基于植物-微生物聯合修復技術的土壤環境污染治理方法研究

關鍵詞：植物-微生物；修復技術；土壤環境；污染因子；地累積指數

中圖分類號：X53 文獻標志碼：B

前言

土壤中的重金屬和有機污染物不僅影響土壤質量，還可能通過食物鏈威脅人類健康。傳統的土壤污染控制方法處理周期長、成本高且易受二次污染。因此，尋求高效和環保的治理方法至關重要。

文獻[1]選擇耐鎘性強的微生物菌株與赤霉素作為主要修復組分，通過合成相關物質來降低重金屬濃度，從而修復土壤環境。該修復方法無需專門處理，使得修復效率較高。然而，這種方法需要將重金屬固定在植物或土壤中，存在二次污染的風險從而導致修復效果不好。文獻[2]通過野外采樣和實驗室分析，利用化學試劑與～（137）Cs反應，將污染物轉化為低毒或無毒的形式。該方法通過深入研究～（137） Cs在土壤-植物系統中的遷移模式，為制定有針對性的修復策略提供了理論依據。但修復技術的范圍和有效性可能因土壤條件和污染水平等因素而異，使得修復效用比較受限。文獻[3]制備了摻硫和硅的生物炭，并將生物炭應用于鎘污染土壤的修復實驗，這種方法提高了修復效率。但硫和硅的摻雜量需要精確控制，可能會對修復效果產生影響。為有效提高土壤環境污染物的去除率，文章提出了植物-微生物聯合修復技術。該技術具有綠色環保、成本低、可持續性強等優點，更符合現代環境保護的需要。

1土壤環境污染治理方法設計

1.1土壤污染程度分析

通過對土壤環境污染程度進行分析可以確定污染物的種類、濃度以及分布范圍，為修復技術的選擇提供了依據。根據污染程度的不同，可以增減值微生物菌劑的劑量與濃度，從而達到最佳修復效果。

首先，確定研究區域的土壤容重，計算公式如式（1）：

以J為依據將土壤環境污染程度進行劃分，具體如下：當地累積指數為0時，表示土壤處于清潔狀態；當地累積指數在0到1之間時土壤處于輕度污染狀態；當地累積指數在1到2之間時土壤處于中度污染狀態；當地累積指數在3到4之間時，表示土壤處于重度污染狀態。依據土壤環境地累積指數確定研究區域污染程度，并據此建立、調整與優化植物-微生物聯合修復體系。

1.2聯合修復體系建立與優化

由于植物和微生物菌劑直接影響土壤環境污染的治理效果，因此，在聯合修復體系建立中，首先需要選擇植物和微生物菌劑類型。某些植物具有在土壤中積累和吸收重金屬等有毒物質的能力，能有效減輕土壤污染。此外，植物的根系為微生物提供生長環境，促進微生物制劑在土壤中的分布和作用。植物與微生物的相互作用是影響土壤修復效果的重要因素，二者互利共生，提高修復效果。

因此，在選擇植物和微生物制劑時，需要對于不同的污染物和土壤條件，選擇有針對性的植物和微生物制劑，以達到最佳的修復效果。

考慮到土壤環境污染的累積性、復雜性和持久性，此研究選擇的植物為香根草，微生物為白腐真菌C菌株。引入細胞表面展示技術，將白腐真菌C菌株的功能基團與植物細胞表面相結合，以實現植物一微生物的快速固定。加工微生物各功能基團對污染因子的吸附容量與基因組學技術相結合，通過富集、初篩、復篩和鑒定等步驟，得到純化菌株，并將微生物菌群和香根草植物細胞進行同步分離純化形成復合物沉淀，從而生成植物-微生物聯合修復體系。

1.3植物-微生物聯合修復方案確定

通過上述分析與計算過程，設計植物-微生物聯合修復方案，具體實施步驟如下。

（1）對目標污染土壤進行調查和評估，獲取污染物的精確數據。

（2）以2倍、4倍、6倍和8倍的數量向土壤環境樣品中添加重金屬元素，并在添加重金屬污染后在培養基中培育3天。

（3）準備香草種子或幼苗和白腐菌菌株C的培養基和接種工具，以確保植物良好的質量和強健的生長，以及菌株的高活性和高純度。

（4）根據設定的種植密度和土壤污染水平分析結果，在培養基的土壤樣品上均勻種植香根草。香根草穩定生長后，將白腐菌菌株C按設定的接種量均勻地撒在土壤表面，或與水混合噴灑在土壤上。

（5）定期收集土壤樣本進行實驗室分析，并監測污染物的變化。觀察香根草的生長和白腐真菌的降解效果，并評估修復計劃的有效性。

2實例論證分析

2.1研究區概況

某土壤環境污染修復區總面積約5km²。該地區海拔在50 m到80 m之間，屬于平原地區。測區地質結構主要由沉積巖組成，包括黏土巖、砂質頁巖和少量石灰巖。沉積層的厚度從10 m到20 m不等，土層位于沉積層之上，下接穩定的基巖層。接觸面相對平坦，無明顯斷層或褶皺。區內地質條件相對穩定。

研究區內的水文條件相對復雜，有三條季節性河流和兩個湖泊。河流流量受季節影響較大，雨季平均流量為50m³/s，旱季為10m³/s。大多數湖泊是淡水湖，水質好，平均深度為3m。地下水位高，通常在土層以下2m至4m處。該地區的地下水總體流向為西北向東南，流速較慢，平均流速為0.05m/s。

據初步調查，該地區土壤重金屬污染嚴重。主要包括鉛、鎘、鉻、銅、錳、鋅、汞等，平均污染指數為2.5。經過檢測發現，該地區土壤中鎘（Cd）含量較高，變異系數為4.56%，表明鎘元素在土壤中的分布極為不均，可能存在局部高濃度區域。因此，此次實驗主要針對鎘元素進行治理。

2.2實驗準備

選擇土壤鉆頭、收集容器等工具采集土壤樣品。根據項目要求在相關地圖上標記采樣點，確定采樣區域。并對采樣區域進行劃分，確定采樣點的位置和數量，并避免顯著異常值的影響。

首先清除表層雜質，利用對角線采樣法在每個采樣點采集3個樣本，采樣深度為0～20cm、20～40 cm、40～60 cm，以提高采樣的代表性。區域土樣采樣點布設情況見圖1。

在研究區域內共設置了12個采樣點位置，采集36份土壤環境樣品，試驗土樣的基本理化性質見表1。

依據表1中數據分析該研究區域的土壤污染程度，確定污染等級，從而針對性擬定植物一微生物聯合修復體系。

2.3土壤環境污染治理結果與分析

為驗證文章方法的有效性，進行對比實驗。在實驗中，采用生物炭協同微生物礦化技術（方法1）、生物一生態耦合技術（方法2）作為對比組，文章方法為實驗組。分別采用3種方法對該區域土壤環境污染進行治理與修復，比較在不同方法應用下的重金屬污染物降解率。該指標的計算公式如式（6）：

實驗結果見圖2。

由圖2得知，將文章提出的方法應用于特定區域的鎘金屬污染物處理后，降解率明顯高于對照組方法所達到的效果。證明了文章提出方法的優越性，相比之下，方法1和方法2在土壤環境污染修復中表現出的效果較差，主要是這兩種方法過度依賴于具有低反應效率的單一化學試劑，導致生物制劑無效存活。由此可以證明文章方法的可靠性，能夠滿足實際應用需求。

2.4對比實驗與分析

基于以上實驗結果，為進一步驗證文章方法的可行性，在分析污染物降解率基礎上，計算污染物的去除率，由此測試不同方法的土壤污染治理效果。對比結果見圖3。

由圖3可知，在所提方法的應用下，研究區域的鎘元素污染物的去除率高達60%以上，而方法1和方法2的污染物去除率最高分別為55.32%和59.63%，明顯低于文章方法，進而可以說明文章方法在土壤環境污染治理方面的優越性。

3結束語

基于植物-微生物聯合修復技術的土壤環境污染控制策略，深度整合了生態系統中兩大核心凈化機制。植物利用根系系統的獨特結構，高效吸收、富集土壤中的污染物，并通過生理代謝過程初步轉化這些有害物質。同時，微生物群落以其豐富的多樣性和強大的降解代謝能力，進一步分解轉化植物根系難以直接處理的復雜污染物，形成高效協同的土壤污染凈化體系。此研究方法針對土壤污染的多樣性與復雜性，通過精細化調控，量身打造修復體系。依據污染程度與類型，精選植物種類與微生物群落，并優化水分、養分等環境因子，構建出高度協同、效率卓越的修復系統。此方法加速了污染物的清除，促進了土壤生態的自愈與平衡，為土壤污染控制領域樹立了新標桿。