發(fā)布日期：2020-05-21 
點擊次數(shù)：1510次
打印 
生物修復(fù)是指在人為作用下，利用活有機物（微生物、植物和小型動物等）促進環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的降解或固定，減少其對環(huán)境危害的技術(shù)。
動物修復(fù)技術(shù)簡介
動物修復(fù)技術(shù)是指土壤動物群通過直接的吸收、轉(zhuǎn)化和分解或間接的改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力，促進植物和微生物的生長等作用而修復(fù)土壤污染的過程。
土壤動物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中的主要生物類群之一，占據(jù)著不同的生態(tài)位，對土壤生態(tài)系統(tǒng)的形成和穩(wěn)定起著重要的作用。這些動物主要有土壤原生動物和土壤后生動物群落組成。一般平均每克土中含有原生動物的數(shù)量可達1萬~4萬個以上；而土壤后生動物群落主要有線蟲、千足蟲、蜈蚣、輪蟲、蚯蚓、白蟻、老鼠等。
土壤動物修復(fù)機理及案例
線蟲和蚯蚓是非常重要的兩種土壤動物，前者數(shù)量巨大，繁殖快，世代短；而后者被稱為“土壤生態(tài)系統(tǒng)工程師”，可改良土壤、提高肥力、促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，在維持土壤生態(tài)系統(tǒng)功能中起著不可替代的作用。
污染區(qū)土壤常具有惡劣的物理、化學性質(zhì)，而蚯蚓是改善土壤物理結(jié)構(gòu)、改善土壤通氣性的透水性、增強土壤肥力的能手。將蚯蚓引入土壤中，有利于退化的污染土壤生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。蚯蚓體內(nèi)能攜帶各種微生物，將蚯蚓引入污染土壤，隨同蚯蚓一起，可以向土壤中引入各種微生物。能提高土壤中活性微生物量。向污染土壤中引入蚯蚓，有助于有機污染物的降解，并能提高多氯聯(lián)苯（PCBs）降解菌的傳播，促進土壤中聯(lián)苯降解菌種群數(shù)量的增加；能促進植物生長，排泄物是優(yōu)良的肥料。
目前，植物提取技術(shù)應(yīng)用于治理重金屬污染土壤越來越受到世界各國政府、企業(yè)界和科技界的關(guān)注。然而植物提取技術(shù)在實際應(yīng)用過程中也存在一些不盡人意的問題。首先，超級累植物的生物量最小，生長速度慢，其次土壤中的重金屬有效性較低，并具有隱蔽性。對于“螯合誘導(dǎo)技術(shù)”，向土壤中加入螯合劑（ED-TA、DTPA）等，使被土壤固定的重金屬部分釋放并進入水溶液，以保證植物能從土壤中提取走更多的金屬，然而同時會造成土壤和地下水環(huán)境的二次污染。在保證修復(fù)效果的同時，蚯蚓具有解決這一矛盾的潛力。
Bonkowski等指出根際土壤中動物和微生物之間復(fù)雜的交互作用對植物生長和重金屬吸收有很大的影響。Lasat認為研究土壤動物、微生物、植物之間的交互作用,對植物修復(fù)技術(shù)的進一步發(fā)展有重大意義。Ireland發(fā)現(xiàn)蚯蚓的蚓糞中水溶態(tài)Pb的含量比土壤中增加了50%。Cheng和Wong研究了蚯蚓對紅壤水稻土、沖積土中Zn分級情況的影響,結(jié)果表明在有機質(zhì)較高、污染程度較低的土壤中,培養(yǎng)蚯蚓能提高金屬的有效性。Ma等用Pb、Zn尾礦中的土壤培養(yǎng)蚯蚓，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有效態(tài)Pb、Zn的含量分別升高了48.2%和24.8%。泡囊-叢枝菌根是土壤中重要的根際微生物,植物根系通過它們與土壤緊密接觸,大量研究表明，菌根能顯著影響根際重金屬形態(tài)分布以及它們的生物有效性,從而改變植物對重金屬的吸收和轉(zhuǎn)移。蚯蚓能傳播微生物并影響微生物的活性和數(shù)量，從而增強植物吸收重金屬的能力。這些跡象都表明蚯蚓有可能通過取食、消化和排泄等生命活動以及與微生物的相互作用提高土壤中重金屬的生物有效性。同時蚯蚓在降解有機廢物過程中能提高土壤中腐殖質(zhì)和有機酸含量,并促進植物生長。植物生物量的增加能促使植物體內(nèi)累積更多的重金屬；腐殖質(zhì)和有機酸含量的增加不僅能促進植物生長,還會影響金屬的移動性。
從以上事實可以看出:蚯蚓能通過直接或間接作用強化植物修復(fù)的效果。Ma等研究了在種植木本豆科植物Leucaena leucocephala的同時,引入蚯蚓對恢復(fù)廣東省某Pb/Zn尾礦土壤的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于蚯蚓的存在Leucaena leucocephala的產(chǎn)量提高了10%～30%,由此而導(dǎo)致的植物吸收金屬比率的提高可達到16%～53%。目前,有機污染的原位生物修復(fù)技術(shù)越來越受到人們的青睞。對土壤中有毒有害有機污染物的生物修復(fù),主要是利用自然環(huán)境中生息的微生物,或接種特殊馴化與構(gòu)建的工程微生物,以及進行微生物強化作用,將目標污染物分解為CO2和H2O,或轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。若想減少甚至避免對生態(tài)系統(tǒng)的擾動,采用自然的原位修復(fù)技術(shù)(不進行任何工程輔助措施),有機污染物的微生物修復(fù)過程會受到土壤環(huán)境條件的限制,如：碳源和能源、微生物代謝所需的無機營養(yǎng)物質(zhì)、合適的可利用水分、對酸堿度的緩沖能力。那么,蚯蚓是不是也可以在一定程度上解決這一難題,強化有機污染物生物修復(fù)過程呢?可做如下分析:
關(guān)于蚯蚓在促進植物生長方面起的積極作用已被大量研究證明。蚯蚓也能通過取食、排泄等生命活動影響土壤-植物系統(tǒng)中重金屬的化學行為。土壤通氣條件是制約有機污染物生物修復(fù)成功與否的一個重要因素,這主要是因為有機污染物的分解過程實質(zhì)上是還原物質(zhì)失去電子的氧化過程。其中當微生物利用分子氧作為末端電子受體時,污染物被降解得最徹底(分解產(chǎn)物為CO2和H2O)。以PCBs生物降解為例：雖然在厭氧條件下有利于PCBs的脫氯過程,但要徹底礦化這些有機污染物離不開一個通氣良好的土壤環(huán)境條件。由于在通常情況下污染土壤的亞表層通氣性較差,氧氣供應(yīng)不足,這樣就會明顯抑制PCBs的降解速度。研究表明蚯蚓的活動和挖掘行為能很好地改善土壤通氣性。
對于異型生物質(zhì),如果污染新近發(fā)生，很少會有土著微生物能降解它們。通常需經(jīng)過實驗室研究篩選出高效降解菌,然后找到降解過程的最適條件，再將菌株接種到污染土壤中。但是，接種體的傳播和擴散能力較差,給微生物擴增過程帶來一定的困難。研究表明蚯蚓作為土壤生態(tài)環(huán)境的一個重要組成部分,能夠通過自身的生命活動，如：運動、取食、挖掘等行為，促進土壤接種菌的傳播。
蚯蚓還能通過它們的排泄物和分泌的黏液，提高土壤微生物的活性和礦質(zhì)養(yǎng)分的有效性，從而為微生物的生命活動提供充足的無機營養(yǎng)鹽。
還有研究表明蚯蚓能夠通過取食行為，將有機污染物從土壤表面轉(zhuǎn)移,并使得土壤中穩(wěn)定態(tài)有機污染物增加,從而降低有機污染物向下淋溶,污染水體的風險。
關(guān)于蚯蚓存在條件下有機污染物降解情況的研究還不多。Singer等研究表明在培養(yǎng)蚯蚓的污染土壤中，PCBs的降解率為55%，而在未培養(yǎng)蚯蚓的污染土壤中，PCBs的降解率僅為39%。
在線蟲-植物-根際微生物三者之間的關(guān)系研究中，發(fā)現(xiàn)三者關(guān)系密切，且互相制衡促進，線蟲能刺激細菌和酶活性劑已經(jīng)細菌數(shù)量的增長來促進PAHs降解。
牛明芬、高巖、俞協(xié)治、郭永燦等已經(jīng)用蚯蚓等動物來修復(fù)污染土壤。蚯蚓不但能夠富集重金屬，還能改良土壤，保持土壤的肥力。土壤動物不僅直接富集重金屬，還和微生物、植物協(xié)同富集重金屬，改變重金屬的形態(tài)，使重金屬鈍化而失去毒性，特別是蚯蚓等動物的活動促進了微生物的轉(zhuǎn)移，使得微生物在土壤修復(fù)的作用更加明顯；同時土壤動物把土壤有機物分解轉(zhuǎn)化為有機酸等，使重金屬鈍化而失去毒性。
利用蚯蚓與黑麥草進行聯(lián)合修復(fù)土壤中的熒蒽時，蚯蚓的活動不僅能促進植物的生長，還發(fā)現(xiàn)蚯蚓分泌的粘液能促進黑麥草對熒蒽的吸收積累，且促進了黑麥草根系中SOD酶活性的增強。
腐生波豆蟲和梅氏扁豆蟲都能富集鉛，并被認為是污染土壤中鉛鋅類污染物的指示品種。
土壤動物大規(guī)模地養(yǎng)殖技術(shù)進一步成熟，為土壤動物修復(fù)提供了基礎(chǔ)。同時土壤動物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用也促進了土壤動物養(yǎng)殖技術(shù)地發(fā)展。當污染物中含有大量重金屬及農(nóng)藥殘留，用于土壤修復(fù)的動物則需要進行特別處理。往往土壤中含的重金屬或農(nóng)藥超出土壤動物的半致死濃度時，可以通過工程措施、農(nóng)藝措施等降低其濃度后進行動物修復(fù)。
土壤動物修復(fù)技術(shù)如果能與微生物修復(fù)技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)、工程技術(shù)相結(jié)合，將更能發(fā)揮其功能，提高修復(fù)能力。
該技術(shù)的不足之處及展望
國內(nèi)外對土壤動物的生態(tài)作用和環(huán)境指示作用研究得比較多，把土壤動物用于修復(fù)污染和恢復(fù)退化土壤生態(tài)系統(tǒng)研究得比較少，該部分理論和技術(shù)有待深入研究。
土壤動物的養(yǎng)殖技術(shù)，如蚯蚓、蠅蛆等已經(jīng)很成熟，而對于其他也具有很強修復(fù)能力的動物有待于進行深入地探討。
植物修復(fù)技術(shù)，微生物修復(fù)技術(shù)的過熱，導(dǎo)致土壤動物研究滯后，土壤動物與前兩種研究技術(shù)的結(jié)合不夠緊密，而土壤動物在生態(tài)中的作用也是不可忽視的。
土壤動物多樣性及其保護研究、土壤動物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用研究、土壤動物的指示作用研究、利用土壤動物篩選最佳土壤利用方式研究、土壤動物與農(nóng)業(yè)蟲害關(guān)系研究以及自然保護區(qū)土壤動物研究等成為研究熱點。
ym
林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計
全過程工程咨詢
碩鑫咨詢服務(wù)號
碩鑫項目咨詢訂閱號
加名片
電話： 181-6527-8840
郵編： 710021
郵箱： djs@shuoxinzixun.com
陜公網(wǎng)安備61019102000639
林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計
全過程工程咨詢
碩鑫咨詢服務(wù)號