統處理技術相比具有明顯優勢，例如其處理成本低,只為焚燒法的1/2-1/3，處理效果好,生化處理后污染物殘留量可達到很低水平;對環境影響小,無二次污染,最終產物CO2、H2O和脂肪酸對人體無害，可以就地處理,避免了集輸過程的二次污染,節省了處理費用，因而該技術成為最有發展潛力和市場前景的修復技術。

1.污染土壤生物修復的基本原理和特點

土壤生物修復的基本原理是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株,甚至用構建的特異降解功能菌投加到各污染土壤中,將滯留的污染物快速降解和轉化成無害的物質,使土壤恢復其天然功能。由于自然的生物修復過程一般較慢,難于實際應用,因而生物修復技術是工程化在人為促進條件下的生物修復,利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烴類及各種有毒有害的有機污染物，降解過程可以通過改變土壤理化條件(溫度、濕度、pH值、通氣及營養添加等)來完成,也可接種經特殊馴化與構建的工程微生物提高降解速率。

2.污染土壤生物修復技術的種類

目前,微生物修復技術方法主要有3種:原位修復技術、異位修復技術和原位-異位修復技術。

2.1原位修復技術：

原位修復技術是在不破壞土壤基本結構的情況下的微生物修復技術。有投菌法、生物培養法和生物通氣法等,主要用于被有機污染物污染的土壤修復。投菌法是直接向受到污染的土壤中接入外源污染物降解菌,同時投加微生物生長所需的營養物質,通過微生物對污染物的降解和代謝達到去除污染物的目的。生物培養法是定期向土壤中投加過氧化氫和營養物,過氧化氫則在代謝過程中作為電子受體,以滿足土壤微生物代謝,將污染物徹底分解為CO2和H2O。生物通氣法是一種加壓氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上幾眼深井,安裝鼓風機和抽真空機,將空氣強行排入土壤中,然后抽出,土壤中的揮發性有機物也隨之去除。在通入空氣時,加入一定量的氨氣,可為土壤中的降解菌提供所需要的氮源,提高微生物的活性,增加去除效率。

2.2異位修復技術：

異位修復處理污染土壤時,需要對污染的土壤進行大范圍的擾動,主要技術包括預制床技術、生物反應器技術、厭氧處理和常規的堆肥法。預制床技術是在平臺上鋪上砂子和石子,再鋪上15-30cm厚的污染土壤,加入營養液和水,必要時加入表面活性劑,定期翻動充氧,以滿足土壤微生物對氧的需要,處理過程中流出的滲濾液,即時回灌于土層,以徹底清除污染物。生物反應器技術是把污染的土壤移到生物反應器,加水混合成泥漿,調節適宣的pH值,同時加入一定量的營養物質和表面活性劑,底部鼓入空氣充氧,滿足微生物所需氧氣的同時,使微生物與污染物充分接觸,加速污染物的降解,降解完成后,過濾脫水這種方法處理效果好、速度快,但僅僅適宜于小范圍的污染治理。厭氧處理技術適于高濃度有機污染的土壤處理,但處理條件難于控制。常規堆肥法是傳統堆肥和生物治理技術的結合,向土壤中摻入枯枝落葉或糞肥,加入石灰調節pH值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有機物向穩定的腐殖質轉化,是一種有機物高溫降解的固相過程。上述方法要想獲得高的污染去除效率,關鍵是菌種的馴化和篩選。由于幾乎每一種有機污染物或重金屬都能找到多種有益的降解微生物。因此,尋找高效污染物降解菌是生物修復技術研究的熱點。

3.影響污染土壤生物修復的主要因子

3.1污染物的性質：

重金屬污染物在土壤中常以多種形態貯存,不同的化學形態對植物的有效性不同。某種生物可能對某種單一重金屬具有較強的修復作用。此外,重金屬污染的方式(單一污染或復合污染)，污染物濃度的高低也是影響修復效果的重要因素。有機污染物的結構不同,其在土壤中的降解差異也較大。

3.2環境因子：

了解和掌握土壤的水分、營養等供給狀況,擬訂合適的施肥、灌水、通氣等管理方案,補充微生物和植物在對污染物修復過程中的養分和水分消耗,可提高生物修復的效率。一般來說土壤鹽度、酸堿度和氧化還原條件與重金屬化學形態、生物可利用性及生物活性有密切關系,也是影響生物對重金屬污染土壤修復效率的重要環境條件。

3.3生物體本身：

微生物的種類和活性直接影響修復的效果。由于微生物的生物體很小,吸收的金屬量較少,難以后續處理,限制了利用微生物進行大面積現場修復的應用，

植物體由于生物量大且易于后續處理,利用植物對金屬污染位點進行修復成為解決環境中重金屬污染問題的一個很有前景的選擇。但由于超積累重金屬植物一般生長緩慢,且對重金屬存在選擇作用,不適于多種重金屬復合污染土壤的修復。因此,在選擇修復技術時,應根據污染物性質、土壤條件、污染程度、預期修復目標、時間限制、成本及修復技術的適用范圍等因素加以綜合考慮。

4.發展中存在的問題：

生物修復技術作為近20年發展起來的一項用于污染土壤治理的新技術,雖取得很大進步和成功,但處于實驗室或模擬實驗階段的研究結果較多,商業性應用還待開發。此外,由于生物修復效果受到如共存的有毒物質(Co-toxicants)(如重金屬)對生物降解作用的抑制；電子受體(營養物)釋放的物理;物理因子(如低溫)引起的低反應速率;污染物的生物不可利用性;污染物被轉化成有毒的代謝產物;污染物分布的不均一性;缺乏具有降解污染物生物化學能力的微生物等因素制約。因此,目前經生物修復處理的污染土壤,其污染物含量還不能完全達到指標的濃度要求。

5.應用前景及建議：

隨著生物技術和基因工程技術的發展,土壤生物修復技術研究與應用將不斷深入并走向成熟,特別是微生物修復技術、植物生物修復技術和菌根技術的綜合運用將為有毒、難降解、有機物污染土壤的修復帶來希望。為此,建議今后在生物修復技術的研究和開發方面加強做好以下幾項工作:

(1)進一步深入研究植物超積累重金屬的機理,超積累效率與土壤中重金屬元素的價態、形態及環境因素的關系。

(2)加強微生物分解污染物的代謝過程、植物-微生物共存體系的研究以及植物-微生物聯合修復對污染物的修復作用與植物種類具有密切關系。

(3)應用現代分子生物學與基因工程技術,使超積累植物的生物學性狀(個體大小、生物量、生長速率、生長周期等)進一步改善與提高,培養篩選專一或廣譜性的微生物種群(類),并構建高效降解污染物的微生物基因工程菌,提高植物與微生物對污染土壤生物修復的效率。

(4)創造良好的土壤環境,協調土著微生物和外來微生物的關系,使微生物的修復效果達到最佳，并充分發揮生物修復與其他修復技術(如化學修復)的聯合修復作用。

(5)盡快建立生物修復過程中污染物的生態化學過程量化數學模型、生態風險及安全評價、監測和管理指標體系。

結論

綜上所述，我們不難發現由于土壤重金屬來源復雜,土壤中重金屬不同形態、不同重金屬之間及與其它污染物的相互作用產生各種復合污染物的復雜性增加了對土壤重金屬治理和修復難度,且重金屬對動植物和人體的危害具有長期性、潛在性和不可逆性,同時進一步惡化了土壤條件，嚴重制約了我國農業生產的加速發展，所以要更好的防治土壤重金屬污染還需要廣大科研工作者不懈的努力，研發出更好的效率更高的修復治理技術，同時我們還不應該忘記必須加強企業自身的環保意識，提高企業自我約束能力，始終將防治污染積極治理作為企業工作的頭等大事來抓，把企業對環境的污染程度降到最低限度，形成全社會都來重視土壤污染問題的良好環保氛圍，逐步改善我們的土壤生態環境。

參考文獻：

[1]錢暑強,劉錚.污染土壤修復技術介紹[J].化工進展,2000(4):10-12,20.

[2]陳玉成.土壤污染的生物修復[J].環境科學動態,

1999，(2):7-11.

[3]李凱峰,溫青,石汕.污染土壤的生物修復[J].化學工程師,2002,93(6):52-53.

[4]楊國棟.污染土壤微生物修復技術主要研究內容和方法

[5]張春桂,許華夏,姜晴楠.污染土壤生物恢復技術[J].生態學雜志,1997,18(4):52-58.

[6]李法云,臧樹良,羅義.污染土壤生物修復枝木研究[J].生態學雜志,2003,22(1):35-39.

[7]滕應,黃昌勇.重金屬污染土壤的微生物生態效應及修復研究進展[J].土壤與環境,2002,11(1):85-89.

[8]沈德中.污染環境的生物修復(第一版)[M].北京:化學工業出版社,2001:14,311.

篇3

關鍵詞 水體富營養化 生物治理

1水體富營養化問題概述

1.1水體富營養化

富營養化是指生物所需的氮（N ）、磷（P） 等無機營養物質大量進入湖泊、河口、海灣等相對封閉或水流緩慢的水體， 在適宜的外界環境（水域的物理化學環境） 因素綜合作用下， 引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖， 水體溶解氧量下降， 水質惡化， 魚類及其他水生生物大量死亡的現象。

1.2 水體富營養化問題治理

目前國內外在控制藍藻水華、治理水體富營養化的問題上采取的措施大體可歸結為：（1）外源污染物，特別是點、面源污染物的截留、控制。（2）內源污染物的控制。兩者的目的都在于降低營養物質的負荷、控制藻類的異常繁殖，逐步提高水的質量。

對于湖泊富營養化，各個國家和地區采用不同的物理、化學方法對其進行預防、控制和修復， 并且取得一定的成效。物理法主要采用截流、疏浚、稀釋和污水分流等措施。物理方法有耗時、高成本、難操作的缺點?；瘜W方法主要是利用除草劑、殺藻劑及金屬鹽等來控制水華，常用的除藻劑有硫酸銅、二氧化氯等，臭氧和高錳酸鉀作為除藻劑也有研究。在實際運用的過程中，物理方法損耗高，化學方法又牽涉到化學藥劑對水體的二次污染。都不宜長期使用。

2水體富營養化的生物修復方法

生物修復是指利用生物的生命代謝活動在一定的條件下減少存在于環境中有毒有害物質的濃度或使有毒有害物質完全無害化， 從而使污染的環境能夠部分或者完全恢復到原始狀態的一個受控或自發進行的過程。

2.1微生物修復

（1）固定化光合細菌：是將游離的光合細菌利用固定化材料將其固定， 用于處理污染水體的1種方法。（2）固定化氮循環細菌修復：固定化氮循環菌在參與水體的氮素循環中起著重要的作用， 研究表明， 接種固定化氮循環菌可去除富營養化水體中過量氮素。（3）深水曝氣修復：通過向湖底曝氣來補充氧氣， 使水與底泥界面之間經常保持有氧狀態， 有利于抑制底泥磷的釋放。（4）EM制劑修復：有效微生物群是從自然篩選出各種有益微生物， 用特定的方法混合培養所形成的微生物復合體系， 其微生物組合以光合細菌、放線菌、酵母菌和乳酸菌為主。該微生物制劑對去除水體中的有機物、葉綠素a、氨氮和提高溶解氧等均有顯著效果。（5）Clear2Flo系列菌劑修復：專門用于湖泊和池塘生物清淤、養殖水體凈化流修復及污泥去除， 效果很好， 可阻止藻類生長、“水華”出現， 污染因子大幅下降。

2.2水生植物修復

（一）沉水植物的修復作用

沉水植被指在大部分生活周期中植株沉水生活、根生底質中的植物生活型。其作用主要有：

（1）水體生物多樣性賴以維持的基礎。

（2）對水體物理環境的改變功能。

（3）凈化水體的功能。

（4）對水生生態系統演替的影響作用。

（5）對水環境的生物地球化學過程的影響作用。

（6）對水體生物群落的影響。

國內外對富營養化淺水湖泊進行生態恢復的研究與實踐，可以形成如下結論：（1）恢復或重建湖泊水生植被是富營養化淺水湖泊生態恢復的重要環節。（2）多穩態理論、生物操縱理論以及上行控制和下行控制理論是恢復或重建水生植被、實現由藻型到草型轉變的重要理論基礎。（3）生態恢復的前提是控制外源營養負荷，然后再在實施綜合措施的基礎上如疏?；蜮g化底泥控制內源負荷，通過生物操縱或理化手段控制藻類等恢復或重建水生植被。（4）我國水庫湖泊的富營養化程度比多數歐洲及北美湖泊要明顯偏高，恢復和重建水生植被的困難要大。

（二）魚類的修復作用

魚類是影響湖泊生態系統的重要因素，影響包括湖泊的生物（尤其是餌料生物） 群落結構、營養物質的狀態和水平等。李傳紅等人認為：魚類是生態系統的主要組成部分，在生態系統中扮演著重要的角色，放養不同生活習性魚類、選擇性捕撈對湖泊生態系統的結構、功能、演化有顯著影響，同樣湖泊生態系統的變化也影響著水體的水質和自凈能力，進而影響人類湖泊功能的發揮。

2.3人工浮島修復

生態浮島技術就是人工把水生植物或改良馴化的陸生植物移栽到水面浮島上，植物在浮島上生長，通過根系吸收水體中的氮磷等營養物質，從而達到凈化水質的目的。

3總結

在閱讀了大量有關水體富營養化生物修復的研究成果并結合在生態學課程的教授及學生論文指導中進一步獲得的知識，了解到新興技術的發展空間。不難發現，針對水體富營養化的生態修復技術依然存在著很多缺陷：比如人工浮島技術無法在流域中達到預期效果；對于治理不同污染程度水體選擇何種生物種類是在生態修復中的一個難題。當然，在此文中我沒有提及外來入侵物種對于本地水體富營養化的利弊問題。但是，事實上，有很多的研究者在大量工作的基礎上提出“水葫蘆用于水質污染治理，能夠帶來凈化氮、磷、有機廢水，去除廢水中的懸浮物，去富營養化和凈化重金屬污染等積極的生態環境效應?！钡绾谓鉀Q外來物種破壞當地物種生物多樣性等一系列問題，卻又成為我們面前的一個難題。

富營養化水體的生物修復技術是近期新興的、熱門的新型技術，但如同大多數的生物工程技術一般，我們還需要經過很長實踐的研究和積累才能達到預期的效果。

參考文獻：

篇4

關鍵詞：生物工程技術環境保護研究

1.我國生態環境現狀及治理方向

環境保護是跨經濟、社會、技術等學科的綜合性科學。環境保護研究人體健康、人類生產和生活環境的舒適程度，以及自然資源保護和生態系統平衡。環境保護的基本任務是保護和改善生活環境與生態環境，防治污染和其他公害，保障人體健康，保護自然資源，促進社會主義現代化建設的發展。面對隨經濟的飛速發展而日益加劇的環境污染狀況，我國由于工業“三廢”污染、農用化肥和農藥的污染以及廢棄塑料和農用地膜的污染，嚴重的影響了我國的生態環境，使得水污染日益加劇，水資源嚴重短缺，全國600多個城市中已有一半城市缺水，農村則有8000萬人和6000萬頭牲畜飲水困難；土壤污染嚴重，耕地面積銳減，近10年來每年流失的土壤總量達50億t，土地荒漠化日益加??；森林覆蓋面積下降，草場退化，每年減少森林面積達2500萬畝；人們的身體健康受到嚴重威脅，疾病發病率急劇上升【1】。

如何保護環境、合理有效地處理環境污染物已迫在眉睫。采用傳統的物理、化學方法可達到一定的除污凈化效果，但成本高、過程繁瑣，并易造成二次污染。近年來，利用微生物等環境生物技術處理環境污染物，所具有的安全、高效、廉價的優點，逐漸引起人們的重視。2.生物工程技術在環境保護中的應用問題研究現狀

生物工程技術是利用有機體、死細胞、活細胞以及細胞內含物，采用特殊的過程生產出特殊的產品應作到農業、醫藥以及環境修復治理中，尤其是70年代基因工程的出現，它能改變、取代物種的基因。因此，現代生物工程技術是以DNA分子技術為基礎，包括微生物工程，細胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技術的總稱?，F代生物工程技術不僅在農作物改良、醫藥研究、食品工程方面發揮著重要作用，而且也隨著日益突出的環境問題在治理污染、環境生物監測等方面發揮著重要的作用。自20世紀80年代以來生物工程技術作為一種高新技術，已普遍受到世界各國和民間研究機構的高度重視，發展十分迅猛。與傳統方法比較，生物治理方法具有許多優點【2】。

2.1生物工程技術處理垃圾廢棄物是降解破壞污染物的分子結構，降解的產物以及副產物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人類活動產生的環境污染減輕到最小程度，這樣既做到一勞永逸，不留下長期污染問題,同時也對垃圾廢棄物進行了資源化利用。

2.2 利用發酵工程技術處理污染物質，最終轉化產物大都是無毒無害的穩定物質，如二氧化碳、水、氮氣和甲烷氣體等，常常是一步到位，避免污染物的多次轉移而造成重復污染，因此生物技術是一種既安全又徹底消除污染的手段。

3.現代生物工程技術在環境保護中的應用

3.1污水的生物凈化

污水中的有毒物質的成分十分復雜，包括各種酚類、氰化物、重金屬、有機磷、有機汞、有機酸、醛、醇及蛋白質等等。微生物通過自身的生命活動可以解除污水的毒害作用，從而使污水中的有毒物質轉化為有益的無毒物質，使污水得到凈化。當今固定化酶和固定化細胞技術處理污水就是生物凈化污水的方法之一。固定化酶和固定化細胞技術是酶工程技術。固定化酶又稱水不溶性酶，是通過物理吸附法或化學鍵合法使水溶性酶和固態的不溶性載體相結合，將酶變成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物細胞是一個天然的固定化酶反應器，用制備固定化酶的方法直接將微生物細胞固定，即是可催化一系列生化反應的固定化細胞。運用固定化酶和固定化細胞可以高效處理廢水中的有機污染物、無機金屬毒物等，此方面國內外成功的例子很多，如德國將能降解對硫磷等9種農藥的酶，以共介結合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于處理對硫磷廢水，去除率達95%以上【3】

3.2污染土壤的生物修復

重金屬污染是造成土壤污染的主要污染物。重金屬污染的生物修復是利用生物(主要是微生物、植物)作用，削減、凈化土壤中重金屬或降低重金屬的毒性。其原理是:通過生物作用(如酶促反應)改變重金屬在土壤中的化學形態，使重金屬固定或解毒，降低其在土壤環境中的移動性和生物可利用性，通過生物吸收、代謝達到對重金屬的削減、凈化與固定作用。污染土壤的生物修復過程可以增加土壤有機質的含量，激發微生物的活性，由此可以改善土壤的生態結構，這將有助于土壤的固定，遏制風蝕、水蝕等作用，防止水土流失。

3.3白色污染的消除

廢棄塑料和農用地膜經久不化解，估計是形成環境污染的重要成分。據估計我國土壤、溝河中塑料垃圾有百萬噸左右。塑料在土壤中殘存會引起農作物減產，若再連續使用而不采取措施，十幾年后不少耕地將顆粒無收，可見數量巨大的塑料垃圾嚴重影響著生態和環境，研究和開發生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技術一方面可以廣泛地分離篩選能夠降解塑料和農膜的優勢微生物、構建高效降解菌，另一方面可以分離克隆降解基因并將該基因導入某一土壤微生物中，使兩者同時發揮各自的作用，將塑料和農膜迅速降解。

4.小結

現代生物技術是環境保護廣泛應用和十分重要的技術，其在污水的生物凈化、工業清潔生產、工業廢棄物、城市生活垃圾的處理、有毒有害物質的降解、廢物資源化、環境生物監測、環境修復和污染嚴重的工業企業的清潔生產等方面發揮著重要的作用。隨著全球范圍內對環境保護的高度重視和越來越嚴厲的環境法，市場對環境生物技術的需求會越來越廣泛，且隨著現代生物技術的不斷發展，在未來的社會發展中，運用現代生物技術預防和治理環境污染，改善生態環境具有巨大的潛力和優勢。

參考文獻

[1]孫毅．現代生物技術應用與環境保護研究的新進展[J].科技情報開發與經濟，2006，（14）

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關鍵詞：水產養殖；生態系統；生物修復；有機污染；自凈能力

Abstract: Aquaculture is an important part of our national economy, aquaculture as a pillar industry, for the construction of national economy and improvement of people's living standard has made an important contribution. With the rapid development of aquaculture, pollution, aging, black smelly pond sediments, a catastrophic virus disease outbreak and epidemic problems exposed rapidly, make people to question the aquaculture breeding mode. This paper analyzes the introduces the basic situation of aquatic ecosystem, and puts forward the application of bioremediation technology in aquaculture and how to protect the water environment is not affected.

Key words: aquaculture; ecosystem; bioremediation; organic pollution; self purification ability

中圖分類號：F316.4文獻標識碼： 文章編號:

1、池塘生態系統與水產養殖關系分析

池塘是一個人工圈養體系，其生態系統與自然生態系統有很大差異，其結構特點是養殖動物在生物群落中占絕對優勢，這一優勢是在人工扶持下形成的，由于大量人工飼料投入養殖系統，除牧食鏈，腐屑鏈外，在食物關系中又增加了飼料鏈，也因此使系統的結構和功能發生了一定改變，決定了系統的低生態緩沖能力和脆弱性，其龐大的養殖動物生物量造成系統生態金字塔畸形，系統生物多樣性指數下降，水質也常常出現較大波動。

1.1池塘生態系統中生產者在池塘生態體系中，浮游植物是初級生產者，藻類通過光合作用合成碳水化合物，放出氧氣，優良的單胞藻可為池塘中浮游動物，底棲動物甚至養殖動物直接濾食，也可直接吸收池塘中NH3、H2S、等有害物質，改良池塘水質，更為重要的是，藻類光合作用提高池塘的溶氧水平，促進池塘好氧微生物的生長繁殖，加速池塘有機質的分解和礦化。藻類的生長繁殖需要營養鹽，營養鹽主要來源于底泥的釋放和好氧微生物對有機質的分解礦化，優良的藻相能提高池塘溶氧水平，特別是池塘中下層水體溶氧水平，有利于建立良好的池塘生態體系。池塘的有機污染物，主要由底泥微生物將其氧化分解成無機鹽，返回水域被藻類利用。底泥對有機污染物分解和營養鹽的再循環起著十分重要的作用。池塘的自凈能力，很大程度上處決于池塘底泥生態，即底泥化學組成和微生物相（微生物種群和數量）。

1.2池塘生態系統中分解者微生物是池塘生態體系中的分解者，分解池塘殘餌、對蝦糞便以及浮游動植物殘體等有機污染物，使之礦化成營養鹽，供藻類吸收利用。池塘微生物種類和數量，尤其是底泥微生物種類和數量不同，對有機質的分解能力、分解途徑和終產物不同，好氧微生物對有機質進行完全分解，其分解產物主要為CO2等，而厭氧微生物對有機質進行不完全分解，產生NH3、H2S等有害物質，造成池塘水質惡化，影響養殖動物的正常生長發育。在池塘生態體系中，由于有機污染物的大量進入，微生物對有機質的分解消耗大量氧氣，很容易造成池塘，尤其是池塘底部溶氧降低，可能形成有機物厭氧分解，使用池塘生態體系失控。

1.3池塘生態系統的脆弱性和其它自然生態系統一樣，水產養殖生態系統也具有一定自凈能力。水體的養殖容量為單位水體內在保護環境，節約資源和保證應有效益都符合可持續發展要求的最大養殖量，一個水體的養殖容量主要由餌料供應水平和質量，水體自凈能力和人工干預程度決定的，在餌料供應和人工干預程度一樣的情況下，養殖容量主要由水體自凈能力決定，因此提高池塘自凈能力，即微生物對有機污染物的分解能力，對提高養殖產量，減少疾病發生，降低養殖成本，實現水產養殖的可持續發展，都有著十分重要的意義。但傳統掠奪型養殖模式下池塘生態系統是十分脆弱的，對蝦養殖中，蝦池既是對蝦攝食活動的場所，也是各種有機污染氧化分解的處理池，養殖過程實際上是一個有機污染的過程。蝦農為了減少損失，往往采取加大消毒劑、抗生素等藥物使用和大量換水等措施，一方面加大了養殖成本，降低了水產品質。要實現水產養殖的可持續發展，必須探索新的技術、新的模式，強化池塘自凈能力，做到防患于未然。

2、生物修復技術在水產養殖中應用

現代生物工程技術的發展，為池塘養殖帶來了新的希望，通過向池塘生態體系中補充微量營養、促生劑、解毒劑或投放有益微生物等措施對池塘底泥和養殖水體進行生物修復，降低池塘底泥有機物含量，使泥水界面形成好氧微生物相，強化底泥對有機污染物分解能力池塘的自凈能力，提高藻類多樣性指數，穩定藻相，增加水體溶氧，從而提高池塘養殖容量，改善水質，降低成本，提高養殖產量和品質，實現對蝦養殖業可持續發展。

池塘水體生物修復有助于形成穩定的藻相通過水體增氧、補充經腐殖質螯合的微量營養，土著微生物和促生劑等，強化池塘水體中殘餌、糞便等有機污染物分解，微營養的補充有助于建立和維持優良藻相，增加池塘溶氧，溶氧的增加和微量營養的補充，又加速了好氧微生物的生長繁殖和對有機污染物分解，形成良性好氧生態體系，提高池塘自凈能力和水產養殖的產量和品質。

生物修復技術有助于建立穩定的池塘生態系統，提高水產養殖產量和品質我們從2001年已經開始針對我國沿海地區蝦塘老化問題，摸索出一套利用生物修復技術改造老化蝦塘，生產高品質對蝦產品的技術，連續3年在廣東徐聞和上海泰賢等地進行老化蝦塘改造試驗，并取得較好的效果。主要技術措施包括底泥生物氧化、水體生物修復等。其基本技術路線是：取底泥——提取土著微生物——配制生物促進劑——底泥生物氧化——水體生物修復及藻相調節——保持自然生態健康養殖環境。

3、防治水產養殖對水域環境影響的措施

發展水產養殖與保護水域環境是對立統一的關系。一方面，水產養殖過程中各種因素產生的自身污染和二次污染，不僅影響水產養殖自身的發展，而且也會對所在的生態系統和周邊水域環境造成不良影響，加劇水域環境的惡化；另一方面，水域環境受到污染而不斷惡化，又會對水產養殖的發展起到制約作用。因此，發展水產養殖不但要加強對水產養殖的監控，盡力減少水產養殖自身污染的產生，更要注意周邊水域環境的保護，尋求水產養殖發展與環境保護“雙贏”的可持續發展的方法。

3.1 強化生物修復技術在水產養殖中的應用 ，由于水產養殖中殘餌、糞便排泄物等養殖廢物容易造成嚴重的沉積污染，傳統上一般都是通過化學或物理的方法來對沉積物進行處理，但化學或物理的處理方法存在成本高、容易造成二次污染等缺點。近年來逐漸興起的生物修復技術是利用培育的水生植物或培養、接種的微生物的生命活動，對水中污染物進行轉移、轉化或降解，從而使水體得到凈化的新興技術，與傳統的化學、物理處理方法相比，具有修復時間短、處理操作簡便、成本低、不產生二次污染等優點，強化生物修復技術在我國水產養殖中的應用有利于緩解漁業水域環境的不斷惡化，促進水產養殖的可持續發展

3.2 加強對水產養殖從業人員的綜合素質教育 長期以來，我國從事水產養殖的人員總體受教育程度較低，不但養殖技術較低，而且環境保護意識和法律意識欠缺，導致漁民養殖收益低，人為造成環境污染的現象較為嚴重。近年來，政府通過地方水產技術推廣站等單位舉辦如各種形式的培訓班或講座，及時將各種最新的養殖技術和環境政策法規傳授給漁民，不但從一定程度提高了漁民的養殖收益，而且也有利于漁民認識到水產養殖可持續發展的重要性，加強漁民的環境保護和法律意識。

4、結束語

對于從事水產養殖的企業和個人來說，病害的防治是關系著生存與發展的大問題，應采取積極有效的方式防止或解決病害發生或擴散，保證水生動物的水環境，保證水的溫度，實現健康養殖。水產養殖技術的提高，不僅可以促進水產養殖經濟效益的提高，而且對水域環境的治理起著非常重要的作用。

參考文獻

[1] 水清木華研究中心. 2010年中國水產養殖行業研究報告.

[2] 環境保護部. 2009年中國環境狀況公報

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[關鍵詞]景觀水體；生態修復；生態系統；微生物

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）06-0380-01

1 緒論

1.1 選題的理論意義與實際意義

近年來，我國江河湖泊的水體污染和富營養化問題日趨嚴重，因此對受污染的江河湖庫水體進行治理是社會經濟發展及生態環境建設的迫切需要。

景觀水體是社會人居環境中的重要組成部分，但由于多數為靜止或流動性差的緩流水體，水體的自凈能力弱，容易成為居民生活污水、雨水和垃圾的受納體，導致不同程度的污染和富營養化，致使水體中藻類大量繁殖，水體變黑變臭，有些水體甚至成為死水潭、臭水池，嚴重影響周圍的自然環境和居民的生活環境。因此，治理乃至修復被污染的景觀水體已經到了刻不容緩的地步。

1.2 論文綜述

景觀水體生態修復技術（Ecological Restoration Technology）是國內外近20年開發，并已成功地應用于治理被污染土壤、地表景觀水體及近海洋面的一種新技術。

近10年來，環境生物技術發展迅速，研究領域不斷擴大，工程實踐表明其已成為解決復雜環境污染問題的有效手段之一。由于用生物方法處理污染物的最終產物為無毒無害、穩定的物質，如二氧化碳、水、氮氣和甲烷等。且可一步到位，避免了污染物的多次轉移，因此生物技術又是一種消除污染安全而徹底的手段。

2 生態修復技術的研究

2.1 人工濕地技術

2.1.1 人工濕地

人工濕地技術是為處理污水而人為地在有一定長寬比和底面坡度的洼地上用土壤和填料（如礫石等）混合組成填料床，使污水在床體的填料縫隙中流動或在床體表面流動，并在床體表面種植具有性能好，成活率高，抗水性強，生長周期長，美觀及具有經濟價值的水生植物（如蘆葦，蒲草等）形成一個獨特的動植物生態體系。

2.2 生物浮島技術

2.2.1 生物浮島概述

生物浮島技術是模擬適合水生植物和微生物生長的環境，在被污染水體中利用人工的栽培設施種植水生植物，構建適合微生物生長的棲息地，利用植物吸收、微生物分解等多重作用凈化水質的技術。生物浮島一般由浮島載體、基質和植物3部分組成。

生物浮島的技術發展至今經歷過三次技術革新，人們已逐步找到了既經濟又環保的取代品。即園藝凈水生物浮島（挺水植物）、圈養式生物浮床（浮水植物）和組合式生物浮島（分載體和植物的組合）。它們各有優缺點，都有著廣泛的應用空間。

2.2.2 園藝凈水生物浮島（挺水植物）

園藝凈水生物浮島具有獨特的通氣孔，提高水體的表面復氧作用，時臺階式種植杯具有富氧段，即使在缺氧的黑臭水體中，水生植物仍然能正常生長。

2.2.3 圈養式生物浮床（浮水植物）

圈養式浮床（浮水植物）將傳統生物浮島的功能進一步拓展，研究表明浮水植物（鳳眼蓮、金錢草、大漂、杉葉藻等）生長及繁殖能力極強，比如鳳眼蓮聚集生物量的能力是花葉美人蕉的8倍，吸收氮的能力是花葉美人蕉的6倍。但由于浮水植物由于繁殖失控很容易造成二次污染，被誤解為“公害”植物，最近這些理解逐漸被正名了。太湖正在實施的萬畝鳳眼蓮工程，滇池的大規模圍養經驗，證明浮水植物是生態凈水的最佳選擇之一。

3 生態修復技術的應用

3.1 微生物制劑技術

3.1.1 微生物制劑概述

微生物制劑技術，其核心是將治理對象水體的“土著微生物”，通過實驗室篩選，馴化并擴大培養，組成數量巨大、種類齊全、“粗生”的微生物種群，重新投入水體中，加強水體內凈化水質的細菌種類和數量，投入的優勢菌群相互協同作用，形成一條消除底泥、凈化水質的生態反應鏈，達到快速消除底泥，凈化水質的目的。

選育高效菌株經過人工干預制成微生物復合制劑處理污染水體。其過程以酶促反應為基礎，通過生物體內產生的具有催化功能的特殊蛋白質作為催化劑，凈化污水、分解淤泥、消除惡臭。

3.1.2 微生物制劑技術的特點

1.針對性強，標本兼治

造成河涌黑臭的污染源是底泥，只有除泥才能治本。

2.除泥速度快

通過投放的優勢菌和補充碳源，在特制的曝氣機作用下，使優勢菌和碳源能夠充分進入底泥中，發揮優勢菌的硝化反硝化作用，在2個月內使底泥快速減少，底泥厚度為處理前的20%左右。

3.河涌水質明顯好轉，水體透明度高

4.維持時間長

在取得除泥的效果后，通過繼續投放優勢菌群和必要曝氣等措施，對河涌持續保養，及時消除每天在累積的污泥，做到長時間維持除泥成果。打破了傳統的“清淤-污泥沉積-清淤”怪圈，徹底解決了河涌污泥和水體反復黑臭難題。

3.2 景觀水體生態系統的恢復

3.2.1 景觀水體生態系統的概況

景^生態系統指景觀水體的生態系統。屬靜水生態系統的一種。景觀水體生態系統的水流動性小或不流動，底部沉積物較多，水溫、溶解氧、二氧化碳、營養鹽類等分層現象明顯；湖泊生物群落比較豐富多樣，分層與分帶明顯。水生植物有挺水、漂浮、沉水植物；植物物上生活各種水生昆蟲及螺類等；淺水層中生活各種浮游生物及魚類等；深水層有大量異養動物和嫌氣性細菌；水體的各部分廣泛分布各種微生物。各類水生生物群落之間及其與水環境之間維持著特定的物質循環和能量流動，構成一個完整的生態單元。

3.2.2 景觀水體生態系統恢復概述

景觀水體生物多樣性的恢復與生態系統的重新建立是水體修復的關鍵。人工濕地、生態浮床、優勢菌種的應用和水下生態系統的重新構建等都是近年來在國內外采用的用于水體生態修復的方法；利用微生物和水生動植物組合，進行污染水環境治理具有工藝簡單，對污染位點的干擾、破壞小、見效快、降解徹底、不易造成二次污染等優勢，也被認為是一項很有前景的水污染治理技術。

生態修復技術是指對生態系統停止人為干擾，以減輕負荷壓力，依靠生態系統的自我調節能力與自組織能力使其向有序的方向進行演化，或者利用生態系統的這種自我恢復能力，輔以人工措施，使遭到破壞的生態系統逐步恢復或使生態系統向良性循環方向發展。主要指致力于那些在自然突變和人類活動影響下受到破壞的自然生態系統的恢復與重建工作。

4 結論

在人類社會發展的同時，被污染水體的治理也勢在必行。采用工業和工程措施進行修復具有速度快、治理效果明顯等優勢，但同時高耗能，高投入與二次污染制約著工業工程手段的利用。

采用生物修復技術，雖然在速度上和短期效益上與工業工程手段存在差異，但由于無二次污染，治理的徹底性注定了生物修復的長期可行性。在生物修復過程中，一定要注意引入生物的安全性，從生態安全的各個方面進行考慮，避免造成生物入侵。同時，針對不同地區不同類型的湖泊污染水體，應根據當地自然與生物狀況，選擇合理的修復方案。

景觀水體生物多樣性的恢復與生態系統的重新建立是水體修復的核心。

參考文獻

[1] 王建華，潘偉斌，城區富營養化景觀水體的生物修復技術[J]四川環境，2005，24（5）.

[2] 武琳慧，吳林林，黃民生等，人工浮床及其在污染水體治理中應用進展[J].凈水技術.

篇7

關鍵詞：礦山生態修復；技術；方法；理論

礦產作為我國重要的資源其開采程度越來越高，在礦產資源被高度開采的情況下是礦山生態環境的嚴重破壞，這種對生態環境的損害是在礦產開采中不可避免的。目前由于礦山生態遭到破壞所產生的環境問題主要有土壤結構損壞、森林植被遭到破壞、地質災害頻發、水資源受到污染、氣候環境變化、土地生態退化、生物減少等情況，而這些因素造成了嚴重的生態失衡問題，長時間作用下會致使礦上生態功能結構的衰退，嚴重時還會致使礦山變為荒山。因此必須要通過修復、重建、復墾等方式來改善礦山生態環境，避免因礦山環境受到破壞而造成嚴重生態問題。

1 礦山生態修復工程的發展

1.1 礦山生態修復的概念

在礦山因過度開發或是過度損壞后其生態結構及功能出現衰退及消失等情況就需要進行生態修復來對礦山生態進行改善，以此來避免礦山因生態功能完全消失而變為荒山。目前在我國的礦山生態修復中將因生產建設或是自然災害損毀的礦山歸類為需要進行整治修復的區域，采用適當的治理措施來幫助礦山重新恢復為可進行活動及具備基本生態功能的狀態。對于礦山生態的修復其并不是要求使礦山生態環境完全恢復成受到破壞之前的生態原貌，其主要是根據礦上生態系統的結構功能來恢復其所必須的部分，以此來保證礦山可以回歸為可利用的狀態。

1.2 礦山生態修復的理論

目前在礦山生態修復工程中主要應用的是生態演替理論，此理論主要是指在生態恢復中通過礦山中各類植物的演替及發展來形成一個完整且穩定的生態部落，此種理論的應用決定了在礦山生態修復中的整體性原則、穩定性原則、協調性原則，以此來保證礦山可以形成一個完整的生態循環系統。由于在生態演替的過程中其需要經過一個較為漫長的階段，為此在礦山生態修復的過程中需要有人工的參與，這樣才能有效減少生態演替的時間。同時在礦山生態修復工程中其包含了生態原理、植物原理、生物原理及控制原理等，可以說其屬于一種綜合性多層次工程。為此必須要以科學的角度礦山生態進行理解，并選用適當的恢復方案來對生態結構進行改善，從而使礦山可以具備生物多樣性等生態特點。

2 礦山生態修復的處理方法

2.1 對礦山生態結構進行穩定

根據礦山的生態結構及地質環境，其在實際中可以采用物理及化學兩種方式來對礦山生態進行穩定，具體實用措施有以下內容。

物理處理主要是對礦山生態進行前期的生態修復，由于在排矸場就采礦區都經過了長期的開采及生產活動，因此其地質存在不穩定的情況。在排矸場主要應用熟土進行掩埋工作，而在采礦區則是進行填充工作，這樣可以有效提高礦山地表景觀區的穩定性。

化學處理則是利用穩定劑來處理尾礦，在應用穩定劑后尾礦會經由化學反應出現一層保護膜，利用這層保護膜可以有效的提高尾礦的穩定性，避免出現侵蝕的情況。但是此種方法在使用中具有一定的缺陷，其因化學藥劑而極易造成生態污染，并且整體成本略高，不適宜大規模使用。

2.2 進行礦山植被修復的方法

進行植被修復是最有效的礦山生態修復方法，根據礦山生態修復的需要其在實際中可以采用直接種植及覆土種植兩種措施，在實際中對植被修復方法的選用需要根據礦山土壤情況及土壤肥力等進行合理選擇。

直接種植在應用中具有成本低、操作簡單等優點，但是在實際中其要求礦山地質需要具備一定的營養條件，且土壤結構可以滿足植物生長的基本條件，但是在許多廢棄礦山中其土地多為裸地，地表無植物存活或是存活量較少，其土壤內部微生物及其它有益生物存活率量較少，不適宜直接種植。因此直接種植的方式僅適用于礦山土壤生態損壞程度較低的區域。

覆土種植在實際中需要對地表生態修復區域進行覆土工作，并且要保證覆土的厚度滿足植物生長需要，為此其成本較高，覆土厚度需要達到5cm-10cm。在進行植被修復時可以采用種植豆科植物來降低成本，或是選用適地性良好的植被種子。

2.3 進行礦山土壤生物修復的方法

在土壤生態結構中其內部生物起到了非常重要的作用，其可以有效的提高土壤肥力，改善土壤結構，為此對于土壤生物的修復需要從微生物及土壤動物兩個部分來開展。

土壤中微生物不僅可以有效調動土壤活性，還可以促使土壤養分快速分解，提高土壤有機物含量，同時一些微生物還可以分解污染物及垃圾，有效的減少污染問題，并且對微生物進行修復還可以提高礦山生態修復水平，使整個生態系統更加完整。同時對于微生物的修復需要根據礦山原有生態中微生物的種類進行恢復，避免引進不同的微生物造成生態結構受到破壞，影響植物生長。

土壤動物可以有效的疏松土壤結構，并且多數土壤動物會對落葉及枯枝進行分解，通過分解這些殘枝，使土壤肥力得到提高，進而使植被土壤可以形成完整的營養循環。因此在礦山生態修復中對土壤動物的修復也是其在實際中需要重點控制的部分。

3 進行礦山生態修復的技術措施

對于礦山生態修復工程需要依據科學的修復理念及發展觀開展相應的工作，本著可持續發展的觀念并結合與自然和C共處的觀念來制定相應的規劃，在考慮生態環境本身所具有的自愈能力來選用適當的技術措施對生態環境修復進行科學、合理的布局，并且對于技術的使用需要對其經濟性及適用性進行考慮，從而保證在礦山生態修復中可以滿足其多方面的實際需求。

3.1 采礦區生態修復

坑下開采礦山應采用減輕地表沉陷的開采技術，并推廣使用充填采礦工藝。盡量減少地表沉陷面積，對已造成地面裂縫的地方，應采取廢石充填和表土覆蓋，最后恢復植被。露天礦開采后，多形成坡度陡的巖石邊坡，以及寬度不大的臺階，因此，在對露天采礦區進行生態修復時，要對其形成的坡面進行不同程度處理，對邊坡坡度大于75°的，在保證邊坡穩定的前提下，進行生態環境修復措施。

3.2 排土場復墾

排土場生態環境修復，首先要保證邊坡穩定，其次采取工程措施與植物措施相結合，主要是植樹種草。對存在安全隱患的邊坡要進行工程措施處理，其主要包括修建攔河壩、削坡開級、修建抗滑樁、深空預應力錨、長錨桿加固等工程措施。排土場植物措施所選擇的植物樹種要抗性強、品質好，栽植樹木的方法主要包括堆土袋、掛網綠化、植生袋、植生盤等。排土場修復為林地時，應在其表層覆土，厚度應大于30cm；若采用坑栽，可在坑內填入少量的客土；在邊坡小于35°的人工挖土緩邊坡地帶可種植一般的林木。

3.3 尾礦庫復墾

在進行尾礦庫復墾工作時需要在保證其完全閉庫后且整個工程設施都穩定后進行相應的處理工作，根據其實際的性質對復墾工作進行調整。無論尾礦為酸性還是堿性，要根據場地的利用方向對其進行深度處理；尾礦中含有放射性、有毒物質時，應根據其含量水平確定是否有必要設置隔離層，并盡可能深度覆蓋；尾礦所含鹽分較大時，應對其進行除鹽處理，或者深度覆蓋處理。同時，要在尾礦庫周圍設置排水設施，排水設施必須滿足一定防洪標準。根據國內外的生態修復成果，對尾礦庫進行生態修復時需要在其表層覆蓋厚度大于5cm的土壤，并設置各項防止水土流失的措施。

3.4 排矸場生態修復

排矸場生態修復首要工作是對以坡地和丘陵為主的排矸場進行邊坡穩定，主要措施包括水平階整地，穩定坡面，降低矸石山的相對高度。在矸石堆放前，必須對溝底進行推平、夯實處理，堆放矸石以3m為一層進行分層堆放，且臺階的寬度要大于3m。堆放順序為從溝里向溝口進行，層層壓實，同時在溝口設置攔渣壩和漿砌石排水溝。在邊坡地帶以15m為間隔設置導流渠，且層與層之間錯落布設排列呈“品”字狀；其次在排矸場上進行表土覆蓋；最后根據土壤的性質和當地氣候條件選擇適宜的植被栽植。

4 結束語

對廢棄礦山進行生態修復需要經歷一個長期的過程，為此必須要根據礦山生B修復工程的實際需求制定出完善的處理規劃。在進行礦山生態修復之前需要對礦山生態受到破壞的程度、礦山類型、生態特點等進行全面的調查，根據調查的結果進行全面的綜合性規劃。對于礦山生態修復必須要遵循其生態修復原理從土壤、植被、生物等多方面進行改善，采用適當的技術措施對礦山生態進行修復，以此來保證礦山生態修復工程進展的順利性。以上根據礦上廢棄后的特點從多角度提出了在實際中對不同區域采用的不同生態修復方法，以此來保證生態修復的有效性，使礦山生態結構可以滿足持續、平衡發展的需求，并具備應有的生態功能。

參考文獻

[1]金一鳴.礦山廢棄地工程綠化技術模式生態修復效益研究[D].北京林業大學，2015.

[2]馮少華，陳煒，祁冉，等.礦山生態修復方法及工程措施研究[J].科技創新導報，2016，13（23）：26.

篇8

論文關鍵詞：微生物作用 地球化學 水力性質 生物修復

論文摘要：綜述了地下含水層系統中微生物作用。引用研究實例論述了微生物作用不但可以改變地下水化學組分，而且還可以改變含水層的水力性質。微生物作用對地下水系統的影響程度主要受微生物代謝速度?水文地質條件?含水層巖性等多種因素控制。地下水系統中電子供體與電子受體間的豐度關系是影響微生物代謝速度的主要因素。在未污染的含水層中，電子供體的可用性限制了微生物的新陳代謝，而在人類活動污染的含水層中，微生物的新陳代謝受電子受體的可用性的限制。利用微生物作用可以降解地下水系統中氯代化溶劑?烴類?硝酸鹽?有毒金屬等多種化學污染物。并對今后的發展方向進行了探討。

1 引 言

地下水系統具備了微生物生長發育所需的營養?水分?酸堿度?滲透壓和溫度等條件，為微生物提供了良好的生存場所。微生物(主要指各種細菌菌群，如異養菌?自養菌?好氧菌?厭氧菌等)成為地下水生態系統中主要生命組分，是地下水演化過程的重要影響因子，在地下水系統的能量轉換?物質循環?營養輸送?信息貯存以及元素形態的轉化?聚集和遷移中微生物都起著極其重要的媒介作用。地下水化學性質的演變中微生物的控制和改造是其主要因素之一。

地下水系統是一個復雜綜合體，包括了地下水流經的介質，地下水中各種物理化學成分和地表的天然通道等。加之人類對地下水的開發利用活動已經并將繼續改變地下水環境，如地下水的污染?過量的開采以及其它流體礦產的開發等都對地下水系統的天然環境產生影響。環境因素的變化相應地也影響了地下水中生物的生存條件，導致微生物的形態?生理?遺傳特性的改變，促使各類微生物不斷演替。地下水系統中各種環境因素又是制約微生物生長?繁殖的重要因素。

地下水微生物學是地下水科學與微生物學緊密結合而形成的一門新興學科，它將地下水視為一個有生命的系統加以研究，主要研究與認知微生物生命過程與地下水化學密切相關的科學問題，是研究微生物活動與地下水環境相互關系的科學，也就是探索微生物直接參與地下水化學形成演化過程的微生物地球化學作用，是地下水科學研究的前沿領域。

2 微生物作用改變地下水化學組成

早在1900年人們就發現未受污染時含有高濃度硫酸鹽的地下水，受石油污染后卻常常缺少溶解性硫酸鹽。1917年Rogers首次提出這是硫酸鹽還原菌新陳代謝的作用所致。這個假設在從受石油污染的水中分離出硫酸鹽還原菌時得到證實。在以后的幾十年里，很多學者對地下水化學組成的微生物影響作用進行研究后認為，微生物對地下水化學組成具有重要影響作用(Chapelle 2000)。如，鐘佐燊(2001)研究認為，在石油烴污染的地下含水層中，如果發生了生物降解反應，則其水文地球化學標志是：水中溶解氧很微，NO-3和SO2- 4明顯降低，Fe2+ 和HCO-3升高，出現HS-或H2S 和CH4。

地下水系統中電子供體與電子受體間的豐度關系是影響微生物代謝速度的主要因素。在未污染的含水層中，電子供體的可用性限制了微生物的新陳代謝，溶解性無機碳沿著含水層流動路徑慢慢聚積，可用的電子受體依照溶解氧>硝酸鹽>三價鐵>硫酸鹽>二氧化碳(甲烷生成)的次序不斷被消耗。在人類活動污染的含水層中，常存在過剩的可用有機碳，電子受體的可用性限制微生物的新陳代謝。

美國南卡羅萊納州Black Creek含水層是區域地下水化學類型變化受電子供體限制的很好例子。McMahon等(McMahon 1991a1991b，Chapelle 1990)對該系統進行詳細研究后，描述了微生物作用對含水層地下水化學組成的影響。該水文地質單元，水流從補給區向下游150 km到排泄區，溶解性無機碳濃度從不到1 mM/L 增加到超過12 mM/L。由微生物代謝作用產生的溶解性無機碳促進了含水層中碳酸鹽的溶解，根據公式：CaCO3 (碳酸鹽)+CO2 (微生物)Ca2+ +2HCO-3計算得出，大約一半的溶解性無機碳來自微生物代謝作用(約6 mM)，有研究表明該地區地下水補給大約需要用15萬a，由此推出，微生物代謝作用產生溶解性無機碳的速率約為10-4 mM/La。因此，盡管沿地下水流溶解性無機碳濃度增加很大，但微生物代謝速度很低(Chapelle 1990)。其主要原因是，含水層中可代謝的有機碳含量低。McMahon(1992)研究認為，Black Creek含水層中有機碳含量只占沉積物干重的0.1±1.0%。由于低速率的微生物代謝作用，系統中可用電子受體的量(O2?Fe3+?硫酸鹽和CO2)相對有機碳來說是豐富的。

當地下水系統中可用有機碳的含量很高時，可用電子受體缺乏會限制微生物代謝作用。電子受體受限的含水層包括泥炭含水層(普遍在北半球)，石油儲存地，和由人類活動引起化學污染的含水層。1979年美國明尼蘇達州管道爆裂泄漏大約10萬加侖的原油到一個冰水沉積含水層。泄漏時，由于與大氣快速交換，以及含水層天然有機碳含量低，地下水呈飽和溶解氧狀態(約10 mg/L)。隨著可代謝碳的突然流入，油積聚在水面，氧被迅速消耗，并形成三價鐵還原條件。泄漏后5年，在油透鏡體附近含水層中氫氧化鐵被耗盡，甲烷生成成為一個重要作用。這個受原油泄漏污染的淺層含水層是電子受體受限含水層最好例證之一(Baedecker 1993)。

由于原油泄漏電子供體過剩，在最接近污染源的Bemidji含水層，其水化學特征主要為甲烷生成環境，其次為硫酸鹽還原，鐵還原，和低溶解氧環境。該含水層與Black Creek 含水層的情況完全相反，Black Creek 含水層甲烷生成的地方遠離補給區。而Bemidji含水層的硫酸鹽相對較少，硫酸鹽還原不是主要的作用。這種氧化還原作用的次序是電子受體受限的地下水系統的特征，常見于受石油烴污染的地下水系統。

3 微生物作用改變含水層水力性質

微生物作用除影響地下水化學組分以外，也影響地下水系統的物理性質。地質學家很早就知道在非孔隙巖中，次生孔隙能提高含水層的水力性質 ，還可以積聚石油。人們通過大量的同位素和質量平衡研究得出，有機物的去碳酸基和其它無機作用不能解釋許多系統中的次生孔隙現象(Lundergard 1986)。由于大多數含水層系統中存在大量具有活性的不同微生物種群，微生物代謝作用引起人們的關注，大量研究表明微生物作用能引起硅酸鹽和碳酸鹽巖中次生孔隙產生(Bennett 1987，Chapelle 1988)。地下水中硫酸鹽在有脫硫細菌參與和有機質存在的條件下發生還原反應而產生H2S(Na2SO4+2H2O+2C2NaHCO3+H2S)，這個反應有溶解硫酸鹽的作用，反應產生的H2S 溶于水中也具有溶解碳酸鹽等礦物的能力(李義軍 2002)。

微生物作用除顯著改變了Black Creek 含水層水化學組分外，也改變了這個含水層的水力性質。沿水流路徑的巖心資料顯示了一個顯著的巖性變化。在補給區，不存在次生晶粒間的方解石膠結物。在補給區和排泄區的中間區域，南卡羅萊納州萊克市常見方解石膠結物。在排泄區附近，南卡羅萊納州萊克市Myrtle 海灘，50%的厚層含水層被晶粒間的方解石膠結。McMahon等研究了微生物作用引起Black Creek含水層孔隙的填充現象。該研究表明，Black Creek含水層的砂中含有機碳少，而相鄰的狹窄的層中含有豐富的有機碳。隔水層有機碳的發酵使有機酸在隔水層孔隙水中積聚。有機酸擴散到Black Creek含水層，進而氧化為二氧化碳，引起大量的碳從隔水層遷移到含水層。二氧化碳同含水層物質反應產生碳酸鹽和重碳酸鹽。這個作用導致部分含水層次生孔隙產生。然而，當碳酸鹽和重碳酸鹽在溶液中積聚?運移，地下水的方解石變得過飽和時，就會在含水層的其它部位沉淀下來。由于豐富的晶粒間的方解石膠結物填充了含水層系統的主要孔隙，Black Creek含水層孔隙性減少，透水性降低，以至不能滿足當地用水需求。

有實驗表明，二氧化碳和有機酸的產物能增加礦物的溶解，引起次生孔隙性和滲透性的發展。而碳酸鹽?鐵和硫酸鹽微生物產物能引起方解石或黃鐵礦的沉淀，降低地下水系統的原生孔隙性和滲透性。也就是說，微生物既能破壞(Lundergard 1986)也能提高(Hiebert 199 McMahon 1995)含水層沉積物孔隙性。

4 污染修復中的微生物作用

現代社會產生了大量的化學產品，許多有毒有害的物質被人類有意或無意地投放到地下水系統中，地下水受到嚴重污染，地下水質量日益惡化。近年來，生物降解技術以其可在污染現場進行修復?可在難以處理的地方進行修復?在生物修復時不影響場地內正常生產?對污染地的干擾或破壞小?處理后的產物無二次污染?降解過程快?費用低等諸多優點受到世界各國環境科學界的廣泛關注，激發了人們對污染修復中微生物作用的研究興趣。

對污染地下水進行原位生物修復時，好氧微生物通過將有機化合物氧化成二氧化碳而獲取能量，其中氧為電子受體，當地下存在氧時，好氧微生物可將有機污染物氧化成二氧化碳，從而使污染地下水凈化。厭氧微生物也能將有機化合物氧化成二氧化碳，但其作用過程中的電子受體不是氧，而是以硝酸鹽?硫酸鹽或Fe3+等氧化物作為電子受體。由于許多受污染的地下水環境中缺乏氧，好氧微生物在代謝過程中很快將氧耗盡，此時，好氧微生物將無法對污染物進一步降解。厭氧微生物不同的代謝能力，在污染地下水修復方面顯示了巨大的潛力。最新研究表明，厭氧微生物可有效降解地下水中烴類?氯化溶劑?硝酸鹽以及鈾?鉻?锝?鈷?硒有毒金屬和準金屬等污染物。

在1973年，人們首次發現了淺層地下水中的土著微生物對石油的降解能力，不久，生物降解被用于提高汽油污染的含水層的凈化。自那以后，人們開始使用生物降解地下水系統中各種常見化學污染物，包括氯代化溶劑。

地下水中石油烴的污染主要來自汽油及其它石油產品的地下儲罐的滲漏。其主要污染組分為苯?甲苯?乙苯和二甲苯。生物降解石油烴的實質是在微生物參于下的氧化還原反應。該反應中電子供體烴給出電子，好氧菌僅利用氧作為電子受體，而厭氧菌則可利用NO-3?Fe3+?SO2-4和CO2 作為電子受體。美國密執按州使用原位生物修復技術，成功修復了由于地下儲油罐漏油受到嚴重污染的包氣帶及含水層。其方法是：在污染區，首先注入未污染地下水42 d，第43 d開始注入含NO-3的地下水，到第112 d基本清除了污染物。結果表明： 地下水中，苯從0.76 mg/L降至小于0.001 mg/L ，甲苯從4.5 mg/L 降至小于0.001 mg/L；包氣帶土壤中，苯從0.84 mg/kg降至0.017 mg/kg ，甲苯從33 mg/kg 降至0.103 6 mg/kg(鐘佐燊 2001)。

多環芳烴具有毒性，對人類健康造成的危害大，尤其是高分子多環芳烴的致突變與致癌特性。多環芳烴生物降解研究日益受到了人們的重視。近年來人們對微生物降解多環芳烴的作用?機理進行了廣泛的研究，研究結果表明，對可降解多環芳烴的微生物有紅球菌屬( Rhodococ2cus) ?假單胞菌屬( Pseudomonas ) ?分枝桿菌( My2cobacterium) ?芽孢桿菌屬( Bacill us ) ?黃桿菌屬( Flavobacterium) ?氣單胞菌屬( Aeromonas ) ?拜葉林克氏菌屬( Beijernckia ) ?棒狀桿菌屬( Corynebacterium) ?藍細菌( Cyanobacteria) ?微球菌屬( Micrococcus ) ?諾卡氏菌屬( Nocardia) 和弧菌屬( V Ibrio)等(溫洪宇 2005)。利用微生物去除地下水中的多環芳烴不會造成二次污染，費用低，易操作，是去除多環芳烴的最佳方法。

飲用水中過量的硝酸鹽能夠引起嬰幼狼高鐵血紅蛋白血癥，我國許多地區淺層地下水已普遍受到硝酸鹽不同程度的污染。張勝(2005)對地下水硝酸鹽污染的微生物修復技術進行了研究。通過兩年多的室內和野外原位的大量試驗研究，優選出反硝化菌液和增強地下水中微生物反硝化作用的營養碳源乙醇?乙酸鈉，利用乙酸鈉作為營養碳源在野外試驗井進行原位微生物脫氮試驗，對地下水中NO-3的去除率可達98%。研究結果得出，利用優選反硝化菌液和乙酸鈉營養碳源對地下水硝酸鹽污染修復效果好，在大面積土體和地下水污染原位修復技術實施是可行的?有效的，它不僅可以在原位有效地修復土壤?包氣帶的硝態氮污染，而且還可以增加土壤的肥力及氮肥的利用率，無負面作用，對修復污染?保護地下水資源和農作物增產都具有重要意義。

5 影響微生物作用的地下水環境因素

微生物作用對地下水系統的影響程度主要受微生物代謝速度，水文地質條件，含水層的巖性等多種因素的控制。

張宗祜，任福弘等(2006)為研究氮素的生物化學循環問題，通過對河北正定野外試驗場貫穿包氣帶的18.5 m的鉆孔剖面土樣的水理性質?地球化學成分?有機質含量的測試和微生物的培養鑒定，發現包氣帶土體的各類細菌在整個包氣帶均有分布，但隨著巖性?物理化學條件的變化，而顯現出不同的細菌含量，特別是在幾個層次上出現細菌含量高的活化層。它的出現充分說明了細菌在包氣帶中分布，不是受深度變化所控制，而是受其環境條件所制約，如含水量?營養元素?土體巖性等。這一研究成果為今后深入研究地下水系統中微生物的作用奠定了良好的基礎。

McMahon(2001)研究了含水層和弱透水層交界面上的幾個重要生物地球化學反應，包括氧還原?反硝化作用和Fe3+?SO 2-4和 CO2還原(甲烷生成)。研究表明，一些地方，生物地球化學反應發生在交界面的弱透水層面，電子受體從含水層運移到電子供體豐富的弱透水層里。另一些地方，生物地球化學反應發生在交界面的含水層一方，電子供體(有時是電子受體)從弱透水層運移到電子受體或微生物豐富的含水層里。影響含水層/弱透水交界面發生生物地球化學反應范圍的因素有，交界面兩邊電子受體和電子供體的豐度和可溶性，電子受體和電子供體反應和越過界面的速度。

6 展 望

地下水沉積物無菌取樣方法的發展完善和微生物綜合評價方法的建立，使微生物代謝作用對地下水地球化學的影響被廣泛認識。隨著當今社會科學技術的不斷進步，地下水微生物地球化學的研究技術也日益得到提高和改進。首先，人們可以利用電子顯微鏡?能普?電子探針?離子探針?質子探針來觀察和分析細胞內部的結構?成分。第二，微生物生態學研究的新技術被用于地下水微生物研究中。如，人們在研究污染或未污染含水層生物群落組成研究中開始使用磷脂脂肪酸分析方法(PLFA)，該方法是基于生物化學手段的一種微生物生態學研究新技術，它具有對細胞生理活性沒有特殊的要求，對樣品保存時間要求不高?不需要進行微生物培養等優點。它能提供微生物群落生物量及其時?空變化?群落結構和功能等多種微生物信息，是一種快捷?可靠的分析方法。.再如，人們通過基因工程，在DNA的分子水平上動手術，使某種細胞結構的基因轉到另一種細胞中去，而使之具有新的遺傳性狀。

隨著我國環境科學界對地下水微生物作用研究的日益關注，我國地下水微生物地球化學?微生物工程學?微生物環境工程學將會作為重點發展學科被大力扶持，地下水微生物的基礎研究應得到優先發展，尤其是在地下水環境中微生物的種類?形態?分布特征?營養和生長的一般規律，微生物的代謝?演替和調控，微生物的基因及其所攜帶的遺傳信息表達等研究方面，從基礎研究中尋找提高地質微生物地球化學作用的研究途徑和方法。地下水微生物研究將進一步與地質學?微生物學?環境生態學?環境微生態學?環境地質學?水文地質學?生物化學等基礎科學的研究交叉與合作，對基礎科學的發展提供動力和應用的驗證方法。

參考文獻

[1] 李義軍.淺述次生孔隙的成因[J].西北地質，200 35 (1)：65-69.

[2] 溫洪宇，廖銀章，李旭東.微生物降解多環芳烴的研究進展[J].微生物學雜志，2005，25 (6)：73-75.

[3] 張 勝，張翠云，等，地質微生物地球化學作用的意義與展望[J].地質通報，2005，24(10～11)：1027-1031.

[4] 張宗祜，張光輝，任福弘，等.區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用[M].北京，地質出版社，2006.

[5] 鐘佐燊.地下水有機污染控制及就地恢復技術研究進展二[J].水文地質工程地質，200 (4)：26-31.

[6] Bennett P C，Siegel D I.Increased solubility of quartz in water due to complexation by dissolved organic compounds[J].Nature，1987，326：684-687.

[7] Baedecker M J，Cozzarelli I M，Siegel D I，Crude oil in a shallow sand and gravel aquifer： 3.Biogeochemical reactions and mass balance modeling in anoxic groundwater[J].Appl Geochem，199 8：569-586.

[8] Chapelle F H，Morris J T，McMahon P B.Bacterial metabolism and the del-13 _C composition of ground water，Floridan aquifer，South Carolina[J].Geology，1988，16：117-121.

[9] Chapelle F H，Lovley D R.Rates of bacterial metabolism in deep coastal-plain aquifers[J].Appl Environ Microbiol，1990，56：1865-1874.

[10] Chapelle F H.The significance of microbial processes in hydrogeology and geochemistry[J].Hydrogeology Journal，2000，8：41-46.

[11] Lundergard P D，Land L S.Carbon dioxide and organic acids： their role in porosity enhancement and cementation，Paleogene of the Texas Gulf Coast.In： Gautier DL (ed) Roles of organic matter in sediment diagenesis.Society of Economic Paleontologists and Mineralogists，Spec Publ 38，Tulsa，1986，129-146.

[12] Hiebert F K，ennett P B.Microbial control of silicate weathering in organic-rich ground water[J].Science，199 258：278-281.

[13] McMahon P B，Chapelle F H.Microbial production of organic acids in aquitard sediments and its role in aquifer geochemistry[J].Nature ，1991a，349：233-235.

[14] McMahon，P B，Chapelle F H.Geochemistry of dissolved inorganic carbon in a coastal-plain aquifer.2.Modeling carbon sources，sinks，and d13C evolution[J].J Hydrol，1991b，127：109-135.

[15] McMahon P B，Chapelle F H，Falls W F.The role of microbial processes in linking sandstone diagenesis with organic-rich clays[J].J Sediment Petrol，199 62(1)：1-10.

篇9

[關鍵詞]：根際土壤微生物；多氯聯苯；降解；環境意義

1、 前言

根際是指植物根系與土壤之間的微界面，是圍繞于植物活根的土壤微宇宙，其范圍通常只有幾微米到幾毫米。根際環境深受根系及其所關聯的微生物活動的影響，是土壤-植物根系-微生物三者相互作用的場所，因此其物理、化學和生物學性質等與非根際土壤有巨大的差異。同時根際是土壤水分和礦物質進入根系參與生物循環的門戶，也是根系自身生命活動和代謝對土壤影響最直接、最強烈的區域。在不同環境條件下，植物根系可以分泌有機陰離子、質子和酶等來改變根際微環境的生物化學性質，改變根際微環境中養分和污染物的化學形態和生物有效性，并最終影響植物對養分和污染物的吸收與積累。

多氯聯苯（PCBs）是一組由一個或多個氯原子取代苯分子中的氫原子而形成的氯代芳香族化合物，其結果復雜，理論上有209種同系物。PCBs曾因其有優良的穩定性、熱傳導性和絕緣性被廣泛應用與電力、化工等行業，但由于對環境的危害性和對生物的致癌性，上世紀八十年代中期已被停止生產。

但PCBs是持久性有機污染物，其對環境、對生物的影響至今還是很嚴重。近年來，隨著對PCBs危害的重視程度提高，越來越多學者進入研究PCBs如何降解的行列當中，其中利用微生物來降解是研究的熱點。本文將從根際土壤微生物的角度來闡述PCBs降解的研究進展及其環境意義。

2、 根際微生物降解PCBs的機理

根際微生物對PCBs的降解涉及到植物的重要影響，植物與根際微生物聯合作用促進根際微生物加速對PCBs的降解。因此植物與根際微生物的聯合作用是修復有機污染物中非常重要的一個途徑，也是當今研究比較多的一個方向。一方面，植物在生長發育的過程中，根系分泌的有機物和酶類進入土壤，使根際的微生物數量顯著提高，活性也隨之大大增強，從而加速了有機污染物的礦化。另一方面，根際環境中微生物作用可促進植物的生長，從而加速對降解產物的吸收。這一共存體系的共同作用，將在很大程度上加速污染土壤的生物修復速度。此外，植物還可以向根區輸送O2，使根區的好氧作用得以順利進行。

Singer等（2003）在被污染的土壤中，以香琴酮和水楊酸等作為酶誘導劑，然后栽種蕓苔，再與未栽種蕓苔的處理進行對比。結果表明，栽種了蕓苔的處理，經過9個星期，表層6cm PCBs的去除率達61%；而未栽種蕓苔的處理，PCBs的去除率在表層0～2cm和2～6cm分別為43%和14%。由此可見，栽種了蕓苔植物后，PCBs的去除率明顯升高。

通過研究煙草、山葵、龍葵和紫花苜蓿的根際微生物代謝PCBs時研究人員發現，山葵和龍葵都有較強代謝轉化PCBs的能力。實驗表明兩周內，90%以上的2-氯苯甲酸和20～40% 的二氯苯甲酸被轉化。

綜上例子，直接降解PCBs的生物體以微生物為主，據現有的報道表明，多氯聯苯的微生物修復可分為厭氧脫氯、好氧降解和真菌的酶降解三大途徑。

2.1 厭氧脫氯

PCBs的脫氯主要是發生在間位和對位，也有少數鄰位脫氯，其脫氯的易難程度按取代位置為：間位>對位>鄰位，且兩個氯原子分別處于兩個苯環比在同一苯環上更容易被脫去。這是因為氯原子置換在不同位置的分子總能量E，焓H和自由能G數值不同，其順序為：2（6）位>>3（5）位>4位（Wang等， 2005）。

由此可見，氯的取代基越多，厭氧脫氯顯得越容易。對于高氯代聯苯的脫氯是以厭氧條件下的還原脫氯為主，因為Cl原子強烈的吸電子性使環上的電子云密度下降，當Cl的取代個數越多，環上電子云密度越低，氧化越困難，表現出的生化降解性能低；相反，在厭氧或缺氧的條件下，環境的氧化還原電位低，電子云密度較低的苯環在酶的作用下越容易受到還原劑的親核攻擊，Cl容易被取代（高軍等，2005）。

因此，厭氧脫氯是降解PCBs的關鍵一步，然而PCBs在氯轉化為低氯代的化合物后，就很難再繼續脫氯，接下來的脫氯任務通常由好氧降解來完成。脫氯功能可能是由共生的微生物群落實現，原因在于脫氯有賴于微生物群落提供的電子供體、營養成分和維持最優的氫濃度。幾種脫氯微生物同時或者順序代謝不同的PCBs同系物及其代謝產物獲得了更好的降解效果，即某種微生物PCBs的代謝終產物可能作為另一種微生物的生長基質。艾尼瓦爾等（2000）總結了前人研究的PCBs的厭氧降解過程（表1）。

2.2 好氧降解

與厭氧微生物主要通過還原脫氯對PCBs降解不同，好氧細菌能通過加氧氧化開環反應來繼續降解PCBs（趙曦等，2007）。

對于經厭氧脫氯的低氯聯苯連續的酶反應機制以及包括其生物降解過程，目前基本已形成了共識。該途徑包括如下過程：

（1） 聯苯被聯苯雙加氧酶（bphA）催化為聯苯二氫二醇，1，2 位加氧和3，4 位加氧，以前者居多。

（2） 聯苯二氫二醇被聯苯二氫二醇脫氫酶催化為2，3-二羥基聯苯。

（3） 2，3-二羥基聯苯被2，3-二羥基聯苯雙加氧酶催化為2-羥基-6-氧-6-苯基己-二烯酸。

（4） 2-羥基-6-氧-6-苯基己-二烯酸被2-羥基-6-氧-6-苯基己-二烯酸水解酶通過間位開環方式催化為氯苯甲酸。

但也有研究認為在降解的第一步是2，3 位加氧，有國外研究人員研究了在SIRAN固定床上，將細菌細胞固定化。對于2，4，4-三氯聯苯的降解過程是首先對氯原子較少環上的2，3 位進行氧化親核攻擊，利用細菌生成代謝物為3-氯-2-羥基-6-氧-6-苯-2，4-二烯酸，最終生成2，4-二氯-苯甲酸。

有些研究表明，厭氧-好氧聯合作用可使PCBs完全礦化。如起始濃度為59mg/g PCB污染的風化土壤，經4個月厭氧處理和28天的好氧處理，PCBs濃度降為20μg/g，顯示厭氧-好氧聯合處理對多氯聯苯污染土壤修復的巨大潛力。通過控制供氧方式形成偶聯的厭氧-好氧環境，并與特定厭氧還原和好氧降解微生物相結合，幾乎能將Aroclor 1242完全礦化。因此，厭氧-好氧的聯合作用正受到更廣泛的青睞。

2.3 真菌的酶降解

目前已知白腐真菌能降解PCBs，白腐真菌降解PCBs的研究始于1985年，之后許多白腐真菌已被用于研究它們的PCBs降解能力，都能礦化PCBs（殷培杰等，2005）。有些真菌對PCBs氯取代位置的選擇傾向為鄰位>間位>對位，這與細菌取代傾向不同。白腐真菌分泌的木質素酶能夠用于轉化或礦化與木質素結構相似的有機污染物；而其分泌的漆酶可將PCBs代謝過程中產生的羥基氯聯苯脫氯和脫毒。

研究表明外生菌根真菌也能跟白腐真菌一樣產生許多與PCBs降解有關的酶催化開環反應。研究還表明，栽培了植物的土壤比未栽培植物的對照其真菌數量明顯要多，這可能與PCBs降解水平的提高有關。

3 、根際微生物降解多氯聯苯的環境意義

PCBs是持久性有機污染物，其結構穩定，自然條件下不易降解，在水中的半衰期超過2個月，在土壤和沉積物中大于6個月（宋春蓮，2007）。PCBs可通過食物鏈傳播與累積，經皮膚、呼吸道和消化道而被機體所吸收（其中消化道的吸收率很高），PCBs被吸收后，廣泛分布于全身組織，以脂肪中含量最多，對人類和動物造成非常嚴重的潛在危害。

歸納起來，PCBs的生物毒性主要體現在以下四個方面：

⑴ 致癌性：國際癌癥國際癌癥研究中心已將多氯聯苯列為人體致癌物質，“致癌性影響”代表了多氯苯存在于人體內達到一定濃度后的主要毒性影響。

⑵ 生殖毒性：PCBs能使人類數量減少、畸型的人數增加；人類女性的不孕現象明顯上升；有的動物生育能力減弱。

⑶ 神經毒性：PCBs能對人體造成腦損傷、抑制腦細胞合成、發育遲緩、降低智商。

⑷ 干擾內分泌系統：比如使得兒童的行為怪異，使水生動物雌性化。

鑒于PCBs對環境對生物具是以上的負面影響，因此能有效降解多氯聯苯將是一個對生物圈有重大貢獻的技術。植物根際微生物修復技術作為一個潛在的、能有效修復PCBs的技術，必將在此方面有重大突破。

4、 結論

多氯聯苯作為一類對生態環境和人類社會有嚴重危害的持久性有機污染物，已備受世界各國的關注。目前有很多研究人員正致力于PCBs的修復工作，其中根際微生物修復的研究已初見成效，其生物化學行為以及一些降解機理也有一定的認識。雖然當今此項修復技術已日趨成熟，但仍然存在一些問題：

⑴ 目前大多數有效的生物修復還處于實驗階段，能實際應用的還較少。

⑵ 多氯聯苯的微生物降解是一個涉及許多酶和微生物種類的分步過程，很難被徹底降解，只是轉化成毒性較低的中間產物。

因此今后的研究重點可能是添加一些高效的外源微生物群和植物組成更高效的降解群體，使PCBs能徹底地降解成無毒性物質。同時在實際應用前對生物尤其是微生物過程進行全面跟蹤，形成一個完整的生態評價和風險評估。

[參考文獻]：

艾尼瓦爾， 王棟， 周集體. 降解多氯聯苯的微生物特定研究進展[J]. 上海環境科學， 2000， 19： 519-522.

高軍， 駱永明. 多氯聯苯（PCBs）污染土壤生物修復的研究進展[J]. 安徽農業科學， 2005， 33（11）： 2119-2121.

宋春蓮. 多氯聯苯P二惡英類化學污染物的環境行為及對人體健康的危害. 佳木斯大學學報（自然科學版）.2007，25（2）.

殷培杰，李培軍.土壤和沉積物中多氯聯苯污染的生物修復機理研究進展[J].環境污染治理技術與設備，2005，6（1）：1 - 7.

趙曦，黃藝，敖曉蘭.持久性有機污染物（POPs）的生物降解與外生菌根真菌對POPs的降解作用[J].應用與環境生物學報，2007，13（1）：140 - 144.

篇10

重金屬系指密度4.0以上約60種元素或密度在5.0以上的45種元素。砷、硒是非金屬，但是它的毒性及某些性質與重金屬相似，所以將砷、硒列入重金屬污染物范圍內。環境污染方面所指的重金屬主要是指生物毒性顯著的汞、福、鉛、鉻以及類金屬砷，還包括具有毒性的重金屬鋅、銅、鉆、鎳、錫、釩等污染物。 隨著全球經濟化的迅速發展，含重金屬的污染物通過各種途徑進人土壤，造成土壤嚴重污染。。因而如何有效地控制及治理土壤重金屬的污染，改良土壤質量，將成為生態環境保護工作中十分重要的一項內容。

一、土壤重金屬污染的來源

土壤重金屬污染的來源主要包括工業，農業和交通過程所產生污染。

1.工業污染

礦產冶煉加工、電鍍、塑料、電池、化工等行業是排放重金屬的主要工業源，其排放的重金屬可以氣溶膠形式進入到大氣，經過干濕沉降進入土壤；另一方面，含有重金屬的工業廢渣隨意堆放或直接混入土壤，潛在地危害著土壤環境。隨著城市化發展，大量污染企業搬出城區，原有的企業污染用地成為城市土壤重金屬污染的突出問題。

2.交通污染

隨著城市化發展，交通工具的數量急劇增加，汽車輪胎及排放的廢氣中含有Pb， Zn， Cu等多種重金屬元素，進入周圍的土壤環境，成為土壤重金屬污染的主要來源之一。

3.農業污染

農業生產過程中農藥、化肥和有機肥的不合理使用以及使用污水灌溉農田的行為都會造成土壤的重金屬污染。在現代農業過程中，許多農藥，如殺蟲劑、殺菌劑、殺鼠劑、除學劑的大量使用引起土壤中As ， Cu等污染。

二、土壤重金屬污染的危害

受污染的土壤暴露在城市環境中，形成粉塵直接或間接進入動物和人體中，對人類產生危害。此外，郊區蔬菜基地土壤受到污染，重金屬容易被植物利用而進入食物鏈.最終通過食物鏈影響人類的健康。曾昭華研究得出，癌的產生和發展與土壤環境中Sn元素質量分數有關，居住在Sn元素質量分數高的地區的人群癌癥死亡率較高。 現有的研究表明，城市土壤中的重金屬可通過吞食、吸人和皮膚吸收等主要途徑進入人體，直接對人特別是兒童的健康造成危害，還可通過污染食物、大氣和水環境間接的影響城市環境質量和危害人體健康。兒童血液中Pt含量等間接結果表明，污染的城市土壤揚塵是影響人體健康的重要因素。據調查，中國兒童血鉛超過國家標準（100 g/L）者達二成，大城市超標率達60%以上，且市區普遍高于郊區；據美國學者研究網，城市兒童血Pb 與城市土壤Ph含量呈顯著的指數關系（血Pb = 18. 5 + 7.2xPb10.4）。土壤重金屬污染兒素Pb， Cd， Ni， Hg， As，Cn.zn等人體中的積累都會對健康造成嚴重的危害。

三、土壤重金屬污染治理方法

1.傳統方法——生物修復法

生物修復技術是近年來發展起來的一種有效的用于污染土壤治理的方法，包括微生物、植物和動物等修復方法，具有成本低、無二次污染和處理效果好等優點，能達到對污染土壤永久清潔修復的日的。生物修復有原位和異位兩種，原位微生物修復在西方發達國家應用較為普遍，是指在不破壞土壤基本結構的情況下，依賴于土著微生物或外源微生物的降解能力失除污染物。 重金屬污染土壤的植物修復主要是利用植物對重金屬的吸收、富集和轉化能力把土壤中殘存的重金屬吸收、富集到植物體內，然后收獲植物，通過焚燒等方法回收重金屬，減少進人土壤中重金屬的含量。對于重金屬污染土壤的植物修復，關鍵是尋找與篩選出超富集植物。動物修復法是土壤中的一些大型動物如蛆叫，能吸收或富集土壤中的殘留農藥，并通過其代謝作用，把部分農藥分解為低毒或無毒產物。同時土壤中還生存著豐富的小型動物群，如線蟲、跳蟲、娛蛤、蜘蛛、土蜂等，均對土壤中的農藥有一定的吸收和富集作用，可以從土壤中帶走一部分農藥。

2.新興方法——污染生態化學修復法

污染生態化學修復技術是近年來興起的一種技術，并被有關專家認為是21世紀污染土壤修復技術的發展方向。它是微生物修復、植物修復和化學修復技術的綜合，具有比其他方法更好的優勢，主要表現在：生態影響小，生態化學修復注意和土壤的自然生態過程相協調，其最終的產物為CO、水和脂肪酸，不會形成二次污染；費用低，緊密結合市場，容易被大眾接受；應用范圍廣，可以在其他方法不能進行的場地進行，同時還可以處理地下水污染，易操作，容易推廣。

3.新方法的提出——環境礦物學新方法

人們一直強調土壤自身的凈化能力，但土壤自凈化能力離不開土壤中礦物種對重金屬的吸附與解吸作用、固定與釋放作用，土壤中具體礦物的凈化能力才真正體現土壤自身的凈化能力和容納能力。土壤中有毒有害元素含量的高低，并不是直接判定土壤環境質量優劣乃至土壤生態效應的唯一標志，關鍵問題是要揭示這些重金屬在土壤中與各種無機物之間具有怎樣的環境平衡關系。在國內外為尋求地下水和土壤有機污染的修復方法而直接對土壤中多種粘土礦物進行改性研究，即利用有機表面活性劑去置換天然粘土礦物中存在著的大量可交換的無機陽離子，以形成有機粘土礦物，可有效截住或固定有機污染物，阻止地下水的進一步污染，限制有機污染物在土壤環境中遷移擴散。但特別需要指出的是，在粘土礦物改性過程中，其中的固定態重金屬也一并被置換出來，導致土壤系統中業已建立環境平衡被打破，使得土壤環境中解吸釋放態重金屬污染物總量大大增加。至此，土壤中重金屬污染物既來源于土壤中活動態的重金屬，又來源于改性粘土礦物時被置換釋放出來的重金屬。

參考文獻

[1]張浩，王濟，曾希柏.城市上壤重金屬污染及其生態環境效應 [J]環境監測管理與技術，2010.22 （2） ：11-18.