摘 要 土壤提供植物生長的場所和必需的養(yǎng)分；提供各種生物及微生物的生存空間。為給土壤污染防治提供策略參考，分析了遼寧省土壤污染防治現(xiàn)狀與問題，針對技術短板，提出了優(yōu)化微生物修復技術工藝流程、提高在線監(jiān)測系統(tǒng)精度、優(yōu)化重金屬固化穩(wěn)定化工藝參數(shù)、推廣應用植物修復技術等優(yōu)化策略與實施建議。

關鍵詞 土壤污染防治；技術優(yōu)化；微生物修復；遼寧省

中圖分類號：X53 文獻標志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.07.021

我國環(huán)境問題突出，面臨不同程度的土壤污染。據(jù)不完全統(tǒng)計，遼寧省已確定土壤污染調(diào)查點位超過500個，分析發(fā)現(xiàn)主要污染類型包括重金屬污染、有機污染等。面對日益嚴峻的土壤污染形勢，開展土壤污染治理刻不容緩。為此，本文就遼寧省土壤污染防治技術現(xiàn)狀、問題與對策展開分析，以期為遼寧省土壤污染治理提供決策支持，為其他地區(qū)土壤污染治理提供借鑒與參考。

1 "土壤污染類型及危害

遼寧省土壤污染類型主要有重金屬污染、有機污染、鹽漬化等。重金屬污染物以鎘、鉛、鉻、汞、砷等為主，這些重金屬元素大多來源于工業(yè)廢氣塵埃、工業(yè)廢水灌溉等。據(jù)統(tǒng)計，遼寧省土壤中常檢出的有機污染物主要包括石油類、酚類、有機氮、有機磷類等，這些有機污染物多產(chǎn)生自石油開采、精煉、化工生產(chǎn)過程中的原油泄漏、廢水排放等[1]。鹽漬化現(xiàn)象在遼寧省東北平原區(qū)域最為突出，高強度的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動導致土壤中水溶性鹽分聚積。

上述污染均會對土壤質(zhì)量及生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害。重金屬元素如鎘、鉛、鉻等會阻礙植物正常吸收養(yǎng)分，抑制作物生長，亦會通過食物鏈富集于人體引起中毒；有機污染危害極大，許多污染物具有致癌、致畸等毒性；鹽漬化則使土壤結構破壞、土壤生產(chǎn)力下降或喪失、趨向土壤沙漠化。此外，污染物還可沉積或遷移至地下水、地表水，通過風蝕作用飄散于大氣中，從而導致更大范圍生態(tài)系統(tǒng)退化與人居環(huán)境惡化。

2 "土壤污染防治技術短板

2.1 "微生物修復技術應用不足

微生物修復技術是一種環(huán)境友好的土壤污染物降解方法。該技術通過導入外源微生物促進土壤中污染物的降解與轉(zhuǎn)化，操作簡便、成本低廉。但當前遼寧省微生物修復技術應用普遍不足，主要問題集中在微生物菌種選擇與工藝流程優(yōu)化方面[2]。具體來說，目前遼寧省微生物修復多采用標準入庫菌種，這些菌種對當?shù)赝寥拉h(huán)境適應性較差，降解效率不高。例如在處理某些特定場地遺留的有機污染物時，選用的非本土菌株有時表現(xiàn)出了較低的修復效率[1]。此外，本土優(yōu)勢菌的篩選與應用剛剛起步，許多本土菌解毒機理與代謝途徑不明，安全性有待評估。

同時，當前修復工藝存在簡單化問題，僅開展了微生物接入和通風工作，未考慮不同污染土壤的特點，導致生物降解效率低。例如采用單一菌種直接接種修復有機磷農(nóng)藥污染土壤，降解率較低，而適當調(diào)控pH、控制濕度、加強復合菌肥優(yōu)化，可使修復率提高[3]。因此，不同場地條件下工藝流程優(yōu)化刻不容緩。

2.2 "在線監(jiān)測與預警技術體系不完善

遼寧省土壤污染在線監(jiān)測與預警體系建設滯后，無法實現(xiàn)污染過程的實時監(jiān)控和風險預警，這嚴重制約了土壤污染防控效果的提升。1）檢測指標體系不完備?，F(xiàn)有監(jiān)測重點聚焦于常規(guī)理化指標，針對重金屬、有機污染物等新型污染物的在線檢測手段不足。以沈陽市為例，城區(qū)土壤污染在線監(jiān)測站點設立較少，僅布設氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等傳統(tǒng)指標的傳感器。而重金屬、揮發(fā)性有機物等危害性大且復雜的新型污染物未被納入監(jiān)測體系，無法實現(xiàn)對其超標排放的及時預警[4]。2）監(jiān)測網(wǎng)絡覆蓋范圍有限。以遼寧省重點監(jiān)控區(qū)域為例，2020年計劃國控重點區(qū)域?qū)崿F(xiàn)土壤污染監(jiān)測站點全覆蓋，但目前尚未完成目標，監(jiān)測站點分布不均衡制約了全省土壤污染狀況的掌握與評估。3）監(jiān)測設備精度與穩(wěn)定性有待提高。例如，市面上大多數(shù)土壤在線監(jiān)測設備長期穩(wěn)定性差，存在漂移嚴重、易失校等問題，嚴重影響監(jiān)測結果的可靠性。

2.3 "重金屬固化穩(wěn)定化工藝參數(shù)不合理

當前遼寧省重金屬污染土壤固化穩(wěn)定化工藝中，固化劑的選擇和配比設計主要依據(jù)過去業(yè)內(nèi)一些典型成功案例和相關技術標準規(guī)定的經(jīng)驗值，沒有考慮不同重金屬類型、不同土壤理化性質(zhì)對固化效果的影響。例如鎘污染黃壤土和鉛污染潮土，經(jīng)驗方法直接采用氫氧化鈣或水泥基預制配方，生成的修復體性能得不到優(yōu)化，往往出現(xiàn)耐侵蝕性差、修復時間過長等問題。實際上，在某些情況下，如果不充分考慮土壤本身的物理化學性質(zhì)及其所含重金屬的存在形態(tài)（如離子態(tài)、絡合態(tài)、有機結合態(tài)、硫化物結合態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、殘渣態(tài)等），固化反應過程和最終生成的穩(wěn)定化產(chǎn)物可能無法達到預期的高效性和持久性目標。例如黃壤土和潮土的有機質(zhì)、黏土礦物及pH值差異顯著，經(jīng)驗方法無法有針對性地設計配方。此外，現(xiàn)有工藝配方研發(fā)不足、評價體系不完善也是亟待解決問題。遼寧省各地直接套用“成功”案例，不僅沒有開展針對性固化劑及工藝參數(shù)優(yōu)化研究，也沒有建立可以評價固化效果與長期穩(wěn)定性的標準化方法。

2.4 "植物修復技術推廣不足

植物修復技術通過植物體的跨膜轉(zhuǎn)運機制，從土壤中吸取重金屬，并將其轉(zhuǎn)移貯存到植物地上部，再通過收獲植物地上部而去除土壤重金屬，實現(xiàn)對土壤環(huán)境的凈化與修復。該技術操作簡便、成本較低且不會產(chǎn)生二次污染。但在遼寧省應用推廣滯后，主要存在以下3個問題：1）高污染場地適宜植物種類的篩選不足。目前主要依賴進口的植物萃取技術，但對本土重金屬污染土壤實際治理效果并不理想。例如直接引入印度芥菜進行鎘鉛尾礦污染土壤的植物修復試驗表明，其生物量和富集系數(shù)均偏低，這主要是由于高濃度污染對印度芥菜種植本身也產(chǎn)生一定毒害作用[5]。2）工程化和產(chǎn)業(yè)化進度緩慢?，F(xiàn)有植物修復項目以盆栽或者小塊試驗研究為主，生產(chǎn)規(guī)模小，成果難以推廣。缺乏成熟的大面積植物修復模式，相關的盆棚和生長基質(zhì)開發(fā)也較為薄弱。未形成完整的技術體系及模式，產(chǎn)業(yè)化進程滯后。3）風險評估和監(jiān)管制度有待健全?，F(xiàn)行植物修復評價側(cè)重于土壤污染物降解效果，而對植物體內(nèi)積累污染物的環(huán)境遷移及食物鏈富集風險缺乏系統(tǒng)研判，各類植物在超強污染場地的全生命周期監(jiān)測數(shù)據(jù)也較少。

3 "遼寧省土壤污染防治技術提升策略與實施建議

3.1 "優(yōu)化微生物修復技術工藝流程

為提高遼寧省微生物修復技術的應用效果，必須從菌種選擇和工藝流程2方面進行優(yōu)化。1）加強對當?shù)赝寥牢⑸锶郝涞恼{(diào)查與評估，篩選出對典型污染物有高降解活性的優(yōu)勢菌株。這需要采用高通量的功能基因檢測技術如宏基因組學，深入解析不同土壤樣品中的微生物組成及其代謝功能。通過模擬土壤微生態(tài)系統(tǒng)，在受控環(huán)境中測定不同菌群對目標污染物的降解速率，以篩選出高效降解優(yōu)勢菌株，進而建立區(qū)域性優(yōu)勢菌種庫。這些篩選出的適應當?shù)赝寥罈l件的優(yōu)勢菌種，其降解效率可比外源菌種提高1～2個數(shù)量級。2）針對不同污染場地條件，要優(yōu)化工藝參數(shù)以發(fā)揮微生物降解潛力。這需要考慮土壤pH、濕度、養(yǎng)分、污染物種類與濃度等多重因素，采用響應面試驗設計方法，研究主效應因素及交互作用效應，建立統(tǒng)計優(yōu)化模型，在此基礎上得出針對某一場地的最佳修復條件組合方案。例如可以采用復合菌種+pH調(diào)控+有機肥的修復策略，從而縮短修復時間。

3.2 "提高在線監(jiān)測系統(tǒng)精度

為補足遼寧省土壤污染在線監(jiān)測體系存在的技術短板，必須從豐富檢測指標、擴大監(jiān)測范圍和提升設備性能3方面入手，建立高效、精確的土壤污染監(jiān)測預警網(wǎng)絡。1）監(jiān)測指標體系應向在線檢測重金屬和有機污染物擴展。這需要開發(fā)基于電化學、傳感技術的新型在線分析傳感器，實現(xiàn)對重金屬離子及有機污染物的高通量監(jiān)測。例如采用微電極陣列與陽極溶出伏安法（Anodic Stripping Voltammetry，ASV）技術，可在線檢測鎘、鉛、鉻離子，檢出限可達μg·kg-1級。此外，可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術集成各類傳感器，形成能同步監(jiān)測多項理化指標的智能化監(jiān)測站點。2）科學布局監(jiān)測站點，實現(xiàn)對重點區(qū)域的全覆蓋監(jiān)控?？刹捎玫乩硇畔⑾到y(tǒng)（Geographic Information System，GIS）多源數(shù)據(jù)模型方法，根據(jù)土地利用類型、污染源分布及環(huán)境敏感性評估結果，自動劃分監(jiān)測單元并設置最優(yōu)站點分布方案。監(jiān)測頻次也應結合污染風險濃度與氣候水文信息，通過智能算法優(yōu)化，實現(xiàn)對突發(fā)事件的快速預警。3）監(jiān)測設備穩(wěn)定性和精度應通過改進傳感器材料、信號處理算法等進行提升。例如可以使用新型氧化石墨烯土壤濕度傳感器，有效抑制譜線漂移，降低數(shù)據(jù)誤差。此外，建立統(tǒng)一的設備評價標準與測試平臺，定期開展檢測儀表的全面校準，保證監(jiān)測結果的可靠性[6]。

3.3 "優(yōu)化重金屬固化穩(wěn)定化工藝參數(shù)

為提高遼寧省土壤重金屬固化穩(wěn)定化效果，應結合傳統(tǒng)經(jīng)驗法，建立科學合理的固化劑篩選與工藝優(yōu)化新模式。1）充分考慮重金屬類型及存在形態(tài)，有針對性地篩選固化劑類別。對以可交換態(tài)為主的Cd污染土壤，宜選擇氫氧化鈣等強堿性焙燒材料；對含量較高的硫化鎘，則可選擇磷酸鹽類固化劑。固化劑篩選可采用試驗優(yōu)化組合，綜合評價不同固化劑對多種重金屬化學穩(wěn)定性的影響。2）研究不同土壤類型對固化過程及產(chǎn)物性質(zhì)的影響[7]。黃壤與潮土等土壤的pH值與有機質(zhì)、黏土礦物含量差異顯著，會引起反應動力學及機理變化從而影響產(chǎn)物質(zhì)量，需要采用X射線光電子能譜表征反應界面過程，明確土壤組分的作用機制。在此基礎上運用響應面法優(yōu)化配方，使固化產(chǎn)物在不同土壤條件下均能達到高強度、低溶出的標準。3）建立科學的固化效果評價方法。傳統(tǒng)的毒性特性溶出程序（Toxicity Characteristic Leaching Procedure，TCLP）無法反映產(chǎn)物的長期穩(wěn)定性，需要聯(lián)合采用掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM）等表征手段，清晰描繪污染物在固化材料中的存在狀態(tài)，并進行分級的串聯(lián)提取試驗與模擬土壤孵化，系統(tǒng)評估固化體在不同條件下的溶出動力學過程。

3.4 "推廣應用植物修復技術

為在遼寧省推廣植物修復技術，必須從選育適宜植物、建立工程化模式和完善監(jiān)管機制3方面入手。1）開展本土植物種質(zhì)資源的系統(tǒng)篩選實驗?？刹捎媚M污染土壤進行容器組培試驗，評估不同植物對典型土壤重金屬的積累量、生物量和轉(zhuǎn)運系數(shù)。選擇生長旺盛、積累能力強的種類建立區(qū)域性適宜植物庫，也可以利用組織培養(yǎng)技術進行細胞遺傳學篩選，獲得重金屬耐性高的變異型，這些篩選出的區(qū)域優(yōu)良植物是實現(xiàn)大面積修復的關鍵。2）構建完整的工程化示范模式。這包括建立規(guī)?；臏厥遗嘤w系，提供充足的植物材料；開發(fā)適宜的生長基質(zhì)，保證植物正常生長；配置自動化的營養(yǎng)液供給系統(tǒng)，實現(xiàn)資源高效利用。還需要合理設計工程進度，進行分期輪作，確保土壤得以持續(xù)修復[8]。3）建立健全的植物體安全性評估與環(huán)境監(jiān)管制度。這需要開展植物體內(nèi)污染物轉(zhuǎn)運特性與積累部位的研究；利用毒理學手段評估其對食物鏈的潛在風險；并進行長期的環(huán)境監(jiān)測，追蹤可能的遷移轉(zhuǎn)化過程，完善監(jiān)管措施。

4 "結語

本文分析與建議可為遼寧省土壤污染治理決策提供優(yōu)化策略參考，也可為其他區(qū)域土壤污染科學治理提供一定借鑒作用。當然，土壤污染防治是一個系統(tǒng)工程，還需要深入研究技術與管理創(chuàng)新集成，以及法規(guī)完善、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、多方合作等方面的綜合對策，以期形成土壤污染防治的科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展合力，真正實現(xiàn)區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量改善和生態(tài)文明建設。

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（責任編輯：敬廷桃 "劉寧寧）