微生物在生态修复中的作用范文
时间：2023-12-28 17:39:17
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篇1
传统生态浮床存在的不足包括：①植物根系悬浮在水体中无法从底泥中获取足够的微量元素而影响其生长效果；或悬浮的根系容易被水体中草食类动物吞噬；②低温下植物枯萎后整个生态浮床系统无任何净化效果，更有甚者会产生二次污染［2］；③仅有植物根系少量的生物膜和植物同化作用以致浮床净化效果相对低下。为此国内外进行诸多探索，并取得良好的效果。（1）强化浮床系统内的微生物。为了提高传统生态浮床的净化效果，业内人士进行了大量的探索。孙连鹏等［3］将固定化反硝化细胞应用到生态浮床的脱氮过程，使生态浮床系统脱氮效果大大提高；李淼等［4］将离子束辐照定向诱变技术应用于生态浮床除磷脱氮过程中，并取得了良好的效果；李先宁等［5］将滤食性动物和人工合成生物载体加入生态浮床系统中，利用滤食性动物的滤食能力提高水体的可生化性和人工材质生物载体富集微生物达到联合修复富营养化水体，取得了良好的效果。（2）强化水体的复氧过程。水体复氧过程是水体自净发生的主要成因之一。操家顺等［6］构建生物膜和浮床植物复合技术浮床，并设置了一定间距以形成大气复氧区，强化了待修复水体的复氧过程，从而提高了水体的修复效果。章永泰等［7］利用风力发电技术强化浮床系统水下曝气和水下照明，强化了水下生态系统的氧化能力和浮游植物的光合作用，从而提高水体修复效果。基于生态浮床实用性和成本低廉性原则以及各种强化手段中的共性部件（生物膜载体），业内人士均认为：人工合成生物载体加入生态浮床系统（组合式生态浮床）中是最可行、最低廉、最广泛的技术，故而被广泛研究和采用。
2组合式生态浮床和净化效果
将生物载体引入到传统生态浮床中而组建组合式生态浮床，通过提高浮床系统中微生物量和生态浮床的辐射“场强”使其净化效果得到了极大的提升［8，9］。其作用原理是：通过在不同材质生物载体上富集极其复杂的、大量的生物膜系统，提高组合式生态浮床系统内的生物量、生物种类以及系统的“生物场强”［10］，提高组合式生态浮床的净化效果。而且生物载体的应用可以避免冬季低温条件下因植物枯萎而出现无净化效果的情况，因为低温条件下生物载体上的微生物虽生物净化效果差，但是仍然会有一定净化效果。
2．1传统的组合式生态浮床存在的弊端生物载体是组合式生态浮床系统的重要组成部分，最原始的形式就是将人工合成生物载体悬挂在生态浮床的底部，仅仅就是为了提高生态浮床的生物持有量和净化效果以及生物场强，并取得了良好的效果。但是这种生态浮床系统，植物根系和生物载体相互独立，并无耦合效应，植物和生物载体之间并没有很好的配合。另外也有将生物载体作为生物膜附着体和植物根系基质，植物根系和生物载体相互作用、相互依赖，生物载体为根系提供保护和承受部分污染负荷，而根系为生物载体上的微生物提供氧气。而生物载体和植物根系自身的净化效果仍然在发挥优势，而且耦合了两者的优势。
2．2新型组合式生态浮床的净化效果和现状本课题组经过大量的实验研究认为，将生物载体不悬挂于浮床底部而是作为植物生长基质，即实现生物载体和植物根系“亲密接触”而形成湿地型新型组合式生态浮床，其净化效果和管理维护会更好些。而且业内人士对生物载体作为浮床基质时的效果也进行一定的探索研究。
2．2．1无机型生物载体在生态浮床中的应用徐丽花等［11］研究了沸石、沸石－石灰石、石灰石3种生物载体系统的水质净化能力，结果表明：沸石、沸石－石灰石和石灰石系统的TN平均去除率分别为68％、78．3％、60．9％。沸石－石灰石系统的去除率最高，这是由于沸石和石灰石发生了协同作用，沸石吸附NH＋4－N，石灰石促进了硝化作用，使得系统对TN的去除效果好于其生物载体单独使用时的效果。熊聚兵等［12］利用泥炭、石英砂等为植物生物载体强化脱氮过程，研究发现泥炭可提供碳源有利于脱氮，该系统中的NH＋4－N、NO－3－N、NO－2－N和TN的去除率分别为98．05％、98．83％、95．60％、92．41％，而石英砂提供过滤补充脱氮，两者结合的去除效果明显高于任一者的单独去除效果。无机生物载体在组合式生态浮床中具有较好的处理效果，但因其密度较大，在实际景观水体修复中需要浮体较多，增加处理成本，降低其推广效能。
2．2．2人工合成生物载体在生态浮床中的应用人工合成生物载体因其稳定性强、坚固耐用、能够有效抵挡水流冲击，在组合式生态浮床生物载体中被广泛应用。虞中杰等［13］通过构建美人蕉竹制框架下加挂球形生物载体的方式，该系统对TP、NH＋4－N、NO－3－N和CODMn的去除率分别达到74．3％、76．6％、63．6％和67．5％。这得益于人工合成的球形生物载体表面易于附着微生物，有利于强化水体中污染物的降解。张雁秋等［14］以传统生态浮床为对比照组，以空心塑料生物载体作为基质和生物载体组建的组合式生态浮床系统为实验组。初始进水的TN、NH＋4－N、NO－3－N是17、6、11mg／L时，该组合式生态浮床的最终TN、NH＋4－N、NO－3－N的质量浓度分别为（1．05±0．20）、（0．38±0．18）、（0．17±0．03）mg／L，而传统生态浮床的最终TN、NH＋4－N、NO－3－N的质量浓度分别为（5．23±1．12）、（0．29±0．11）、（4．19±2．08）mg／L，显示出良好的脱氮效果，并使硝态氮浓度保持较低浓度。
2．2．3天然纤维素物质生物载体在生态浮床中的应用玉米秸、稻草、油菜秸、麦秸等农作物秸秆和竹丝、树皮等植物茎秆类的废弃物均可以作为生物载体原料。而且用植物纤维素物质作生物载体的较其他人合成的生物载体更容易降解，使用一定时间会自行分解，比人工称合成的生物载体容易形成载体污泥更利于保护环境［15］。本课题组对植物纤维素物质进行预处理后作为组合式生态浮床的生物载体，既能合理利用秸秆资源，拓宽秸秆的利用价值，又能有效修复水体和生态环境，取得良好的效果。施亮亮等［16］构建以稻草为生物载体和植物生长基质，以美人蕉和菖蒲为植物的复合组合式生态浮床为实验组，以人工合成填料为基质的组合式生态浮床为对照组。添加稻草为生物载体的组合式生态浮床在去除污染物方面明显优于以人工合成填料为基质的组合式生态浮床。笔者在研究中发现以竹丝为生物载体的组合式生态浮床，CODMn、TN、NH＋4－N和NO－3－N的平均去除率分别为63．50％、63．86％、47．80％和64．75％明显优于无生物载体组合式生态浮床的49．56％、31．29％、28．24％和43．90％，镜检发现竹丝表面具有较丰富的生物相，大量活性良好的群居钟虫、草履虫、累枝虫和鞭毛虫等，活性、数量均占优势的指示性原生动物，处理过程竹丝稳定降解，释放无机盐类和小分子有机物为微生物生长提供必需的营养成分。楼菊青等［17］发现以毛竹为原料的生物载体在膜速度、挂膜量上有较明显的优势。以上文献研究均显示了天然纤维素物质在组合式生态浮床生物载体制造领域的潜在价值，为浮床生物载体基于天然纤维素物质资源化利用的多元化发展打下坚实的基础［18］。采用天然纤维素物质不仅作为亲水性很强的生物载体，还可以作为反硝化碳源，本课题组已经通过红外光谱分析方法掌握以下信息：①可生物降解材料表面具有较丰富的亲水性基团（－OH（主要在纤维素、多糖物质中）、－CH2（主要在脂肪类物质中）、－NH2（主要为蛋白质）），可形成更为复杂的生物膜体系，更容易吸附微生物，更利于生物增殖、生物种群的多样性；②可生物降解材料使用过程中，被吸附其表面的微生物分解，形成一些可被微生物作为营养的物质，而强化微生物的生长，如果生物载体是固体碳源，释放出来的碳源有利于提高水体的脱氮效果。
3生物载体在生态浮床应用中急需解决的科学难题
3．1作为浮床基质的生物载体与植物根系交互作用机理研究作为浮床基质的生物载体与植物根系是一种相互耦合的关系，互为对方提供生长繁殖所需要的养分，在一定程度上促进提高了生态浮床系统的净化效果、净化进程和生物多样性。目前本课题组已经发现以可生物降解的稻草作为生态浮床系统中植物生长的基质时，其中水生植物（美人蕉和菖蒲）叶子呈碧绿色，而以人工合成生物载体（塑料球）为植物基质或无任何基质时，2种浮床中水生植物叶子呈浅黄色。分析认为稻草、塑料球均作为生物载体和植物基质，生长速率缓慢的硝化菌更容易附着在亲水性良好的稻草上，塑料球因其亲水性差、生物亲和性欠缺而使硝化菌增殖缓慢，稻草上大量的硝化菌就能将相对不容易被植物吸收的氨氮转化为更容易被植物吸收的硝态氮，充分的氮素使稻草基质生态浮床中的植物叶子更为翠绿，生长速率更快。即稻草基质为植物根系提供充分的养料（硝酸盐）；而根系能为稻草表面微生物膜提供来自光合作用的氧气，并在稻草基质中产生脱氮所需要的好氧、缺氧环境，提高整个生态浮床的脱氮效果。但是根际微生物和生物膜相互作用、相互影响研究并没有取得很好的成果，值得深入研究。
3．2生物载体表面和植物根系表面微生物种群差异分析由于根系表面和生物载体表面存在非常大的差异，根际微生物种群类别和生物载体表面微生物类别差异、数量差异和特性差异均需要深入研究，目前很多的研究仍然处于定性分析中阶段。微生物作为生态修复和污染物去除的主体，不同生理生化特性的微生物承担着不同生物降解过程，所以掌握不同生物载体和植物根系表面微生物种群存在的差异（生长速率、呼吸类型、降解底物酶系种类、微生物种群数和数量级等），对不同污染物采取不同的不同载体和植物，或不同生物载体组合，或不同植物的多样化组合，或人工干预提供不同的环境以实现污染物去除，实现通过对微生物相关特性的强化和调控而实现微生物对污染物的降解。
3．3生物载体材质在不同污染源种类的水体修复中的选择方法生物载体作为生态浮床中重要的生物附着场所，有时也作为浮床植物的基质，其作用较大，但是随着生物载体的材质和形态等不断多样化，生物载体形态主要由从水流速度、使用方便和造景等因素考虑，对水体修复效果不会造成实质上的影响，而生物载体材质的不同对水体修复效果会产生极大的影响。传统意义上的生物载体是塑料材质，并将悬挂在生物载体框架以下，其作用原理是：在生物载体表面形成生物膜以提高生态浮床系统中微生物量达到强化生态浮床的修复效果，在其表面形成的微生物是复杂的、多样的、杂乱的丛生，并无特定的靶向污染物，在复合污染较重的现在存在一定的优势。但是塑料材质生物载体存在亲和性和亲水性差而导致微生物量少、附着困难［19］。而且对于以氮素为主要污染物且C／N低的地表水修复过程中来说并无太大的价值，因为脱氮过程中涉及硝化和反硝化过程，反硝化过程需要补充有机碳以提高脱氮效果，而塑料材料生物载体并不能提供碳源，投加液体碳源存在计量无法控制和运行管理复杂等问题，如果以人工合成高聚物作为生物载体和碳源虽然可以实现良好的脱氮过程和硝化菌群的富集，但费用过高［20，21］；所以天然纤维素物质是理想的碳源、载体，不仅天然亲水性和生物亲和性可以实现生物量的最大化和挂膜的最快化，而且生物释碳按需供给和，其来自极为广泛（农业废弃物、林业废弃物等。对于磷含量相对较高的地表水体修复时，塑料材质或天然纤维素材质的生物载体应用于生态浮床中则效果较差，根据生物除磷均以排泥的方式，地表水体污染物浓度较轻，污泥量少或无污泥，无排泥也就除磷效果很低。现在一些工艺中为了提高除磷效果，采用一些孔隙多样化吸收磷或含有某些能够与磷发生化学反应的生物载体以提高除磷效果。
4展望
篇2
关键词:土壤污染、生物修复、研究进展
前言
土壤重金属污染是指由于人类活动将金属加入到土壤中，致使土壤中重金属明显高于原生含量、并造成生态环境质量恶化的现象。加之重金属离子难移动性，长期滞留性和不可分解性的特点，对土壤生态环境造成了极大破坏，同时食物通过食物链最终进入人体，严重危害人体健康，已成为不可忽视的环境问题。随着我国人民生活水平的提高,生态环境保护日趋受到重视,国家对污染土壤治理和修复的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修复问题,已成为土壤环境研究领域的重要课题。而生物修复技术是近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术,同传统处理技术相比具有明显优势，例如其处理成本低,只为焚烧法的1/2-1/3，处理效果好,生化处理后污染物残留量可达到很低水平;对环境影响小,无二次污染,最终产物CO2、H2O和脂肪酸对人体无害，可以就地处理,避免了集输过程的二次污染,节省了处理费用，因而该技术成为最有发展潜力和市场前景的修复技术。
1.污染土壤生物修复的基本原理和特点
土壤生物修复的基本原理是利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株,甚至用构建的特异降解功能菌投加到各污染土壤中,将滞留的污染物快速降解和转化成无害的物质,使土壤恢复其天然功能。由于自然的生物修复过程一般较慢,难于实际应用,因而生物修复技术是工程化在人为促进条件下的生物修复,利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烃类及各种有毒有害的有机污染物，降解过程可以通过改变土壤理化条件(温度、湿度、pH值、通气及营养添加等)来完成,也可接种经特殊驯化与构建的工程微生物提高降解速率。
2.污染土壤生物修复技术的种类
目前,微生物修复技术方法主要有3种:原位修复技术、异位修复技术和原位-异位修复技术。
2.1原位修复技术：
原位修复技术是在不破坏土壤基本结构的情况下的微生物修复技术。有投菌法、生物培养法和生物通气法等,主要用于被有机污染物污染的土壤修复。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,同时投加微生物生长所需的营养物质,通过微生物对污染物的降解和代谢达到去除污染物的目的。生物培养法是定期向土壤中投加过氧化氢和营养物,过氧化氢则在代谢过程中作为电子受体,以满足土壤微生物代谢,将污染物彻底分解为CO2和H2O。生物通气法是一种加压氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上几眼深井,安装鼓风机和抽真空机,将空气强行排入土壤中,然后抽出,土壤中的挥发性有机物也随之去除。在通入空气时,加入一定量的氨气,可为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异位修复技术：
异位修复处理污染土壤时,需要对污染的土壤进行大范围的扰动,主要技术包括预制床技术、生物反应器技术、厌氧处理和常规的堆肥法。预制床技术是在平台上铺上砂子和石子,再铺上15-30cm厚的污染土壤,加入营养液和水,必要时加入表面活性剂,定期翻动充氧,以满足土壤微生物对氧的需要,处理过程中流出的渗滤液,即时回灌于土层,以彻底清除污染物。生物反应器技术是把污染的土壤移到生物反应器,加水混合成泥浆,调节适宣的pH值,同时加入一定量的营养物质和表面活性剂,底部鼓入空气充氧,满足微生物所需氧气的同时,使微生物与污染物充分接触,加速污染物的降解,降解完成后,过滤脱水这种方法处理效果好、速度快,但仅仅适宜于小范围的污染治理。厌氧处理技术适于高浓度有机污染的土壤处理,但处理条件难于控制。常规堆肥法是传统堆肥和生物治理技术的结合,向土壤中掺入枯枝落叶或粪肥,加入石灰调节pH值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有机物向稳定的腐殖质转化,是一种有机物高温降解的固相过程。上述方法要想获得高的污染去除效率,关键是菌种的驯化和筛选。由于几乎每一种有机污染物或重金属都能找到多种有益的降解微生物。因此,寻找高效污染物降解菌是生物修复技术研究的热点。
3.影响污染土壤生物修复的主要因子
3.1污染物的性质：
重金属污染物在土壤中常以多种形态贮存,不同的化学形态对植物的有效性不同。某种生物可能对某种单一重金属具有较强的修复作用。此外,重金属污染的方式(单一污染或复合污染)，污染物浓度的高低也是影响修复效果的重要因素。有机污染物的结构不同,其在土壤中的降解差异也较大。
3.2环境因子：
了解和掌握土壤的水分、营养等供给状况,拟订合适的施肥、灌水、通气等管理方案,补充微生物和植物在对污染物修复过程中的养分和水分消耗,可提高生物修复的效率。一般来说土壤盐度、酸碱度和氧化还原条件与重金属化学形态、生物可利用性及生物活性有密切关系,也是影响生物对重金属污染土壤修复效率的重要环境条件。
3.3生物体本身：
微生物的种类和活性直接影响修复的效果。由于微生物的生物体很小,吸收的金属量较少,难以后续处理,限制了利用微生物进行大面积现场修复的应用，
植物体由于生物量大且易于后续处理,利用植物对金属污染位点进行修复成为解决环境中重金属污染问题的一个很有前景的选择。但由于超积累重金属植物一般生长缓慢,且对重金属存在选择作用,不适于多种重金属复合污染土壤的修复。因此,在选择修复技术时,应根据污染物性质、土壤条件、污染程度、预期修复目标、时间限制、成本及修复技术的适用范围等因素加以综合考虑。
4.发展中存在的问题：
生物修复技术作为近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术,虽取得很大进步和成功,但处于实验室或模拟实验阶段的研究结果较多,商业性应用还待开发。此外,由于生物修复效果受到如共存的有毒物质(Co-toxicants)(如重金属)对生物降解作用的抑制；电子受体(营养物)释放的物理;物理因子(如低温)引起的低反应速率;污染物的生物不可利用性;污染物被转化成有毒的代谢产物;污染物分布的不均一性;缺乏具有降解污染物生物化学能力的微生物等因素制约。因此,目前经生物修复处理的污染土壤,其污染物含量还不能完全达到指标的浓度要求。
5.应用前景及建议：
随着生物技术和基因工程技术的发展,土壤生物修复技术研究与应用将不断深入并走向成熟,特别是微生物修复技术、植物生物修复技术和菌根技术的综合运用将为有毒、难降解、有机物污染土壤的修复带来希望。为此,建议今后在生物修复技术的研究和开发方面加强做好以下几项工作:
(1)进一步深入研究植物超积累重金属的机理,超积累效率与土壤中重金属元素的价态、形态及环境因素的关系。
(2)加强微生物分解污染物的代谢过程、植物-微生物共存体系的研究以及植物-微生物联合修复对污染物的修复作用与植物种类具有密切关系。
(3)应用现代分子生物学与基因工程技术,使超积累植物的生物学性状(个体大小、生物量、生长速率、生长周期等)进一步改善与提高,培养筛选专一或广谱性的微生物种群(类),并构建高效降解污染物的微生物基因工程菌,提高植物与微生物对污染土壤生物修复的效率。
(4)创造良好的土壤环境,协调土著微生物和外来微生物的关系,使微生物的修复效果达到最佳，并充分发挥生物修复与其他修复技术(如化学修复)的联合修复作用。
(5)尽快建立生物修复过程中污染物的生态化学过程量化数学模型、生态风险及安全评价、监测和管理指标体系。
结论
综上所述，我们不难发现由于土壤重金属来源复杂,土壤中重金属不同形态、不同重金属之间及与其它污染物的相互作用产生各种复合污染物的复杂性增加了对土壤重金属治理和修复难度,且重金属对动植物和人体的危害具有长期性、潜在性和不可逆性,同时进一步恶化了土壤条件，严重制约了我国农业生产的加速发展，所以要更好的防治土壤重金属污染还需要广大科研工作者不懈的努力，研发出更好的效率更高的修复治理技术，同时我们还不应该忘记必须加强企业自身的环保意识，提高企业自我约束能力，始终将防治污染积极治理作为企业工作的头等大事来抓，把企业对环境的污染程度降到最低限度，形成全社会都来重视土壤污染问题的良好环保氛围，逐步改善我们的土壤生态环境。
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[8]沈德中.污染环境的生物修复(第一版)[M].北京:化学工业出版社,2001:14,311.
篇3
关键词 水体富营养化 生物治理
1水体富营养化问题概述
1.1水体富营养化
富营养化是指生物所需的氮（N ）、磷（P） 等无机营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等相对封闭或水流缓慢的水体， 在适宜的外界环境（水域的物理化学环境） 因素综合作用下， 引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖， 水体溶解氧量下降， 水质恶化， 鱼类及其他水生生物大量死亡的现象。
1.2 水体富营养化问题治理
目前国内外在控制蓝藻水华、治理水体富营养化的问题上采取的措施大体可归结为：（1）外源污染物，特别是点、面源污染物的截留、控制。（2）内源污染物的控制。两者的目的都在于降低营养物质的负荷、控制藻类的异常繁殖，逐步提高水的质量。
对于湖泊富营养化，各个国家和地区采用不同的物理、化学方法对其进行预防、控制和修复， 并且取得一定的成效。物理法主要采用截流、疏浚、稀释和污水分流等措施。物理方法有耗时、高成本、难操作的缺点。化学方法主要是利用除草剂、杀藻剂及金属盐等来控制水华，常用的除藻剂有硫酸铜、二氧化氯等，臭氧和高锰酸钾作为除藻剂也有研究。在实际运用的过程中，物理方法损耗高，化学方法又牵涉到化学药剂对水体的二次污染。都不宜长期使用。
2水体富营养化的生物修复方法
生物修复是指利用生物的生命代谢活动在一定的条件下减少存在于环境中有毒有害物质的浓度或使有毒有害物质完全无害化， 从而使污染的环境能够部分或者完全恢复到原始状态的一个受控或自发进行的过程。
2.1微生物修复
（1）固定化光合细菌：是将游离的光合细菌利用固定化材料将其固定， 用于处理污染水体的1种方法。（2）固定化氮循环细菌修复：固定化氮循环菌在参与水体的氮素循环中起着重要的作用， 研究表明， 接种固定化氮循环菌可去除富营养化水体中过量氮素。（3）深水曝气修复：通过向湖底曝气来补充氧气， 使水与底泥界面之间经常保持有氧状态， 有利于抑制底泥磷的释放。（4）EM制剂修复：有效微生物群是从自然筛选出各种有益微生物， 用特定的方法混合培养所形成的微生物复合体系， 其微生物组合以光合细菌、放线菌、酵母菌和乳酸菌为主。该微生物制剂对去除水体中的有机物、叶绿素a、氨氮和提高溶解氧等均有显著效果。（5）Clear2Flo系列菌剂修复：专门用于湖泊和池塘生物清淤、养殖水体净化流修复及污泥去除， 效果很好， 可阻止藻类生长、“水华”出现， 污染因子大幅下降。
2.2水生植物修复
（一）沉水植物的修复作用
沉水植被指在大部分生活周期中植株沉水生活、根生底质中的植物生活型。其作用主要有：
（1）水体生物多样性赖以维持的基础。
（2）对水体物理环境的改变功能。
（3）净化水体的功能。
（4）对水生生态系统演替的影响作用。
（5）对水环境的生物地球化学过程的影响作用。
（6）对水体生物群落的影响。
国内外对富营养化浅水湖泊进行生态恢复的研究与实践，可以形成如下结论：（1）恢复或重建湖泊水生植被是富营养化浅水湖泊生态恢复的重要环节。（2）多稳态理论、生物操纵理论以及上行控制和下行控制理论是恢复或重建水生植被、实现由藻型到草型转变的重要理论基础。（3）生态恢复的前提是控制外源营养负荷，然后再在实施综合措施的基础上如疏浚或钝化底泥控制内源负荷，通过生物操纵或理化手段控制藻类等恢复或重建水生植被。（4）我国水库湖泊的富营养化程度比多数欧洲及北美湖泊要明显偏高，恢复和重建水生植被的困难要大。
（二）鱼类的修复作用
鱼类是影响湖泊生态系统的重要因素，影响包括湖泊的生物（尤其是饵料生物） 群落结构、营养物质的状态和水平等。李传红等人认为：鱼类是生态系统的主要组成部分，在生态系统中扮演着重要的角色，放养不同生活习性鱼类、选择性捕捞对湖泊生态系统的结构、功能、演化有显著影响，同样湖泊生态系统的变化也影响着水体的水质和自净能力，进而影响人类湖泊功能的发挥。
2.3人工浮岛修复
生态浮岛技术就是人工把水生植物或改良驯化的陆生植物移栽到水面浮岛上，植物在浮岛上生长，通过根系吸收水体中的氮磷等营养物质，从而达到净化水质的目的。
3总结
在阅读了大量有关水体富营养化生物修复的研究成果并结合在生态学课程的教授及学生论文指导中进一步获得的知识，了解到新兴技术的发展空间。不难发现，针对水体富营养化的生态修复技术依然存在着很多缺陷：比如人工浮岛技术无法在流域中达到预期效果；对于治理不同污染程度水体选择何种生物种类是在生态修复中的一个难题。当然，在此文中我没有提及外来入侵物种对于本地水体富营养化的利弊问题。但是，事实上，有很多的研究者在大量工作的基础上提出“水葫芦用于水质污染治理，能够带来净化氮、磷、有机废水，去除废水中的悬浮物，去富营养化和净化重金属污染等积极的生态环境效应。”但如何解决外来物种破坏当地物种生物多样性等一系列问题，却又成为我们面前的一个难题。
富营养化水体的生物修复技术是近期新兴的、热门的新型技术，但如同大多数的生物工程技术一般，我们还需要经过很长实践的研究和积累才能达到预期的效果。
参考文献：
篇4
关键词：生物工程技术环境保护研究
1.我国生态环境现状及治理方向
环境保护是跨经济、社会、技术等学科的综合性科学。环境保护研究人体健康、人类生产和生活环境的舒适程度，以及自然资源保护和生态系统平衡。环境保护的基本任务是保护和改善生活环境与生态环境，防治污染和其他公害，保障人体健康，保护自然资源，促进社会主义现代化建设的发展。面对随经济的飞速发展而日益加剧的环境污染状况，我国由于工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染以及废弃塑料和农用地膜的污染，严重的影响了我国的生态环境，使得水污染日益加剧，水资源严重短缺，全国600多个城市中已有一半城市缺水，农村则有8000万人和6000万头牲畜饮水困难；土壤污染严重，耕地面积锐减，近10年来每年流失的土壤总量达50亿t，土地荒漠化日益加剧；森林覆盖面积下降，草场退化，每年减少森林面积达2500万亩；人们的身体健康受到严重威胁，疾病发病率急剧上升【1】。
如何保护环境、合理有效地处理环境污染物已迫在眉睫。采用传统的物理、化学方法可达到一定的除污净化效果，但成本高、过程繁琐，并易造成二次污染。近年来，利用微生物等环境生物技术处理环境污染物，所具有的安全、高效、廉价的优点，逐渐引起人们的重视。2.生物工程技术在环境保护中的应用问题研究现状
生物工程技术是利用有机体、死细胞、活细胞以及细胞内含物，采用特殊的过程生产出特殊的产品应作到农业、医药以及环境修复治理中，尤其是70年代基因工程的出现，它能改变、取代物种的基因。因此，现代生物工程技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程，细胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物工程技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用，而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20世纪80年代以来生物工程技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视，发展十分迅猛。与传统方法比较，生物治理方法具有许多优点【2】。
2.1生物工程技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构，降解的产物以及副产物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度，这样既做到一劳永逸，不留下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。
2.2 利用发酵工程技术处理污染物质，最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等，常常是一步到位，避免污染物的多次转移而造成重复污染，因此生物技术是一种既安全又彻底消除污染的手段。
3.现代生物工程技术在环境保护中的应用
3.1污水的生物净化
污水中的有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用，从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶，是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器，用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定，即是可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等，此方面国内外成功的例子很多，如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶，以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于处理对硫磷废水，去除率达95%以上【3】
3.2污染土壤的生物修复
重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用，削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失。
3.3白色污染的消除
废弃塑料和农用地膜经久不化解，估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产，若再连续使用而不采取措施，十几年后不少耕地将颗粒无收，可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境，研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌，另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物中，使两者同时发挥各自的作用，将塑料和农膜迅速降解。
4.小结
现代生物技术是环境保护广泛应用和十分重要的技术，其在污水的生物净化、工业清洁生产、工业废弃物、城市生活垃圾的处理、有毒有害物质的降解、废物资源化、环境生物监测、环境修复和污染严重的工业企业的清洁生产等方面发挥着重要的作用。随着全球范围内对环境保护的高度重视和越来越严厉的环境法，市场对环境生物技术的需求会越来越广泛，且随着现代生物技术的不断发展，在未来的社会发展中，运用现代生物技术预防和治理环境污染，改善生态环境具有巨大的潜力和优势。
参考文献
[1]孙毅．现代生物技术应用与环境保护研究的新进展[J].科技情报开发与经济，2006，（14）
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关键词：水产养殖；生态系统；生物修复；有机污染；自净能力
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
中图分类号：F316.4文献标识码： 文章编号:
1、池塘生态系统与水产养殖关系分析
池塘是一个人工圈养体系，其生态系统与自然生态系统有很大差异，其结构特点是养殖动物在生物群落中占绝对优势，这一优势是在人工扶持下形成的，由于大量人工饲料投入养殖系统，除牧食链，腐屑链外，在食物关系中又增加了饲料链，也因此使系统的结构和功能发生了一定改变，决定了系统的低生态缓冲能力和脆弱性，其庞大的养殖动物生物量造成系统生态金字塔畸形，系统生物多样性指数下降，水质也常常出现较大波动。
1.1池塘生态系统中生产者在池塘生态体系中，浮游植物是初级生产者，藻类通过光合作用合成碳水化合物，放出氧气，优良的单胞藻可为池塘中浮游动物，底栖动物甚至养殖动物直接滤食，也可直接吸收池塘中NH3、H2S、等有害物质，改良池塘水质，更为重要的是，藻类光合作用提高池塘的溶氧水平，促进池塘好氧微生物的生长繁殖，加速池塘有机质的分解和矿化。藻类的生长繁殖需要营养盐，营养盐主要来源于底泥的释放和好氧微生物对有机质的分解矿化，优良的藻相能提高池塘溶氧水平，特别是池塘中下层水体溶氧水平，有利于建立良好的池塘生态体系。池塘的有机污染物，主要由底泥微生物将其氧化分解成无机盐，返回水域被藻类利用。底泥对有机污染物分解和营养盐的再循环起着十分重要的作用。池塘的自净能力，很大程度上处决于池塘底泥生态，即底泥化学组成和微生物相（微生物种群和数量）。
1.2池塘生态系统中分解者微生物是池塘生态体系中的分解者，分解池塘残饵、对虾粪便以及浮游动植物残体等有机污染物，使之矿化成营养盐，供藻类吸收利用。池塘微生物种类和数量，尤其是底泥微生物种类和数量不同，对有机质的分解能力、分解途径和终产物不同，好氧微生物对有机质进行完全分解，其分解产物主要为CO2等，而厌氧微生物对有机质进行不完全分解，产生NH3、H2S等有害物质，造成池塘水质恶化，影响养殖动物的正常生长发育。在池塘生态体系中，由于有机污染物的大量进入，微生物对有机质的分解消耗大量氧气，很容易造成池塘，尤其是池塘底部溶氧降低，可能形成有机物厌氧分解，使用池塘生态体系失控。
1.3池塘生态系统的脆弱性和其它自然生态系统一样，水产养殖生态系统也具有一定自净能力。水体的养殖容量为单位水体内在保护环境，节约资源和保证应有效益都符合可持续发展要求的最大养殖量，一个水体的养殖容量主要由饵料供应水平和质量，水体自净能力和人工干预程度决定的，在饵料供应和人工干预程度一样的情况下，养殖容量主要由水体自净能力决定，因此提高池塘自净能力，即微生物对有机污染物的分解能力，对提高养殖产量，减少疾病发生，降低养殖成本，实现水产养殖的可持续发展，都有着十分重要的意义。但传统掠夺型养殖模式下池塘生态系统是十分脆弱的，对虾养殖中，虾池既是对虾摄食活动的场所，也是各种有机污染氧化分解的处理池，养殖过程实际上是一个有机污染的过程。虾农为了减少损失，往往采取加大消毒剂、抗生素等药物使用和大量换水等措施，一方面加大了养殖成本，降低了水产品质。要实现水产养殖的可持续发展，必须探索新的技术、新的模式，强化池塘自净能力，做到防患于未然。
2、生物修复技术在水产养殖中应用
现代生物工程技术的发展，为池塘养殖带来了新的希望，通过向池塘生态体系中补充微量营养、促生剂、解毒剂或投放有益微生物等措施对池塘底泥和养殖水体进行生物修复，降低池塘底泥有机物含量，使泥水界面形成好氧微生物相，强化底泥对有机污染物分解能力池塘的自净能力，提高藻类多样性指数，稳定藻相，增加水体溶氧，从而提高池塘养殖容量，改善水质，降低成本，提高养殖产量和品质，实现对虾养殖业可持续发展。
池塘水体生物修复有助于形成稳定的藻相通过水体增氧、补充经腐殖质螯合的微量营养，土著微生物和促生剂等，强化池塘水体中残饵、粪便等有机污染物分解，微营养的补充有助于建立和维持优良藻相，增加池塘溶氧，溶氧的增加和微量营养的补充，又加速了好氧微生物的生长繁殖和对有机污染物分解，形成良性好氧生态体系，提高池塘自净能力和水产养殖的产量和品质。
生物修复技术有助于建立稳定的池塘生态系统，提高水产养殖产量和品质我们从2001年已经开始针对我国沿海地区虾塘老化问题，摸索出一套利用生物修复技术改造老化虾塘，生产高品质对虾产品的技术，连续3年在广东徐闻和上海泰贤等地进行老化虾塘改造试验，并取得较好的效果。主要技术措施包括底泥生物氧化、水体生物修复等。其基本技术路线是：取底泥——提取土著微生物——配制生物促进剂——底泥生物氧化——水体生物修复及藻相调节——保持自然生态健康养殖环境。
3、防治水产养殖对水域环境影响的措施
发展水产养殖与保护水域环境是对立统一的关系。一方面，水产养殖过程中各种因素产生的自身污染和二次污染，不仅影响水产养殖自身的发展，而且也会对所在的生态系统和周边水域环境造成不良影响，加剧水域环境的恶化；另一方面，水域环境受到污染而不断恶化，又会对水产养殖的发展起到制约作用。因此，发展水产养殖不但要加强对水产养殖的监控，尽力减少水产养殖自身污染的产生，更要注意周边水域环境的保护，寻求水产养殖发展与环境保护“双赢”的可持续发展的方法。
3.1 强化生物修复技术在水产养殖中的应用 ，由于水产养殖中残饵、粪便排泄物等养殖废物容易造成严重的沉积污染，传统上一般都是通过化学或物理的方法来对沉积物进行处理，但化学或物理的处理方法存在成本高、容易造成二次污染等缺点。近年来逐渐兴起的生物修复技术是利用培育的水生植物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化或降解，从而使水体得到净化的新兴技术，与传统的化学、物理处理方法相比，具有修复时间短、处理操作简便、成本低、不产生二次污染等优点，强化生物修复技术在我国水产养殖中的应用有利于缓解渔业水域环境的不断恶化，促进水产养殖的可持续发展
3.2 加强对水产养殖从业人员的综合素质教育 长期以来，我国从事水产养殖的人员总体受教育程度较低，不但养殖技术较低，而且环境保护意识和法律意识欠缺，导致渔民养殖收益低，人为造成环境污染的现象较为严重。近年来，政府通过地方水产技术推广站等单位举办如各种形式的培训班或讲座，及时将各种最新的养殖技术和环境政策法规传授给渔民，不但从一定程度提高了渔民的养殖收益，而且也有利于渔民认识到水产养殖可持续发展的重要性，加强渔民的环境保护和法律意识。
4、结束语
对于从事水产养殖的企业和个人来说，病害的防治是关系着生存与发展的大问题，应采取积极有效的方式防止或解决病害发生或扩散，保证水生动物的水环境，保证水的温度，实现健康养殖。水产养殖技术的提高，不仅可以促进水产养殖经济效益的提高，而且对水域环境的治理起着非常重要的作用。
参考文献
[1] 水清木华研究中心. 2010年中国水产养殖行业研究报告.
[2] 环境保护部. 2009年中国环境状况公报
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[关键词]景观水体；生态修复；生态系统；微生物
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0380-01
1 绪论
1.1 选题的理论意义与实际意义
近年来，我国江河湖泊的水体污染和富营养化问题日趋严重，因此对受污染的江河湖库水体进行治理是社会经济发展及生态环境建设的迫切需要。
景观水体是社会人居环境中的重要组成部分，但由于多数为静止或流动性差的缓流水体，水体的自净能力弱，容易成为居民生活污水、雨水和垃圾的受纳体，导致不同程度的污染和富营养化，致使水体中藻类大量繁殖，水体变黑变臭，有些水体甚至成为死水潭、臭水池，严重影响周围的自然环境和居民的生活环境。因此，治理乃至修复被污染的景观水体已经到了刻不容缓的地步。
1.2 论文综述
景观水体生态修复技术（Ecological Restoration Technology）是国内外近20年开发，并已成功地应用于治理被污染土壤、地表景观水体及近海洋面的一种新技术。
近10年来，环境生物技术发展迅速，研究领域不断扩大，工程实践表明其已成为解决复杂环境污染问题的有效手段之一。由于用生物方法处理污染物的最终产物为无毒无害、稳定的物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷等。且可一步到位，避免了污染物的多次转移，因此生物技术又是一种消除污染安全而彻底的手段。
2 生态修复技术的研究
2.1 人工湿地技术
2.1.1 人工湿地
人工湿地技术是为处理污水而人为地在有一定长宽比和底面坡度的洼地上用土壤和填料（如砾石等）混合组成填料床，使污水在床体的填料缝隙中流动或在床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好，成活率高，抗水性强，生长周期长，美观及具有经济价值的水生植物（如芦苇，蒲草等）形成一个独特的动植物生态体系。
2.2 生物浮岛技术
2.2.1 生物浮岛概述
生物浮岛技术是模拟适合水生植物和微生物生长的环境，在被污染水体中利用人工的栽培设施种植水生植物，构建适合微生物生长的栖息地，利用植物吸收、微生物分解等多重作用净化水质的技术。生物浮岛一般由浮岛载体、基质和植物3部分组成。
生物浮岛的技术发展至今经历过三次技术革新，人们已逐步找到了既经济又环保的取代品。即园艺净水生物浮岛（挺水植物）、圈养式生物浮床（浮水植物）和组合式生物浮岛（分载体和植物的组合）。它们各有优缺点，都有着广泛的应用空间。
2.2.2 园艺净水生物浮岛（挺水植物）
园艺净水生物浮岛具有独特的通气孔，提高水体的表面复氧作用，时台阶式种植杯具有富氧段，即使在缺氧的黑臭水体中，水生植物仍然能正常生长。
2.2.3 圈养式生物浮床（浮水植物）
圈养式浮床（浮水植物）将传统生物浮岛的功能进一步拓展，研究表明浮水植物（凤眼莲、金钱草、大漂、杉叶藻等）生长及繁殖能力极强，比如凤眼莲聚集生物量的能力是花叶美人蕉的8倍，吸收氮的能力是花叶美人蕉的6倍。但由于浮水植物由于繁殖失控很容易造成二次污染，被误解为“公害”植物，最近这些理解逐渐被正名了。太湖正在实施的万亩凤眼莲工程，滇池的大规模围养经验，证明浮水植物是生态净水的最佳选择之一。
3 生态修复技术的应用
3.1 微生物制剂技术
3.1.1 微生物制剂概述
微生物制剂技术，其核心是将治理对象水体的“土著微生物”，通过实验室筛选，驯化并扩大培养，组成数量巨大、种类齐全、“粗生”的微生物种群，重新投入水体中，加强水体内净化水质的细菌种类和数量，投入的优势菌群相互协同作用，形成一条消除底泥、净化水质的生态反应链，达到快速消除底泥，净化水质的目的。
选育高效菌株经过人工干预制成微生物复合制剂处理污染水体。其过程以酶促反应为基础，通过生物体内产生的具有催化功能的特殊蛋白质作为催化剂，净化污水、分解淤泥、消除恶臭。
3.1.2 微生物制剂技术的特点
1.针对性强，标本兼治
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
通过投放的优势菌和补充碳源，在特制的曝气机作用下，使优势菌和碳源能够充分进入底泥中，发挥优势菌的硝化反硝化作用，在2个月内使底泥快速减少，底泥厚度为处理前的20%左右。
3.河涌水质明显好转，水体透明度高
4.维持时间长
在取得除泥的效果后，通过继续投放优势菌群和必要曝气等措施，对河涌持续保养，及时消除每天在累积的污泥，做到长时间维持除泥成果。打破了传统的“清淤-污泥沉积-清淤”怪圈，彻底解决了河涌污泥和水体反复黑臭难题。
3.2 景观水体生态系统的恢复
3.2.1 景观水体生态系统的概况
景^生态系统指景观水体的生态系统。属静水生态系统的一种。景观水体生态系统的水流动性小或不流动，底部沉积物较多，水温、溶解氧、二氧化碳、营养盐类等分层现象明显；湖泊生物群落比较丰富多样，分层与分带明显。水生植物有挺水、漂浮、沉水植物；植物物上生活各种水生昆虫及螺类等；浅水层中生活各种浮游生物及鱼类等；深水层有大量异养动物和嫌气性细菌；水体的各部分广泛分布各种微生物。各类水生生物群落之间及其与水环境之间维持着特定的物质循环和能量流动，构成一个完整的生态单元。
3.2.2 景观水体生态系统恢复概述
景观水体生物多样性的恢复与生态系统的重新建立是水体修复的关键。人工湿地、生态浮床、优势菌种的应用和水下生态系统的重新构建等都是近年来在国内外采用的用于水体生态修复的方法；利用微生物和水生动植物组合，进行污染水环境治理具有工艺简单，对污染位点的干扰、破坏小、见效快、降解彻底、不易造成二次污染等优势，也被认为是一项很有前景的水污染治理技术。
生态修复技术是指对生态系统停止人为干扰，以减轻负荷压力，依靠生态系统的自我调节能力与自组织能力使其向有序的方向进行演化，或者利用生态系统的这种自我恢复能力，辅以人工措施，使遭到破坏的生态系统逐步恢复或使生态系统向良性循环方向发展。主要指致力于那些在自然突变和人类活动影响下受到破坏的自然生态系统的恢复与重建工作。
4 结论
在人类社会发展的同时，被污染水体的治理也势在必行。采用工业和工程措施进行修复具有速度快、治理效果明显等优势，但同时高耗能，高投入与二次污染制约着工业工程手段的利用。
采用生物修复技术，虽然在速度上和短期效益上与工业工程手段存在差异，但由于无二次污染，治理的彻底性注定了生物修复的长期可行性。在生物修复过程中，一定要注意引入生物的安全性，从生态安全的各个方面进行考虑，避免造成生物入侵。同时，针对不同地区不同类型的湖泊污染水体，应根据当地自然与生物状况，选择合理的修复方案。
景观水体生物多样性的恢复与生态系统的重新建立是水体修复的核心。
参考文献
[1] 王建华，潘伟斌，城区富营养化景观水体的生物修复技术[J]四川环境，2005，24（5）.
[2] 武琳慧，吴林林，黄民生等，人工浮床及其在污染水体治理中应用进展[J].净水技术.
篇7
关键词：矿山生态修复；技术；方法；理论
矿产作为我国重要的资源其开采程度越来越高，在矿产资源被高度开采的情况下是矿山生态环境的严重破坏，这种对生态环境的损害是在矿产开采中不可避免的。目前由于矿山生态遭到破坏所产生的环境问题主要有土壤结构损坏、森林植被遭到破坏、地质灾害频发、水资源受到污染、气候环境变化、土地生态退化、生物减少等情况，而这些因素造成了严重的生态失衡问题，长时间作用下会致使矿上生态功能结构的衰退，严重时还会致使矿山变为荒山。因此必须要通过修复、重建、复垦等方式来改善矿山生态环境，避免因矿山环境受到破坏而造成严重生态问题。
1 矿山生态修复工程的发展
1.1 矿山生态修复的概念
在矿山因过度开发或是过度损坏后其生态结构及功能出现衰退及消失等情况就需要进行生态修复来对矿山生态进行改善，以此来避免矿山因生态功能完全消失而变为荒山。目前在我国的矿山生态修复中将因生产建设或是自然灾害损毁的矿山归类为需要进行整治修复的区域，采用适当的治理措施来帮助矿山重新恢复为可进行活动及具备基本生态功能的状态。对于矿山生态的修复其并不是要求使矿山生态环境完全恢复成受到破坏之前的生态原貌，其主要是根据矿上生态系统的结构功能来恢复其所必须的部分，以此来保证矿山可以回归为可利用的状态。
1.2 矿山生态修复的理论
目前在矿山生态修复工程中主要应用的是生态演替理论，此理论主要是指在生态恢复中通过矿山中各类植物的演替及发展来形成一个完整且稳定的生态部落，此种理论的应用决定了在矿山生态修复中的整体性原则、稳定性原则、协调性原则，以此来保证矿山可以形成一个完整的生态循环系统。由于在生态演替的过程中其需要经过一个较为漫长的阶段，为此在矿山生态修复的过程中需要有人工的参与，这样才能有效减少生态演替的时间。同时在矿山生态修复工程中其包含了生态原理、植物原理、生物原理及控制原理等，可以说其属于一种综合性多层次工程。为此必须要以科学的角度矿山生态进行理解，并选用适当的恢复方案来对生态结构进行改善，从而使矿山可以具备生物多样性等生态特点。
2 矿山生态修复的处理方法
2.1 对矿山生态结构进行稳定
根据矿山的生态结构及地质环境，其在实际中可以采用物理及化学两种方式来对矿山生态进行稳定，具体实用措施有以下内容。
物理处理主要是对矿山生态进行前期的生态修复，由于在排矸场就采矿区都经过了长期的开采及生产活动，因此其地质存在不稳定的情况。在排矸场主要应用熟土进行掩埋工作，而在采矿区则是进行填充工作，这样可以有效提高矿山地表景观区的稳定性。
化学处理则是利用稳定剂来处理尾矿，在应用稳定剂后尾矿会经由化学反应出现一层保护膜，利用这层保护膜可以有效的提高尾矿的稳定性，避免出现侵蚀的情况。但是此种方法在使用中具有一定的缺陷，其因化学药剂而极易造成生态污染，并且整体成本略高，不适宜大规模使用。
2.2 进行矿山植被修复的方法
进行植被修复是最有效的矿山生态修复方法，根据矿山生态修复的需要其在实际中可以采用直接种植及覆土种植两种措施，在实际中对植被修复方法的选用需要根据矿山土壤情况及土壤肥力等进行合理选择。
直接种植在应用中具有成本低、操作简单等优点，但是在实际中其要求矿山地质需要具备一定的营养条件，且土壤结构可以满足植物生长的基本条件，但是在许多废弃矿山中其土地多为裸地，地表无植物存活或是存活量较少，其土壤内部微生物及其它有益生物存活率量较少，不适宜直接种植。因此直接种植的方式仅适用于矿山土壤生态损坏程度较低的区域。
覆土种植在实际中需要对地表生态修复区域进行覆土工作，并且要保证覆土的厚度满足植物生长需要，为此其成本较高，覆土厚度需要达到5cm-10cm。在进行植被修复时可以采用种植豆科植物来降低成本，或是选用适地性良好的植被种子。
2.3 进行矿山土壤生物修复的方法
在土壤生态结构中其内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，改善土壤结构，为此对于土壤生物的修复需要从微生物及土壤动物两个部分来开展。
土壤中微生物不仅可以有效调动土壤活性，还可以促使土壤养分快速分解，提高土壤有机物含量，同时一些微生物还可以分解污染物及垃圾，有效的减少污染问题，并且对微生物进行修复还可以提高矿山生态修复水平，使整个生态系统更加完整。同时对于微生物的修复需要根据矿山原有生态中微生物的种类进行恢复，避免引进不同的微生物造成生态结构受到破坏，影响植物生长。
土壤动物可以有效的疏松土壤结构，并且多数土壤动物会对落叶及枯枝进行分解，通过分解这些残枝，使土壤肥力得到提高，进而使植被土壤可以形成完整的营养循环。因此在矿山生态修复中对土壤动物的修复也是其在实际中需要重点控制的部分。
3 进行矿山生态修复的技术措施
对于矿山生态修复工程需要依据科学的修复理念及发展观开展相应的工作，本着可持续发展的观念并结合与自然和C共处的观念来制定相应的规划，在考虑生态环境本身所具有的自愈能力来选用适当的技术措施对生态环境修复进行科学、合理的布局，并且对于技术的使用需要对其经济性及适用性进行考虑，从而保证在矿山生态修复中可以满足其多方面的实际需求。
3.1 采矿区生态修复
坑下开采矿山应采用减轻地表沉陷的开采技术，并推广使用充填采矿工艺。尽量减少地表沉陷面积，对已造成地面裂缝的地方，应采取废石充填和表土覆盖，最后恢复植被。露天矿开采后，多形成坡度陡的岩石边坡，以及宽度不大的台阶，因此，在对露天采矿区进行生态修复时，要对其形成的坡面进行不同程度处理，对边坡坡度大于75°的，在保证边坡稳定的前提下，进行生态环境修复措施。
3.2 排土场复垦
排土场生态环境修复，首先要保证边坡稳定，其次采取工程措施与植物措施相结合，主要是植树种草。对存在安全隐患的边坡要进行工程措施处理，其主要包括修建拦河坝、削坡开级、修建抗滑桩、深空预应力锚、长锚杆加固等工程措施。排土场植物措施所选择的植物树种要抗性强、品质好，栽植树木的方法主要包括堆土袋、挂网绿化、植生袋、植生盘等。排土场修复为林地时，应在其表层覆土，厚度应大于30cm；若采用坑栽，可在坑内填入少量的客土；在边坡小于35°的人工挖土缓边坡地带可种植一般的林木。
3.3 尾矿库复垦
在进行尾矿库复垦工作时需要在保证其完全闭库后且整个工程设施都稳定后进行相应的处理工作，根据其实际的性质对复垦工作进行调整。无论尾矿为酸性还是碱性，要根据场地的利用方向对其进行深度处理；尾矿中含有放射性、有毒物质时，应根据其含量水平确定是否有必要设置隔离层，并尽可能深度覆盖；尾矿所含盐分较大时，应对其进行除盐处理，或者深度覆盖处理。同时，要在尾矿库周围设置排水设施，排水设施必须满足一定防洪标准。根据国内外的生态修复成果，对尾矿库进行生态修复时需要在其表层覆盖厚度大于5cm的土壤，并设置各项防止水土流失的措施。
3.4 排矸场生态修复
排矸场生态修复首要工作是对以坡地和丘陵为主的排矸场进行边坡稳定，主要措施包括水平阶整地，稳定坡面，降低矸石山的相对高度。在矸石堆放前，必须对沟底进行推平、夯实处理，堆放矸石以3m为一层进行分层堆放，且台阶的宽度要大于3m。堆放顺序为从沟里向沟口进行，层层压实，同时在沟口设置拦渣坝和浆砌石排水沟。在边坡地带以15m为间隔设置导流渠，且层与层之间错落布设排列呈“品”字状；其次在排矸场上进行表土覆盖；最后根据土壤的性质和当地气候条件选择适宜的植被栽植。
4 结束语
对废弃矿山进行生态修复需要经历一个长期的过程，为此必须要根据矿山生B修复工程的实际需求制定出完善的处理规划。在进行矿山生态修复之前需要对矿山生态受到破坏的程度、矿山类型、生态特点等进行全面的调查，根据调查的结果进行全面的综合性规划。对于矿山生态修复必须要遵循其生态修复原理从土壤、植被、生物等多方面进行改善，采用适当的技术措施对矿山生态进行修复，以此来保证矿山生态修复工程进展的顺利性。以上根据矿上废弃后的特点从多角度提出了在实际中对不同区域采用的不同生态修复方法，以此来保证生态修复的有效性，使矿山生态结构可以满足持续、平衡发展的需求，并具备应有的生态功能。
参考文献
[1]金一鸣.矿山废弃地工程绿化技术模式生态修复效益研究[D].北京林业大学，2015.
[2]冯少华，陈炜，祁冉，等.矿山生态修复方法及工程措施研究[J].科技创新导报，2016，13（23）：26.
篇8
论文关键词：微生物作用 地球化学 水力性质 生物修复
论文摘要：综述了地下含水层系统中微生物作用。引用研究实例论述了微生物作用不但可以改变地下水化学组分，而且还可以改变含水层的水力性质。微生物作用对地下水系统的影响程度主要受微生物代谢速度､水文地质条件､含水层岩性等多种因素控制。地下水系统中电子供体与电子受体间的丰度关系是影响微生物代谢速度的主要因素。在未污染的含水层中，电子供体的可用性限制了微生物的新陈代谢，而在人类活动污染的含水层中，微生物的新陈代谢受电子受体的可用性的限制。利用微生物作用可以降解地下水系统中氯代化溶剂､烃类､硝酸盐､有毒金属等多种化学污染物。并对今后的发展方向进行了探讨。
1 引 言
地下水系统具备了微生物生长发育所需的营养､水分､酸碱度､渗透压和温度等条件，为微生物提供了良好的生存场所。微生物(主要指各种细菌菌群，如异养菌､自养菌､好氧菌､厌氧菌等)成为地下水生态系统中主要生命组分，是地下水演化过程的重要影响因子，在地下水系统的能量转换､物质循环､营养输送､信息贮存以及元素形态的转化､聚集和迁移中微生物都起着极其重要的媒介作用。地下水化学性质的演变中微生物的控制和改造是其主要因素之一。
地下水系统是一个复杂综合体，包括了地下水流经的介质，地下水中各种物理化学成分和地表的天然通道等。加之人类对地下水的开发利用活动已经并将继续改变地下水环境，如地下水的污染､过量的开采以及其它流体矿产的开发等都对地下水系统的天然环境产生影响。环境因素的变化相应地也影响了地下水中生物的生存条件，导致微生物的形态､生理､遗传特性的改变，促使各类微生物不断演替。地下水系统中各种环境因素又是制约微生物生长､繁殖的重要因素。
地下水微生物学是地下水科学与微生物学紧密结合而形成的一门新兴学科，它将地下水视为一个有生命的系统加以研究，主要研究与认知微生物生命过程与地下水化学密切相关的科学问题，是研究微生物活动与地下水环境相互关系的科学，也就是探索微生物直接参与地下水化学形成演化过程的微生物地球化学作用，是地下水科学研究的前沿领域。
2 微生物作用改变地下水化学组成
早在1900年人们就发现未受污染时含有高浓度硫酸盐的地下水，受石油污染后却常常缺少溶解性硫酸盐。1917年Rogers首次提出这是硫酸盐还原菌新陈代谢的作用所致。这个假设在从受石油污染的水中分离出硫酸盐还原菌时得到证实。在以后的几十年里，很多学者对地下水化学组成的微生物影响作用进行研究后认为，微生物对地下水化学组成具有重要影响作用(Chapelle 2000)。如，钟佐燊(2001)研究认为，在石油烃污染的地下含水层中，如果发生了生物降解反应，则其水文地球化学标志是：水中溶解氧很微，NO-3和SO2- 4明显降低，Fe2+ 和HCO-3升高，出现HS-或H2S 和CH4。
地下水系统中电子供体与电子受体间的丰度关系是影响微生物代谢速度的主要因素。在未污染的含水层中，电子供体的可用性限制了微生物的新陈代谢，溶解性无机碳沿着含水层流动路径慢慢聚积，可用的电子受体依照溶解氧>硝酸盐>三价铁>硫酸盐>二氧化碳(甲烷生成)的次序不断被消耗。在人类活动污染的含水层中，常存在过剩的可用有机碳，电子受体的可用性限制微生物的新陈代谢。
美国南卡罗莱纳州Black Creek含水层是区域地下水化学类型变化受电子供体限制的很好例子。McMahon等(McMahon 1991a1991b，Chapelle 1990)对该系统进行详细研究后，描述了微生物作用对含水层地下水化学组成的影响。该水文地质单元，水流从补给区向下游150 km到排泄区，溶解性无机碳浓度从不到1 mM/L 增加到超过12 mM/L。由微生物代谢作用产生的溶解性无机碳促进了含水层中碳酸盐的溶解，根据公式：CaCO3 (碳酸盐)+CO2 (微生物)Ca2+ +2HCO-3计算得出，大约一半的溶解性无机碳来自微生物代谢作用(约6 mM)，有研究表明该地区地下水补给大约需要用15万a，由此推出，微生物代谢作用产生溶解性无机碳的速率约为10-4 mM/La。因此，尽管沿地下水流溶解性无机碳浓度增加很大，但微生物代谢速度很低(Chapelle 1990)。其主要原因是，含水层中可代谢的有机碳含量低。McMahon(1992)研究认为，Black Creek含水层中有机碳含量只占沉积物干重的0.1±1.0%。由于低速率的微生物代谢作用，系统中可用电子受体的量(O2､Fe3+､硫酸盐和CO2)相对有机碳来说是丰富的。
当地下水系统中可用有机碳的含量很高时，可用电子受体缺乏会限制微生物代谢作用。电子受体受限的含水层包括泥炭含水层(普遍在北半球)，石油储存地，和由人类活动引起化学污染的含水层。1979年美国明尼苏达州管道爆裂泄漏大约10万加仑的原油到一个冰水沉积含水层。泄漏时，由于与大气快速交换，以及含水层天然有机碳含量低，地下水呈饱和溶解氧状态(约10 mg/L)。随着可代谢碳的突然流入，油积聚在水面，氧被迅速消耗，并形成三价铁还原条件。泄漏后5年，在油透镜体附近含水层中氢氧化铁被耗尽，甲烷生成成为一个重要作用。这个受原油泄漏污染的浅层含水层是电子受体受限含水层最好例证之一(Baedecker 1993)。
由于原油泄漏电子供体过剩，在最接近污染源的Bemidji含水层，其水化学特征主要为甲烷生成环境，其次为硫酸盐还原，铁还原，和低溶解氧环境。该含水层与Black Creek 含水层的情况完全相反，Black Creek 含水层甲烷生成的地方远离补给区。而Bemidji含水层的硫酸盐相对较少，硫酸盐还原不是主要的作用。这种氧化还原作用的次序是电子受体受限的地下水系统的特征，常见于受石油烃污染的地下水系统。
3 微生物作用改变含水层水力性质
微生物作用除影响地下水化学组分以外，也影响地下水系统的物理性质。地质学家很早就知道在非孔隙岩中，次生孔隙能提高含水层的水力性质 ，还可以积聚石油。人们通过大量的同位素和质量平衡研究得出，有机物的去碳酸基和其它无机作用不能解释许多系统中的次生孔隙现象(Lundergard 1986)。由于大多数含水层系统中存在大量具有活性的不同微生物种群，微生物代谢作用引起人们的关注，大量研究表明微生物作用能引起硅酸盐和碳酸盐岩中次生孔隙产生(Bennett 1987，Chapelle 1988)。地下水中硫酸盐在有脱硫细菌参与和有机质存在的条件下发生还原反应而产生H2S(Na2SO4+2H2O+2C2NaHCO3+H2S)，这个反应有溶解硫酸盐的作用，反应产生的H2S 溶于水中也具有溶解碳酸盐等矿物的能力(李义军 2002)。
微生物作用除显著改变了Black Creek 含水层水化学组分外，也改变了这个含水层的水力性质。沿水流路径的岩心资料显示了一个显著的岩性变化。在补给区，不存在次生晶粒间的方解石胶结物。在补给区和排泄区的中间区域，南卡罗莱纳州莱克市常见方解石胶结物。在排泄区附近，南卡罗莱纳州莱克市Myrtle 海滩，50%的厚层含水层被晶粒间的方解石胶结。McMahon等研究了微生物作用引起Black Creek含水层孔隙的填充现象。该研究表明，Black Creek含水层的砂中含有机碳少，而相邻的狭窄的层中含有丰富的有机碳。隔水层有机碳的发酵使有机酸在隔水层孔隙水中积聚。有机酸扩散到Black Creek含水层，进而氧化为二氧化碳，引起大量的碳从隔水层迁移到含水层。二氧化碳同含水层物质反应产生碳酸盐和重碳酸盐。这个作用导致部分含水层次生孔隙产生。然而，当碳酸盐和重碳酸盐在溶液中积聚､运移，地下水的方解石变得过饱和时，就会在含水层的其它部位沉淀下来。由于丰富的晶粒间的方解石胶结物填充了含水层系统的主要孔隙，Black Creek含水层孔隙性减少，透水性降低，以至不能满足当地用水需求。
有实验表明，二氧化碳和有机酸的产物能增加矿物的溶解，引起次生孔隙性和渗透性的发展。而碳酸盐､铁和硫酸盐微生物产物能引起方解石或黄铁矿的沉淀，降低地下水系统的原生孔隙性和渗透性。也就是说，微生物既能破坏(Lundergard 1986)也能提高(Hiebert 199 McMahon 1995)含水层沉积物孔隙性。
4 污染修复中的微生物作用
现代社会产生了大量的化学产品，许多有毒有害的物质被人类有意或无意地投放到地下水系统中，地下水受到严重污染，地下水质量日益恶化。近年来，生物降解技术以其可在污染现场进行修复､可在难以处理的地方进行修复､在生物修复时不影响场地内正常生产､对污染地的干扰或破坏小､处理后的产物无二次污染､降解过程快､费用低等诸多优点受到世界各国环境科学界的广泛关注，激发了人们对污染修复中微生物作用的研究兴趣。
对污染地下水进行原位生物修复时，好氧微生物通过将有机化合物氧化成二氧化碳而获取能量，其中氧为电子受体，当地下存在氧时，好氧微生物可将有机污染物氧化成二氧化碳，从而使污染地下水净化。厌氧微生物也能将有机化合物氧化成二氧化碳，但其作用过程中的电子受体不是氧，而是以硝酸盐､硫酸盐或Fe3+等氧化物作为电子受体。由于许多受污染的地下水环境中缺乏氧，好氧微生物在代谢过程中很快将氧耗尽，此时，好氧微生物将无法对污染物进一步降解。厌氧微生物不同的代谢能力，在污染地下水修复方面显示了巨大的潜力。最新研究表明，厌氧微生物可有效降解地下水中烃类､氯化溶剂､硝酸盐以及铀､铬､锝､钴､硒有毒金属和准金属等污染物。
在1973年，人们首次发现了浅层地下水中的土著微生物对石油的降解能力，不久，生物降解被用于提高汽油污染的含水层的净化。自那以后，人们开始使用生物降解地下水系统中各种常见化学污染物，包括氯代化溶剂。
地下水中石油烃的污染主要来自汽油及其它石油产品的地下储罐的渗漏。其主要污染组分为苯､甲苯､乙苯和二甲苯。生物降解石油烃的实质是在微生物参于下的氧化还原反应。该反应中电子供体烃给出电子，好氧菌仅利用氧作为电子受体，而厌氧菌则可利用NO-3､Fe3+､SO2-4和CO2 作为电子受体。美国密执按州使用原位生物修复技术，成功修复了由于地下储油罐漏油受到严重污染的包气带及含水层。其方法是：在污染区，首先注入未污染地下水42 d，第43 d开始注入含NO-3的地下水，到第112 d基本清除了污染物。结果表明： 地下水中，苯从0.76 mg/L降至小于0.001 mg/L ，甲苯从4.5 mg/L 降至小于0.001 mg/L；包气带土壤中，苯从0.84 mg/kg降至0.017 mg/kg ，甲苯从33 mg/kg 降至0.103 6 mg/kg(钟佐燊 2001)。
多环芳烃具有毒性，对人类健康造成的危害大，尤其是高分子多环芳烃的致突变与致癌特性。多环芳烃生物降解研究日益受到了人们的重视。近年来人们对微生物降解多环芳烃的作用､机理进行了广泛的研究，研究结果表明，对可降解多环芳烃的微生物有红球菌属( Rhodococ2cus) ､假单胞菌属( Pseudomonas ) ､分枝杆菌( My2cobacterium) ､芽孢杆菌属( Bacill us ) ､黄杆菌属( Flavobacterium) ､气单胞菌属( Aeromonas ) ､拜叶林克氏菌属( Beijernckia ) ､棒状杆菌属( Corynebacterium) ､蓝细菌( Cyanobacteria) ､微球菌属( Micrococcus ) ､诺卡氏菌属( Nocardia) 和弧菌属( V Ibrio)等(温洪宇 2005)。利用微生物去除地下水中的多环芳烃不会造成二次污染，费用低，易操作，是去除多环芳烃的最佳方法。
饮用水中过量的硝酸盐能够引起婴幼狼高铁血红蛋白血症，我国许多地区浅层地下水已普遍受到硝酸盐不同程度的污染。张胜(2005)对地下水硝酸盐污染的微生物修复技术进行了研究。通过两年多的室内和野外原位的大量试验研究，优选出反硝化菌液和增强地下水中微生物反硝化作用的营养碳源乙醇､乙酸钠，利用乙酸钠作为营养碳源在野外试验井进行原位微生物脱氮试验，对地下水中NO-3的去除率可达98%。研究结果得出，利用优选反硝化菌液和乙酸钠营养碳源对地下水硝酸盐污染修复效果好，在大面积土体和地下水污染原位修复技术实施是可行的､有效的，它不仅可以在原位有效地修复土壤､包气带的硝态氮污染，而且还可以增加土壤的肥力及氮肥的利用率，无负面作用，对修复污染､保护地下水资源和农作物增产都具有重要意义。
5 影响微生物作用的地下水环境因素
微生物作用对地下水系统的影响程度主要受微生物代谢速度，水文地质条件，含水层的岩性等多种因素的控制。
张宗祜，任福弘等(2006)为研究氮素的生物化学循环问题，通过对河北正定野外试验场贯穿包气带的18.5 m的钻孔剖面土样的水理性质､地球化学成分､有机质含量的测试和微生物的培养鉴定，发现包气带土体的各类细菌在整个包气带均有分布，但随着岩性､物理化学条件的变化，而显现出不同的细菌含量，特别是在几个层次上出现细菌含量高的活化层。它的出现充分说明了细菌在包气带中分布，不是受深度变化所控制，而是受其环境条件所制约，如含水量､营养元素､土体岩性等。这一研究成果为今后深入研究地下水系统中微生物的作用奠定了良好的基础。
McMahon(2001)研究了含水层和弱透水层交界面上的几个重要生物地球化学反应，包括氧还原､反硝化作用和Fe3+､SO 2-4和 CO2还原(甲烷生成)。研究表明，一些地方，生物地球化学反应发生在交界面的弱透水层面，电子受体从含水层运移到电子供体丰富的弱透水层里。另一些地方，生物地球化学反应发生在交界面的含水层一方，电子供体(有时是电子受体)从弱透水层运移到电子受体或微生物丰富的含水层里。影响含水层/弱透水交界面发生生物地球化学反应范围的因素有，交界面两边电子受体和电子供体的丰度和可溶性，电子受体和电子供体反应和越过界面的速度。
6 展 望
地下水沉积物无菌取样方法的发展完善和微生物综合评价方法的建立，使微生物代谢作用对地下水地球化学的影响被广泛认识。随着当今社会科学技术的不断进步，地下水微生物地球化学的研究技术也日益得到提高和改进。首先，人们可以利用电子显微镜､能普､电子探针､离子探针､质子探针来观察和分析细胞内部的结构､成分。第二，微生物生态学研究的新技术被用于地下水微生物研究中。如，人们在研究污染或未污染含水层生物群落组成研究中开始使用磷脂脂肪酸分析方法(PLFA)，该方法是基于生物化学手段的一种微生物生态学研究新技术，它具有对细胞生理活性没有特殊的要求，对样品保存时间要求不高､不需要进行微生物培养等优点。它能提供微生物群落生物量及其时､空变化､群落结构和功能等多种微生物信息，是一种快捷､可靠的分析方法。.再如，人们通过基因工程，在DNA的分子水平上动手术，使某种细胞结构的基因转到另一种细胞中去，而使之具有新的遗传性状。
随着我国环境科学界对地下水微生物作用研究的日益关注，我国地下水微生物地球化学､微生物工程学､微生物环境工程学将会作为重点发展学科被大力扶持，地下水微生物的基础研究应得到优先发展，尤其是在地下水环境中微生物的种类､形态､分布特征､营养和生长的一般规律，微生物的代谢､演替和调控，微生物的基因及其所携带的遗传信息表达等研究方面，从基础研究中寻找提高地质微生物地球化学作用的研究途径和方法。地下水微生物研究将进一步与地质学､微生物学､环境生态学､环境微生态学､环境地质学､水文地质学､生物化学等基础科学的研究交叉与合作，对基础科学的发展提供动力和应用的验证方法。
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篇9
[关键词]：根际土壤微生物；多氯联苯；降解；环境意义
1、 前言
根际是指植物根系与土壤之间的微界面，是围绕于植物活根的土壤微宇宙，其范围通常只有几微米到几毫米。根际环境深受根系及其所关联的微生物活动的影响，是土壤-植物根系-微生物三者相互作用的场所，因此其物理、化学和生物学性质等与非根际土壤有巨大的差异。同时根际是土壤水分和矿物质进入根系参与生物循环的门户，也是根系自身生命活动和代谢对土壤影响最直接、最强烈的区域。在不同环境条件下，植物根系可以分泌有机阴离子、质子和酶等来改变根际微环境的生物化学性质，改变根际微环境中养分和污染物的化学形态和生物有效性，并最终影响植物对养分和污染物的吸收与积累。
多氯联苯（PCBs）是一组由一个或多个氯原子取代苯分子中的氢原子而形成的氯代芳香族化合物，其结果复杂，理论上有209种同系物。PCBs曾因其有优良的稳定性、热传导性和绝缘性被广泛应用与电力、化工等行业，但由于对环境的危害性和对生物的致癌性，上世纪八十年代中期已被停止生产。
但PCBs是持久性有机污染物，其对环境、对生物的影响至今还是很严重。近年来，随着对PCBs危害的重视程度提高，越来越多学者进入研究PCBs如何降解的行列当中，其中利用微生物来降解是研究的热点。本文将从根际土壤微生物的角度来阐述PCBs降解的研究进展及其环境意义。
2、 根际微生物降解PCBs的机理
根际微生物对PCBs的降解涉及到植物的重要影响，植物与根际微生物联合作用促进根际微生物加速对PCBs的降解。因此植物与根际微生物的联合作用是修复有机污染物中非常重要的一个途径，也是当今研究比较多的一个方向。一方面，植物在生长发育的过程中，根系分泌的有机物和酶类进入土壤，使根际的微生物数量显著提高，活性也随之大大增强，从而加速了有机污染物的矿化。另一方面，根际环境中微生物作用可促进植物的生长，从而加速对降解产物的吸收。这一共存体系的共同作用，将在很大程度上加速污染土壤的生物修复速度。此外，植物还可以向根区输送O2，使根区的好氧作用得以顺利进行。
Singer等（2003）在被污染的土壤中，以香琴酮和水杨酸等作为酶诱导剂，然后栽种芸苔，再与未栽种芸苔的处理进行对比。结果表明，栽种了芸苔的处理，经过9个星期，表层6cm PCBs的去除率达61%；而未栽种芸苔的处理，PCBs的去除率在表层0～2cm和2～6cm分别为43%和14%。由此可见，栽种了芸苔植物后，PCBs的去除率明显升高。
通过研究烟草、山葵、龙葵和紫花苜蓿的根际微生物代谢PCBs时研究人员发现，山葵和龙葵都有较强代谢转化PCBs的能力。实验表明两周内，90%以上的2-氯苯甲酸和20～40% 的二氯苯甲酸被转化。
综上例子，直接降解PCBs的生物体以微生物为主，据现有的报道表明，多氯联苯的微生物修复可分为厌氧脱氯、好氧降解和真菌的酶降解三大途径。
2.1 厌氧脱氯
PCBs的脱氯主要是发生在间位和对位，也有少数邻位脱氯，其脱氯的易难程度按取代位置为：间位>对位>邻位，且两个氯原子分别处于两个苯环比在同一苯环上更容易被脱去。这是因为氯原子置换在不同位置的分子总能量E，焓H和自由能G数值不同，其顺序为：2（6）位>>3（5）位>4位（Wang等， 2005）。
由此可见，氯的取代基越多，厌氧脱氯显得越容易。对于高氯代联苯的脱氯是以厌氧条件下的还原脱氯为主，因为Cl原子强烈的吸电子性使环上的电子云密度下降，当Cl的取代个数越多，环上电子云密度越低，氧化越困难，表现出的生化降解性能低；相反，在厌氧或缺氧的条件下，环境的氧化还原电位低，电子云密度较低的苯环在酶的作用下越容易受到还原剂的亲核攻击，Cl容易被取代（高军等，2005）。
因此，厌氧脱氯是降解PCBs的关键一步，然而PCBs在氯转化为低氯代的化合物后，就很难再继续脱氯，接下来的脱氯任务通常由好氧降解来完成。脱氯功能可能是由共生的微生物群落实现，原因在于脱氯有赖于微生物群落提供的电子供体、营养成分和维持最优的氢浓度。几种脱氯微生物同时或者顺序代谢不同的PCBs同系物及其代谢产物获得了更好的降解效果，即某种微生物PCBs的代谢终产物可能作为另一种微生物的生长基质。艾尼瓦尔等（2000）总结了前人研究的PCBs的厌氧降解过程（表1）。
2.2 好氧降解
与厌氧微生物主要通过还原脱氯对PCBs降解不同，好氧细菌能通过加氧氧化开环反应来继续降解PCBs（赵曦等，2007）。
对于经厌氧脱氯的低氯联苯连续的酶反应机制以及包括其生物降解过程，目前基本已形成了共识。该途径包括如下过程：
（1） 联苯被联苯双加氧酶（bphA）催化为联苯二氢二醇，1，2 位加氧和3，4 位加氧，以前者居多。
（2） 联苯二氢二醇被联苯二氢二醇脱氢酶催化为2，3-二羟基联苯。
（3） 2，3-二羟基联苯被2，3-二羟基联苯双加氧酶催化为2-羟基-6-氧-6-苯基己-二烯酸。
（4） 2-羟基-6-氧-6-苯基己-二烯酸被2-羟基-6-氧-6-苯基己-二烯酸水解酶通过间位开环方式催化为氯苯甲酸。
但也有研究认为在降解的第一步是2，3 位加氧，有国外研究人员研究了在SIRAN固定床上，将细菌细胞固定化。对于2，4，4-三氯联苯的降解过程是首先对氯原子较少环上的2，3 位进行氧化亲核攻击，利用细菌生成代谢物为3-氯-2-羟基-6-氧-6-苯-2，4-二烯酸，最终生成2，4-二氯-苯甲酸。
有些研究表明，厌氧-好氧联合作用可使PCBs完全矿化。如起始浓度为59mg/g PCB污染的风化土壤，经4个月厌氧处理和28天的好氧处理，PCBs浓度降为20μg/g，显示厌氧-好氧联合处理对多氯联苯污染土壤修复的巨大潜力。通过控制供氧方式形成偶联的厌氧-好氧环境，并与特定厌氧还原和好氧降解微生物相结合，几乎能将Aroclor 1242完全矿化。因此，厌氧-好氧的联合作用正受到更广泛的青睐。
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，之后许多白腐真菌已被用于研究它们的PCBs降解能力，都能矿化PCBs（殷培杰等，2005）。有些真菌对PCBs氯取代位置的选择倾向为邻位>间位>对位，这与细菌取代倾向不同。白腐真菌分泌的木质素酶能够用于转化或矿化与木质素结构相似的有机污染物；而其分泌的漆酶可将PCBs代谢过程中产生的羟基氯联苯脱氯和脱毒。
研究表明外生菌根真菌也能跟白腐真菌一样产生许多与PCBs降解有关的酶催化开环反应。研究还表明，栽培了植物的土壤比未栽培植物的对照其真菌数量明显要多，这可能与PCBs降解水平的提高有关。
3 、根际微生物降解多氯联苯的环境意义
PCBs是持久性有机污染物，其结构稳定，自然条件下不易降解，在水中的半衰期超过2个月，在土壤和沉积物中大于6个月（宋春莲，2007）。PCBs可通过食物链传播与累积，经皮肤、呼吸道和消化道而被机体所吸收（其中消化道的吸收率很高），PCBs被吸收后，广泛分布于全身组织，以脂肪中含量最多，对人类和动物造成非常严重的潜在危害。
归纳起来，PCBs的生物毒性主要体现在以下四个方面：
⑴ 致癌性：国际癌症国际癌症研究中心已将多氯联苯列为人体致癌物质，“致癌性影响”代表了多氯苯存在于人体内达到一定浓度后的主要毒性影响。
⑵ 生殖毒性：PCBs能使人类数量减少、畸型的人数增加；人类女性的不孕现象明显上升；有的动物生育能力减弱。
⑶ 神经毒性：PCBs能对人体造成脑损伤、抑制脑细胞合成、发育迟缓、降低智商。
⑷ 干扰内分泌系统：比如使得儿童的行为怪异，使水生动物雌性化。
鉴于PCBs对环境对生物具是以上的负面影响，因此能有效降解多氯联苯将是一个对生物圈有重大贡献的技术。植物根际微生物修复技术作为一个潜在的、能有效修复PCBs的技术，必将在此方面有重大突破。
4、 结论
多氯联苯作为一类对生态环境和人类社会有严重危害的持久性有机污染物，已备受世界各国的关注。目前有很多研究人员正致力于PCBs的修复工作，其中根际微生物修复的研究已初见成效，其生物化学行为以及一些降解机理也有一定的认识。虽然当今此项修复技术已日趋成熟，但仍然存在一些问题：
⑴ 目前大多数有效的生物修复还处于实验阶段，能实际应用的还较少。
⑵ 多氯联苯的微生物降解是一个涉及许多酶和微生物种类的分步过程，很难被彻底降解，只是转化成毒性较低的中间产物。
因此今后的研究重点可能是添加一些高效的外源微生物群和植物组成更高效的降解群体，使PCBs能彻底地降解成无毒性物质。同时在实际应用前对生物尤其是微生物过程进行全面跟踪，形成一个完整的生态评价和风险评估。
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重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、福、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钻、镍、锡、钒等污染物。 随着全球经济化的迅速发展，含重金属的污染物通过各种途径进人土壤，造成土壤严重污染。。因而如何有效地控制及治理土壤重金属的污染，改良土壤质量，将成为生态环境保护工作中十分重要的一项内容。
一、土壤重金属污染的来源
土壤重金属污染的来源主要包括工业，农业和交通过程所产生污染。
1.工业污染
矿产冶炼加工、电镀、塑料、电池、化工等行业是排放重金属的主要工业源，其排放的重金属可以气溶胶形式进入到大气，经过干湿沉降进入土壤；另一方面，含有重金属的工业废渣随意堆放或直接混入土壤，潜在地危害着土壤环境。随着城市化发展，大量污染企业搬出城区，原有的企业污染用地成为城市土壤重金属污染的突出问题。
2.交通污染
随着城市化发展，交通工具的数量急剧增加，汽车轮胎及排放的废气中含有Pb， Zn， Cu等多种重金属元素，进入周围的土壤环境，成为土壤重金属污染的主要来源之一。
3.农业污染
农业生产过程中农药、化肥和有机肥的不合理使用以及使用污水灌溉农田的行为都会造成土壤的重金属污染。在现代农业过程中，许多农药，如杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂、除学剂的大量使用引起土壤中As ， Cu等污染。
二、土壤重金属污染的危害
受污染的土壤暴露在城市环境中，形成粉尘直接或间接进入动物和人体中，对人类产生危害。此外，郊区蔬菜基地土壤受到污染，重金属容易被植物利用而进入食物链.最终通过食物链影响人类的健康。曾昭华研究得出，癌的产生和发展与土壤环境中Sn元素质量分数有关，居住在Sn元素质量分数高的地区的人群癌症死亡率较高。 现有的研究表明，城市土壤中的重金属可通过吞食、吸人和皮肤吸收等主要途径进入人体，直接对人特别是儿童的健康造成危害，还可通过污染食物、大气和水环境间接的影响城市环境质量和危害人体健康。儿童血液中Pt含量等间接结果表明，污染的城市土壤扬尘是影响人体健康的重要因素。据调查，中国儿童血铅超过国家标准（100 g/L）者达二成，大城市超标率达60%以上，且市区普遍高于郊区；据美国学者研究网，城市儿童血Pb 与城市土壤Ph含量呈显著的指数关系（血Pb = 18. 5 + 7.2xPb10.4）。土壤重金属污染儿素Pb， Cd， Ni， Hg， As，Cn.zn等人体中的积累都会对健康造成严重的危害。
三、土壤重金属污染治理方法
1.传统方法——生物修复法
生物修复技术是近年来发展起来的一种有效的用于污染土壤治理的方法，包括微生物、植物和动物等修复方法，具有成本低、无二次污染和处理效果好等优点，能达到对污染土壤永久清洁修复的日的。生物修复有原位和异位两种，原位微生物修复在西方发达国家应用较为普遍，是指在不破坏土壤基本结构的情况下，依赖于土著微生物或外源微生物的降解能力失除污染物。 重金属污染土壤的植物修复主要是利用植物对重金属的吸收、富集和转化能力把土壤中残存的重金属吸收、富集到植物体内，然后收获植物，通过焚烧等方法回收重金属，减少进人土壤中重金属的含量。对于重金属污染土壤的植物修复，关键是寻找与筛选出超富集植物。动物修复法是土壤中的一些大型动物如蛆叫，能吸收或富集土壤中的残留农药，并通过其代谢作用，把部分农药分解为低毒或无毒产物。同时土壤中还生存着丰富的小型动物群，如线虫、跳虫、娱蛤、蜘蛛、土蜂等，均对土壤中的农药有一定的吸收和富集作用，可以从土壤中带走一部分农药。
2.新兴方法——污染生态化学修复法
污染生态化学修复技术是近年来兴起的一种技术，并被有关专家认为是21世纪污染土壤修复技术的发展方向。它是微生物修复、植物修复和化学修复技术的综合，具有比其他方法更好的优势，主要表现在：生态影响小，生态化学修复注意和土壤的自然生态过程相协调，其最终的产物为CO、水和脂肪酸，不会形成二次污染；费用低，紧密结合市场，容易被大众接受；应用范围广，可以在其他方法不能进行的场地进行，同时还可以处理地下水污染，易操作，容易推广。
3.新方法的提出——环境矿物学新方法
人们一直强调土壤自身的净化能力，但土壤自净化能力离不开土壤中矿物种对重金属的吸附与解吸作用、固定与释放作用，土壤中具体矿物的净化能力才真正体现土壤自身的净化能力和容纳能力。土壤中有毒有害元素含量的高低，并不是直接判定土壤环境质量优劣乃至土壤生态效应的唯一标志，关键问题是要揭示这些重金属在土壤中与各种无机物之间具有怎样的环境平衡关系。在国内外为寻求地下水和土壤有机污染的修复方法而直接对土壤中多种粘土矿物进行改性研究，即利用有机表面活性剂去置换天然粘土矿物中存在着的大量可交换的无机阳离子，以形成有机粘土矿物，可有效截住或固定有机污染物，阻止地下水的进一步污染，限制有机污染物在土壤环境中迁移扩散。但特别需要指出的是，在粘土矿物改性过程中，其中的固定态重金属也一并被置换出来，导致土壤系统中业已建立环境平衡被打破，使得土壤环境中解吸释放态重金属污染物总量大大增加。至此，土壤中重金属污染物既来源于土壤中活动态的重金属，又来源于改性粘土矿物时被置换释放出来的重金属。
参考文献
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