[科普中国]-生物净化

生物净化是指环境中的某些污染物浓度的降低或总量的减少，是由于分解、转化和富集等自然界的生物作用产生的自净结果。植物能吸收土壤中的酸、氰，并在体内转化为酚糖苷和氰糖苷，球衣菌可以把酸、氰分解为二氧化碳和水。绿色植物可以吸收二氧化碳，放出氧气。凤眼莲可以吸收水中的汞、镉、砷等化学污染物，从而净化水体。同生物净化因素有关的有生物的科属、环境的水温条件和供氧状况等。在温暖、湿润、养料充足和供氧良好的环境中，生物的吸收净化能力就强。

简介生物净化，也就是生物类群通过代谢作用（异化作用和同化作用）使环境中的污染物的数量减少，浓度下降，毒性减轻，直至消失的过程。根据生态学的观点，生物圈可以分为陆地生态系统、淡水生态系统和海洋生态系统。它们之间在物质循环和能量流动方面有紧密的内在联系。水体、空气和土壤的污染，只要不超过生态系统的负载能力，污染物就可以通过物理的、化学的和生物学的作用得到净化，其中生物学的作用占有十分重要的地位。如果环境污染物超过了生态系统的负载能力，生物净化作用就会遭到破坏，整个生态系统就有可能失去平衡，产生不良的后果。随着人类社会的进步和生产力的发展，生物净化的功能在更大的规模上得到利用。并逐步发展成为环境生物工程的重要组成部分。

生物净化是生物的吸收、降解和转化作用使环境污染物的浓度和毒性降低或消失的过程。植物能吸收土壤中的酚、氰并在体内转化为酚糖昔和氰糖普，球衣菌可把酚、氰分解为二氧化碳和水。土壤微生物叮降解各种农药，把有毒物质变为无毒物质。绿色植物吸收二氧化碳、吸附漂尘，释放氧气净化空气。凤眼莲可吸收水中的汞、福、砷等，其根系微生物可转化降解污水中有机物，使污水得到净化。有机污染物主要依靠微生物的降解作用，氧气允足的条件下，需氧微生物能把污水中的有机物分解成二氧化碳、水、氨氮和磷等；在缺氧条件下，厌氧微生物能把有机物分解成甲烷、二氧化碳、硫化氢等。如海水中的细菌能降解石油。生物有巨大的净化能力。但不是无限的。利用并强化生物净化能力保护环境是环境生物学中重要的研究课题1。

分类生物净化主要分3大类：

①陆地生态系统的生物净化，主要是由植物吸收、转化、降解各种污染物，其中包括植物对大气污染的净化和土壤——植物系统对土壤污染的净化。

②淡水生态系统的生物净化。起主导作用的是细菌，但许多水生植物和沼生植物也有较强的净化作用。

③海洋生态系统的生物净化，也是细菌起主要作用。此外还有霉菌、酵母、放线菌和原生动物等。它们对主要的海洋污染物石油烃类，以及多环芳烃类，都有较好的净化作用。

案例生物将废水中的有机物质转化为较稳定的或者矿质形态物质的过程。例如，凤眼莲可吸收水中的汞、镉、砷等，其根系微生物可降解、转化废水中的有机物，使废水得到净化。在氧气充足的条件下，好氧微生物能把废水中的有机物分解成二氧化碳、水、氨氮等，使废水得到净化；在缺氧的条件下，厌氧微生物能把有机物分解成甲烷、二氧化碳、硫化氢等。

作用陆地生态系统包括植物对大气污染的净化作用和土壤-植物系统对土壤污染的净化作用。

植物净化大气主要是通过叶片的作用实现的。因此，就同一种植物而言，叶的面积愈大,叶片生产量愈高，净化作用就愈强。一般可以应用植物生态学中的“叶面积指数”（即植物的总叶面积与该植物所占土地面积之商值）作为衡量植物净化功能的一个参数。在这方面，木本植物比草本植物有明显的优势，因而森林净化大气的作用日益受到重视。绿色植物（包括树木和草坪）净化大气的作用主要有：①吸收二氧化碳，放出氧气，维持人类环境中两者的平衡；②对降尘和飘尘有滞留过滤作用；③在植物抗性范围内能通过吸收而减少空气中二氧化硫、氟化氢、氯气等有害物质的含量；④在植物抗性范围内能减少臭氧的发生，减轻光化学烟雾污染；⑤有过滤细菌或杀菌作用；⑥对某些重金属有吸收和净化作用；⑦减轻噪声污染。各种植物的净化机理同它们的形态解剖构造和生理生化特性紧密相关，而且有遗传学方面的基础。因此，这种净化机理在不同种属间存在很大差异，另一方面又同植物所生长的环境条件有关。

土壤－植物系统的生物净化功能主要由下列要素组成：①植物根系的吸收、转化、降解和合成作用；②土壤中真菌、细菌和放线菌微生物区系的降解、转化和生物固定作用；③土壤中动物区系的代谢作用，对于一般有机物质，特别是对含氮、磷、钾的有机物具有理想的净化效果。

利用土壤-植物系统的生物净化功能,发展污水灌溉的主要目标是:①充分利用水肥资源,提高农、林、牧业的生产力；②保证农副产品的生物学质量；③节约能源消耗，扩大新的生物能源（甲烷、甲醇、乙醇）的生产途径；④最大限度减轻污染物对水系的污染，防止环境的二次污染。

淡水生态系统河流、湖泊、水库等水体中生活着细菌、真菌、藻类、水草、原生动物、贝类、昆虫幼虫、鱼类等生物，对污染物会产生生物净化作用。淡水生态系统中的生物净化，细菌起主导作用。通常用五日生化需氧量 (BOD5)和化学需氧量(COD)这两个参数作为衡量水体中生物降解有机物污染的综合指标。温度、营养物质比例（包括碳/氮）和溶解氧是影响水体自净作用的主要环境条件。不过，若进入水体的某种污染物的浓度超过生物生存的阈值，整个生态系统的功能就会受到冲击，水体的生物自净作用往往也会遭到破坏。

水体中某些特殊的微生物类群还能吸收并浓缩水中汞、锌、镉等重金属元素或生物难降解的人工合成有机物。这些物质经过生物固定沉积在底部沉积物中，使水体逐步得到净化。

水体生物净化的原理已被广泛应用于各种类型的氧化塘、土地处理系统以及生化处理污水的环境生物工程中（包括各种曝气活性污泥法，生物滤池、生物转盘和酶法等）。

中国在发展污水处理厂的同时，十分注意因地制宜地应用各种水体自净功能。如湖北省鄂城县鸭儿湖被生产有机磷、有机氯农药为主的化工厂排出的综合性废水所污染。鸭儿湖的治理工程就是一个由细菌—藻类—浮游生物—鱼类生物群落构成的兼有厌氧－需氧的多级氧化塘系统，在厂内治理的基础上，这个系统净化功能良好，有毒物质的年平均去除率对硫磷为98.7%，六六六为86.2%。COD年平均降低77.3%。

许多种水生、沼生植物,例如芦苇(Phragmites com-munis)和大米草(Spartina anglica), 对水中悬浮物、氯化物、 有机氮、 硫酸盐均有一定的净化能力。水葱(Scirpusvalidus)能净化水中酚类，凤眼莲（水葫芦）（见图）、绿萍、金鱼藻(Ceratophуllum demersum)、菱角等有吸收水中重金属元素的作用。这些植物还可提供生物能源（甲醇、乙醇、沼气）2。

海洋生态系统海洋占地球上总水量的97%左右。陆地生态系统和淡水生态系统中的污染物，除了残留在原处或者分解、或者扩散到大气中以外，最终的归宿是海洋。

污染海洋的物质种类繁多,其中石油是数量大、危害重的主要污染物。海洋中石油污染物一般通过挥发、溶解、扩散、氧化、生物降解、动植物吸收、沉淀等途径逐步消失，其中生物净化作用是很重要的。

海洋中降解石油烃的微生物主要是细菌，此外，还有酵母、放线菌和丝状真菌。影响海洋中微生物净化石油烃的环境因素主要为：①油的组成。②营养成分比例。③温度。深海有低温(