基本介紹
- 中文名：生態修復
- 外文名：Ecological remediation
生態修復特點,生態修復機制,生態修復的基本方式,生態修復的理論基礎,
生態修復特點
（1）嚴格遵循循環再生．和諧共存、整體最佳化、區域分異等生態學原理
循環再生原理：生態系統通過生物成分，一方面利用非生物成分不斷地合成新的物質，一方面又把合成物質降解為原來的簡單物質，並歸還到非生物組分中。如此循環往復，進行著不停頓的新陳代謝作用。這樣，生態系統中的物質和能量就進行著循環和再生的過程。生態修複利用環境一植物一微生物複合系統的物理、化學、生物學和生物化學特徵對污染物中的水、肥資源加以利用，對可降解污染物進行淨化，其主要目標就是使生態系統中的非循環組分成為可循環的過程，使物質的循環 和再生的速度能夠得以加大，最終使污染環境得以修復。
和諧共存原理：在生態修復系統中，由於循環和再生的需要，各種修復植物與微生物種群之間、各種修復植物與動物種群之間、各種修復植物之間、各種微生物之間和生物與處理系 統環境之間相互作用，和諧共存，修復植物給根系微生物提供生態位和適宜的營養條件，促進一些具有降解功能微生物的生長和繁殖，促使污染物中植物不能直接利用的那部分污染物轉化或降解為植物可利用的成分，反過來又促進植物的生長和發育。
整體最佳化原理：生態修復技術涉及點源控制、污染物阻隔、預處理工程、修復生物選擇和修復后土壤及水的再利用等基本過程，它們環環相扣，相互不可缺少。因此，必須把生態修復系統看成是一個整體，對這些基本過程進行最佳化，從而達到充分發揮修復系統對污染物的淨化功能和對水、肥資源的有效利用。 ┃
區域分異原理：不同的地理區域，甚至同一地理區域的不同地段，由於氣溫、地質條件、土壤類型、水文過程以及植物、動物和微生物種群差異很大，導致污染物質在遷移、轉化和降 解等生態行為上具有明顯的區域分異。在生態修復系統設計時，必須有區別地進行工藝與修復生物選擇及結構配置和運行管理。
（2）影響因素多而複雜
生態修復主要是通過微生物和植物等的生命活動來完成的，影響生物生活的各種因素也將成為影響生態修復的重要因素，因此，生態修復也具有影響因素多而複雜的特點。
（3）多學科交叉
生態修復的順利施行，需要生態學、物理學、化學、植物學、微生物學、分子生物學、栽培學和環境工程等多學科的參與，因此，多學科交叉也是生態修復的特點。
生態修復機制
（1）污染物的生物吸收與富集機制
土壤或水體受重金屬污染後，植物會不同程度地從根際圈內吸收重金屬，吸收數量的多少受植物根系生理功能及根際圈內微生物群落組成、pH值、氧化-還原電位、重金屬種類和濃度以及土壤的理化性質等因素影響，其吸收機理是主動吸收還是被動吸收尚不清楚。植物對重金屬的吸收可能有以下三種情形：
一是完全的“避”，這可能是當根際圈內重金屬濃度較低時，根依靠自身的調節功能完成自我保護，也可能是無論根際圈內重金屬濃度有多高，植物本身就具有這種“避”機
理，可以免受重金屬毒害，但這種情形可能很少。
二是植物通過適應性調節後，對重金屬產生耐性，吸收根際圈內重金屬，植物本身雖也能生長，但根、莖、葉等器官及各種細胞器受到不同程度的傷害，使植物生物量下降。這種情形可能是植物根對重金屬被動吸收的結果。
第三種情形是指某些植物因具有某種遺傳機理，將一些重金屬元素作為其營養需求，在根際圈內該元素濃度過高時也不受其傷害，超積累植物就屬於這種情況。植物根對中度憎水有機污染物有很高的去除效率，中度憎水有機污染物包括BTX(即苯、甲苯、乙苯和二甲苯)、
氯代溶劑和短鏈脂肪族化合物等。植物將有機污染物吸入體內後，可以通過木質化作用將它們及其殘片儲藏在新的組織結構中，也可以代謝或礦化為CO2和H2O，還可以將其揮發掉。根系對有機污染物的吸收程度取決於有機污染物的濃度和植物的吸收率、蒸騰速度。植物的吸收率取決於污染物的種類、理化性質及植物本身特性。其中，蒸騰作用可能是決定根系吸收污染物速率的關鍵變數，這涉及到土壤或水體的物理化學性質、有機質含量及植物的生理功能，如葉面積，蒸騰係數，根、莖和葉等器官的生物量等因素。一般來說，植物根系對有機污染物吸收的強度不如對無機污染物如重金屬的吸收強度大，植物根系對有機污染物的修復，主要是依靠根系分泌物對有機污染物產生的絡合和降解等作用。此外，植物根死亡後，向土壤釋放的酶也可以繼續發揮分解作用，如脫鹵酶、硝酸還原酶，過氧化物酶、漆酶等。細菌等微生物也可以大量的富集重金屬，但由於這些微生物難以去除，而且雖然重金屬在這些微生物體內可能會轉化為無害物質而暫時對環境無害，但等微生物死亡後又會重新進入環境而造成潛在危害。因此，這種機制對於重金屬污染土壤或水體的修復意義不是很大。
植物降解功能也可以通過轉基因技術得到增強，如把細菌中的降解除草劑基因轉導到植物中產生抗除草劑的植物，這方面的研究已有不少成功的例子。因此，篩選、培育具有降解有機污染物能力的植物資源就顯得十分必要。
（2）有機污染物的生物降解機制
生物降解是指通過生物的新陳代謝活動將污染物質分解成簡單化合物的過程。這些生物雖然也包括動物和植物，但由於微生物具有各種化學作用能力，如氧化—還原作用、脫羧作用、脫氯作用、脫氫作用、水解作用等，同時本身繁殖速度快，遺傳變異性強，也使得它的酶系能以較快的速度適應變化了的環境條件，而且對能量利用的效率更高，因而具有將大多數污染物質降解為無機物質(如二氧化碳和水)的能力，在有機污染物質降解過程中起到了很重要的作用。
微生物具有降解有機污染物的潛力，但有機污染物質能否被降解還要看這種有機污染物質是否具有可生物降解性。可生物降解性是指有機化合物在微生物作用下轉變為簡單小分子化合物的可能性。有機污染物質是有機化合物中的一大類。有機化合物包括天然的有機物質和人工合成的有機化學物質，天然形成的有機物質幾乎可以完全被微生物徹底分解掉，而人工合成的有機化學物質的降解則很複雜。多年來的研究表明，在數以百萬甚至上千萬計的有機污染物質中，絕大多數都具有可生物降解性，有些專性或非專性降解微生物的降解能力及降解機理已十分清楚，但也有許多有機污染物是難降解或根本不能降解的，這就要求一方面加深對微生物降解機理的了解，以提高微生物的降解潛力。另一方面也要求在新的化學品合成之後，進行可生物降解性試驗，對於那些不能生物降解的化學品應當禁止使用，只有這樣才能有利於人類的可持續發展。
細菌除直接利用自身的代謝活動降解有機污染物外，還能以環境中有機質為主要營養源，對大多數有機污染物進行降解，如多種細菌可利用植物根分泌的酚醛樹脂如兒茶素和香豆素進行降解多氯聯苯PCBs的共代謝，也可以降解2，4-D。細菌對低分子量或低環有機污染物如多環芳烴PAHs(二環或三環的)的降解，常將有機物作為唯一的碳源和能源進行礦化，而對於高分子量的和多環的有機污染物多環芳烴PAHs(三環以上的)、氯代芳香化合物、氯酚類物質、多氯聯苯(PCBs)、二惡英及部分石油烴等則採取共代謝的方式降解。這些污染物有時可被一種細菌降解，但多數情況是由多種細菌共同參與的聯合降解作用。
菌根真菌在促進植物根對有機污染物吸收的同時，也對根際圈內大多數有機污染物尤其是持久性有機污染物(POPs)起到不同程度地降解和礦化作用，其降解的程度取決於真菌的種類、有機污染物類型、根際圈物理和化學環境條件及微生物群系間的相互作用。研究表明，許多外生菌根真菌對許多POPs可以部分降解。
腐生真菌及一些土壤動物對污染物質也有一定的修復作用。白腐真菌能產生一套氧化木質素和腐殖酸的降解酶，這些酶包括木質素過氧化物酶，錳過氧化物酶和漆酶，這些酶除能降解一些POPs外，其擴散到環境介質中的產物也能束縛一部分POPs，從而減輕對植物的毒害。蚯蚓也能部分吸收重金屬，以減少對植物的毒害。
（3）有機污染物的轉化機制
轉化或降解有機污染物是微生物正常的生命活動或行為。這些物質被攝入體內後，微生物以其作為營養源加以代謝，一方面可被合成新的細胞物質；另一方面也可被分解生成CO2和H2O等物質，並獲得生長所必需的能量。微生物通過催化產生能量的化學反應獲取能量，這些反應一般使化學鍵破壞，使污染物的電子向外遷移，這種化學反應稱為氧化-還原反應。其中，氧化作用是使電子從化合物向外遷移的過程，氧化-還原過程通常供給微生物生長與
繁衍的能量，氧化的結果導致氧原子的增加和氫原子的丟失；還原作用，則是電子向化合物遷移的過程，當一種化合物被氧化時這種情況可發生。在反應過程中有機污染物被氧化，是電子的丟失者或稱為電子給予體，獲得電子的化學品被還原，是電子的接受體。通常的電子接受體為氧、硝酸鹽、硫酸鹽和鐵，是細胞生長的最基本要素，通常被稱為基本基質。這些化合物類似於供給人類生長和繁衍必需的食物和氧。
（4）生態修復的強化機制
對於污染程度較高且不適於生物生存的污染環境來說，生物修復就很難實施，這時就要採用物理或化學修復的方法，將污染水平降到能夠降到的最低水平，若此時仍達不到修復要求，就要考慮採用生態修復的方法，而在生態修復實施之前，先要將環境條件控制在能夠利於生物生長的狀態。但一般來說，簡單的直接利用修復生物進行生態修復，其修復效率還是很低的，這就需要採用一些強化措施，進而形成整套的修復技術。
強化機制分為兩個方面，一是提高生物本身的修復能力，二是提高環境中污染物的可生物利用性，如深層曝氣、投入營養物質、投加添加劑等。
生態修復的基本方式
根據生態修復的作用原理，生態修復可以有以下幾種修複方式：
微生物—物理修復、微生物—化學修復、微生物—物理—化學修復、植物—物理修復、植物—化學修復、植物～物理—化學修復、植物—微生物修復、植物--微生物—化學修復、植物一微生物—物理修復
生物修復：是生態修復的基礎，生物修復定義是指生物特別是微生物催化降解有機污染物．從而修復被污染環境或消除環境中的污染物的一個受控或自發進行的過程．這是狹義的定義。生物修復的成功與否主要取決於以下3個方面，即微生物活性、污染物特性和環境狀況。
物理與化學修復：是生態修復的構成要素，物理修復與化學修復是指充分利用光、溫、水、氣、熱、土等環境要素，根據污染物的理化性質．通過機械分離、蒸發、電解、磁化、冰凍、加熱、凝固、氧化—還原、吸附—解吸、沉澱—溶解等物理和化學反應，使環境中污染物被清除或轉化為無害物質。通常．為了節省環境治理的成本，物理修復或化學修復往往作為生物修復的前處理階段。
植物修復：是生態修復的基本形式，在污染環境治理中，從形式上來看，似乎主要是植物在起作用，但實際上在植物修復過程中．往往是植物、根系分泌物、根際圈微生物、根際圈土壤物理和化學因素(這些因素可以部分人為調控)等在共同起作用。總的來看，植物修復幾乎包括了生態修復的所有機制，是生態修復的基本形式。
