生物修复技术在土壤重金属污染环境工程治理中的实践

摘要：在工业化高速发展的时代背景下，土壤重金属污染问题必须引起高度重视。使用生物修复技术完成土壤重金属污染治理工作，不仅能够维持生态平衡，还能够让人类的健康安全得到保障。运用文献研究法和措施分析法，探讨当前土壤重金属污染的来源和危害，可以制定出更具有可行性的策略，推动生物修复技术的运用，让土壤重金属污染问题得到更有效地解决，促使工业生产获得长期可持续性的发展。

关键词：生物修复技术；土壤重金属污染；环境工程

引言：重金属是一种容易影响土壤微生物活性和物理化学性质的物质，它本身具有毒性强，难降解，容易在短时间内积聚的特征。如果不解决土壤重金属污染方面的问题，那么不仅会降低土壤肥力，还可能让重金属通过食物链进行传递，对动植物和人类健康造成极为严重的负面影响。在传统的土壤重金属污染治理过程中，技术人员会尝试使用化学修复法和物理修复法，这两种方式的运用虽然能在一定程度上降低土壤重金属的含量，但由于操作过于复杂，而且伴随新的药剂的添加，很难让土壤的生态功能得到良好恢复。从这个角度来看，生物修复技术的运用是很有必要的，相比较其他修复技术而言，生物修复具有更为明显的优势。

一、土壤重金属污染的来源

（一）自然来源

土壤中的重金属含量多寡，会在一定程度上受到土母质的影响。不同地质条件下的不同岩石种类，会催生出不同重金属含量的土壤。譬如在超基性岩和基性岩发育的土壤中，其重金属含量就要远远高于其他的土壤类型。除此之外，一些自然灾害以及自然现象也会在短时间内让土壤重金属的含量激增。譬如在火山喷发之后，土壤中的重金属含量就会大幅度提升。而自然沉降和岩石风化等过程，同样也会向土壤释放重金属。因此土壤重金属污染的自然来源较为广泛，且难以通过人为方式进行控制，想要让重金属污染得到有效治理，首先要精准分辨土壤重金属的具体来源[1]。

（二）人为来源

相比较自然来源来说，人为来源才是导致土壤重金属污染问题难以得到解决的最重要原因。人类日常的工业活动，离不开冶炼和采矿这两个最重要的生产步骤，而这通常是土壤重金属污染的源头。在具体的矿石开采过程中会产生大量的废渣和尾矿，其中含有的重金属浓度较高，如果不进行妥善处理，会逐步渗入到土壤中，导致土壤的重金属污染问题变得更加严重。而在具体的冶炼阶段，需要对开采出的金属进行必要的加工和提炼。在这一过程中，工业生产企业会向大气中排放一些含有重金属的废气，这些废气会通过干湿沉降的方式逐步进入到土壤中，对土壤造成严重的污染。而电子、电镀、化工等行业，在生产过程中也会排放大量的废渣和废水，如果这些含有大量重金属污染的物质未能得到有效处理就直接排放，是很容易对周边环境造成严重污染的。

二、土壤重金属污染的危害

（一）生态环境方面的负面影响

如果不及时解决土壤重金属污染问题，那么大量富集的重金属会直接影响到土壤微生物的群落结构和功能。实际上土壤的微生物，在土壤养分转化、物质循环以及维系生态系统平衡方面是能起到重要作用的。但重金属对大多数微生物会产生负面影响，甚至在一定程度上抑制微生物的繁衍生长和代谢。这样一来，土壤中的微生物数量就会急剧减少，土壤的生态平衡也会因此而遭受破。

（二）对植物生长产生负面影响

如果不对重金属污染问题加以重视，那么植物生长也很可能会遭受负面影响。植物往往是通过根系来吸收土壤中养分和水分的，在这一过程中也会逐步吸收重金属。如果土壤中的重金属含量过高，那么植物的生长就会受到阻碍，很容易出现枯萎或叶片发黄等症状，这会影响到植物的生长特别是农作物的产量。需要注意的是，不同植物对重金属的耐受能力以及吸收积累能力不同，有一些重金属超富集植物，是能够在高浓度的重金属污染土壤中生长的，但有一些则不是。如果土壤中种植的植物恰巧对重金属的耐受力不高，那么在生长发育过程中就极易遭受负面影响，出现不良病变反应，影响到其最终的生长[2]。

（三）对动物和人类健康造成负面影响

重金属污染物是可通过食物链进行富集和传递的。具体而言，动物在食用了高浓度重金属污染的植物后，重金属就会逐步在动物体内积累。这会直接影响到动物的生长发育，甚至会影响到动物免疫功能系统的正常运作。譬如动物食用了含铅浓度较高的植物后，其神经系统发育就会出现异常，如果食用了含汞浓度较高的植物，那么动物的神经系统和肾脏就会受到负面影响。而人类在食用遭受了高浓度重金属污染的肉类、鱼类以及其他农产品后，其摄入的重金属含量可能会远远超出安全警戒线，最终导致人类患上心血管疾病、癌症以及肾脏疾病。

三、生物修复技术的运用策略

（一）微生物修复技术

1.微生物转化技术

所谓的微生物转化技术指的是通过运用微生物本身的代谢活动，将土壤中的重金属逐步转换成无毒或低毒形态。在这一过程中微生物会通过甲基化或去甲基化、溶解与沉淀以及氧化还原等作用方式，来逐步改变重金属的毒性和形态。在氧化还原的过程中，微生物会利用重金属作为电子的供体或受体，通过氧化还原反应来改变重金属的价态，这能够在一定程度上降低重金属的毒性。比如在土壤中使用硫酸盐还原菌，只要能够控制外部环境中的氧气含量，就能够把六价的铬逐步还原成三价的铬。而脱甲基化和去甲基化作用过程中，微生物能够把重金属转换成甲基化的产物，这能够使得其毒性和挥发性得到进一步改变。而在微生物的溶解与沉淀过程中，可利用微生物分泌出的有机酸和铁载体，来逐步改变土壤的氧化还原电位以及pH值，这也能在一定程度上影响到重金属的沉淀平衡和溶解平衡。

微生物转化技术的使用优势在于能够有效降低重金属的毒性，也能合理控制环境污染 不容易对周遭环境产生负面影响。但需要注意的是，微生物的代谢活动是会遭受严格环境条件限制的，因此其修复过程通常要缓慢一些，需要花费较长的时间成本才能达到更理想的修复效果。

2.微生物吸附技术

所谓的微生物吸附，指的是利用微生物细胞表面的特殊成分和结构，譬如细胞壁上的蛋白质和多糖，来对土壤中的重金属离子进行富集和吸附。由于大部分微生物细胞表面都带有负电荷，因此是能够通过与重金属的阳离子进行交换，发生结合的。除此之外，细胞壁上面还会有羟基，羧基等官能团，这也能够使得微生物与重金属的离子形成络合物，最终完成对重金属的吸附[3]。

但需要注意的是，不同类型的微生物，在其所呈现出的重金属吸附能力方面存在一定差别。藻类，细菌和真菌等微生物均具备一定的重金属吸附能力，而曲霉等真菌则会通过分泌胞外聚合物和有机酸的方式与重金属离子发生络合反应，借此来增强对重金属的吸附效果。相比较其他生物修复技术而言，微生物吸附的优势较为明显，首先，该类技术的成本较为可控，且操作门槛并不高，因此很适宜于在日常土壤重金属污染治理过程中进行使用。其次，该项技术的吸附速度较快，吸附容量也较大，因此可在短时间内见效。从这两个方面来看，微生物吸附技术具有较好的应用前景。

3.微生物强化技术

所谓的微生物强化，指的是将微生物修复和植物修复结合成一体，通过利用植物和微生物本身的协同作用，来提高土壤重金属污染修复的效率。通常情况下，技术人员可通过微生物，使用多种方式来促进植物对重金属的积累和吸收，这能在一定程度上增强植物的抗重金属胁迫能力。除此之外，使用微生物强化技术，还能让植物的根际环境得到进一步改善。根茎微生物在生长过程中会分泌出某种能够调节植物生长的物质，促进植物根系的生长发育，这能够让重金属的吸收表面积进一步扩大。与此同时，微生物还会通过分解土壤中的有机物质，释放出植物生长过程中最需要的养分，借此来提高土壤肥力，这也能让植物生长有更为良好的外部环境。

微生物和植物也可形成良好的共生关系，比如植物根系和菌根真菌，便可逐步形成稳固的菌根共生体。在这一过程中，菌根真菌能进一步扩大植物根系的吸收范围，让植物对养分和水的吸收能力得到更进一步地增强。与此同时，菌根真菌还会分泌一些物质，与重金属发生络合反应，这也能在一定程度上提高植物的吸收能力和重金属耐受性。

（二）植物修复技术

1.植物稳定技术

所谓的植物稳定技术，指的是利用植物根系分泌的物质，让土壤中的微生物和植物发生作用。在这种情况下，土壤中重金属会逐步固定在植物根系周围，重金属对周遭环境的危害就能得到有效控制。植物根系在生长阶段会分泌大量的有机物质，譬如有机酸、多糖和蛋白质，这些分泌物会逐步和重金属离子发生沉淀和络合反应，能够将重金属固定在根系表面。需要注意的是，大部分植物根系周边都存在着极为丰富的微生物群落，这些微生物能够在代谢过程中改变土壤的理化性质，让重金属吸附和沉淀功能得到进一步完善。

除此之外，在植物稳定技术使用阶段，植物根系还可逐渐改变土壤的氧化还原电位，借此来影响重金属的稳定性和形态。譬如在淹水条件下，植物根系周围会逐步形成厌氧环境，甚至某些重金属如锰，铁等还会发生还原反应，最终形成较为难溶的氢氧化物沉淀和氧化物沉淀。而在干旱情况下，植物根系又会进行呼吸作用，借此来增加土壤中的含氧量，这能使得重金属形成更稳定的氧化态，不容易发生迁移。

2.植物提取技术

在植物提取技术使用的过程中，超富集植物会呈现出极强的重金属吸附能力，将土壤中的重金属吸收并转运到地上，只要技术人员可及时收割植物的地上部分，就能够有效去除土壤中的重金属。而所谓的超富集植物，指的是能够在地上部分积累大量重金属的植物。这类植物中地上部分重金属含量将会是普通植物的100倍，但即便如此，其自身的生长发育也不会受到负面影响。该类技术的运用原理并不复杂，主要依靠的是植物根系对重金属的转运和吸收机制。只要让植物根系主动吸收或被动吸收土壤溶液中的重金属离子，那么重金属离子就会通过植物的根细胞到达木质部，最终从根部转移到地上部分[4]。

（三）动物修复技术

蚯蚓修复术是动物修复技术中较为常见的一种，在土壤生态系统中，蚯蚓的作用不可或缺，其在土壤重金属污染修复中能够产生正面的影响。由于蚯蚓会在土壤中不断地取食和活动，因此能有效改善土壤的物理结构，让土壤的透水性和通气性进一步提升，这能促进土壤中的物质循环和微生物活动。除此之外，蚯蚓对土壤中的重金属本身也具有一定的积累和吸收能力，蚯蚓可通过肠道的吸收以及体表黏液，逐步将土壤中的重金属摄入到体内。在重金属进入蚯蚓体内后，会与多肽和蛋白质等物质结合最终形成较为稳定的复合物，这能让重金属毒性得到进一步的控制。通过研究不难发现，蚯蚓对各种类型重金属都具有一定的富集能力，因此在土壤重金属污染治理过程中，使用蚯蚓完成修复方面工作是具有一定优势的[5]。

结束语

总而言之，使用生物修复技术完成土壤重金属污染修复工程是很有必要的，这不仅能够让环境污染问题得到更进一步地解决，还能够降低土壤中的重金属含量，让土壤重金属对人体危害降到最低。不同类型的生物修复技术能够取得的效果存在一定差异，技术人员要结合当前土壤重金属污染的实际情况，选择最适宜的技术来进行污染修复，尽可能维持生态平衡。有关人员还需要不断完善生物修复技术，使得生物修复在降低土壤重金属含量方面发挥更明显的作用，这也能在一定程度上推动社会的可持续发展。

参考文献

[1]郑甜甜. 重金属污染化学生物修复技术分析 [J]. 黑龙江环境通报， 2024， 37 （06）： 166-168.

[2]苗晓雨. 生物修复技术在土壤污染治理中的应用研究 [J]. 皮革制作与环保科技， 2024， 5 （10）： 181-183.

[3]薛静. 浅析生物修复方法在土壤重金属污染治理中的应用 [J]. 皮革制作与环保科技， 2024， 5 （07）： 135-137.

[4]张建美， 王荫波， 段明杰. 典型农田土壤重金属污染修复技术及应用研究 [J]. 化纤与纺织技术， 2024， 53 （04）： 65-67.

[5]蔡长君， 崔永峰， 贾维平， 丁蓉. 重金属污染水和土壤的生物修复技术研究进展 [J]. 山东化工， 2024， 53 （06）： 261-263.