概述生物修復法在農田重金屬污染治理中的作用

賀傳奇 劉小蘭 羅玉龍

（1.西南科技大學環境與資源學院，四川 綿陽 621000；2.西南科技大學材料科學與工程學院，四川 綿陽621000；3.西南科技大學土木工程與建筑學院，四川 綿陽 621000）

0 前言

近年來，我國食品安全形式非常嚴峻，有一部分原因就是農田遭到污染，尤其是重金屬污染。據報道，目前我國受砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地而積近2000萬平方千米，約占總耕地而積的20%;其中工業“三廢”污染耕地1000萬平方千米，污水灌溉達330多萬平方千米。重金屬不能被土壤微生物所分解，易在土壤中蓄積或轉化為毒性更大的化合物。土壤重金屬污染的特點為長期累積效應、隱蔽性、不可逆性和一定的交互作用。土壤受重金屬污染后，影響農作物并通過食物鏈等影響人體健康，造成中毒危害。另據國土資源部的最新調查顯示:每年我國約有1200萬噸糧食被重金屬所污染，這些糧食足夠養活4000萬左右的人口，并且這種污染問題日益嚴重。因此，對農田重金屬污染的治理顯得尤為迫切。當前，土壤重金屬污染的治理方法主要有工程措施、物理化學方法、化學修復方法、以及生物修復方法。本文將重點介紹生物修復法在農田重金屬污染治理中的研究進展，同時對生物修復法治理農田重金屬污染的研究前景進行展望。

1 簡介

生物修復法是指利用生物的生命代謝活動降低環境中有毒有害物質的濃度或使其完全無害,從而使污染的土壤局部地或完全地恢復到原始狀態。其優點有：成本低、不破壞土壤生態環境、可以回收再利用貴金屬、造成二次污染機會較少。缺點有：周期長、一種植物一般只能提取一種或者幾種重金屬、而植物固定只是將重金屬暫時固定，如果土壤環境發生變化，重金屬的毒性作用還有可能再次出現[1]。

2 生物修復法的分類

生物修復作用治理農田重金屬污染方法可以分為動物修復法、植物修復法以及微生物修復法。它們有著不同的優缺點。因此，在利用生物技術處理重金屬污染時，要結合當地實際，因地制宜，才能達到預期效果。

2.1 動物修復

動物修復是指土壤動物群通過直接的吸收、轉化和分解或間接的改善土壤理化性質，提高土壤肥力，促進植物和微生物的生長等作用而修復土壤污染的過程。有關動物修復的研究報道較少，主要集中在有機物和農藥污染土壤的修復(如利用蚯蚓等修復)和富營養化水體的修復(如利用濾食性貝類、棘皮動物、河蟹等修復)，對重金屬污染土壤的動物修復機理仍處于探索階段[2]。

2.2 微生物修復

利用土壤微生物的蓄積和降解作用來治理土壤重金屬污染是一種高效的途徑。國內外許多研究己證明,菌根在修復遭受重金屬污染的土壤方面發揮著特殊的作用,他們減輕了植物在重金屬污染的土壤中的受害程度[3]。

土壤重金屬污染的微生物修復是利用微生物的生物活性對重金屬的親和吸附或轉化為低毒產物，從而降低重金屬的污染程度[4]。利用微生物(藻類、細菌和酵母等)來減輕或消除重金屬污染，雖然微生物不能降解和破壞重金屬，但是可以通過改變它們的物理或化學特性而影響金屬在環境中的遷移和轉化。其修復機理包括表面生物大分子吸收轉運、細胞代謝、空泡吞飲、生物吸附和氧化還原反應等。微生物對上壤中重金屬活性的影響主要體現在以下幾個方面:①溶解和沉淀作用;②生物吸附和富集作用;③氧化還原作用。微生物修復技術種類繁多，可進行異位修復、原位修復以及原位/異位聯合修復。其中，原位修復操作簡單，對原有的土壤環境破壞程度低。微生物修復受各種環境因素的影響較大，氧氣、pH、溫度、水分等均可影響微生物活性進而影響修復效果，其田間試驗效果不是非常理想。因此，為降解菌提供適宜條件以促進其生長繁殖至關重要，這也是今后研究的重點。

2.3 植物修復

植物修復技術是指通過植物自身及共存微生物體系，修復和消除由無機廢棄物和有機毒物造成的土壤環境污染的一種技術。

我國野生植物資源豐富，生長在天然的污染環境中的耐重金屬植物和野生超積累植物數不勝數。因此開發與利用這些野生植物資源對植物修復的意義十分重大。有關資料表明，大量植物對重金屬Cr，Cd，Co，Pb，Ni，Cu，Zn等有很強的吸收積累能力。比如國內有人利用白菜修復重金屬污染土壤，如叢孚奇等將白菜用于鑰礦區重金屬污染土壤的修復研究，結果表明磷酸氫二鈉一檸檬酸緩沖溶液能顯著提高白菜的地上部富集土壤中重金屬元素的能力。李玉雙[5]等以沈陽張士灌區重金屬污染上壤為修復對象，采用盆栽試驗，研究了乙二胺四乙酸(EDTA)對白菜富集重金屬及其生長狀況的影響。結果表明，EDTA能夠提高白菜對上壤中Cu,Cd,Pd和Zn的植物提取效率。

但是，由于超富集植物一般只能積累某些重金屬元素，植物物種的選取受到不同地理氣候條件的限制，同時富集植物和超富集植物生物量一般較少，生長速度慢，積累效率低。所以，利用野生抗性植物進行重金屬污染土壤的治理還未取得理想結果。這就需要相關科研人員做進一步深入的研究，以求早日獲得生長周期短，能吸附多種重金屬，積累效率高的重金屬富集吸收植物。

2.4 綜合修復技術

由于每個地區的污染物來源不同造成各地污染情況有很大的差異。只用一種修復技術往很難達到目標。因此，開發復合修復方法成為土壤重金屬污染修復的主要研究方向[6]?，F今開始投入應用的復合修復技術的主要類型有動物/植物聯合修復、化學/物化一生物聯合修復以及植物/微生物聯合修復。

3 展望

生物修復技術治理重金屬污染土壤以其低成本、高效率、適用范圍廣和無二次污染等優點已成為重金屬污染農田土壤治理中的一個全新研究領域和國內外有關學者研究的熱點之一。但是由于其起步晚，難度大，其大部分研究還處于實驗室階段，尚不能有效地應用于重金屬農田污染的治理中去，但隨著不同學科（遺傳學、土壤學、生態學、化學、生理學、環境保護學和生物工程）的相互配合。我們相信該技術會日趨成熟，并且為重金屬污染農田的治理貢獻出巨大的力量。

［1］肖鵬飛，等.土壤重金屬污染及其植物修復研究[J］.遼寧大學學報:自然科學版，2004，31（3）:279-283.

［2］李宇飛.土壤重金屬污染的生物修復技術[J].環境科學與技術，2001.34（12H）：148-151.

［3］王真輝.農田土壤重金屬污染及其生物修復技術[J].海南大學學報：自然科學版，2002，12：386-387.

［4］閻曉明，何金柱.重金屬污染上壤的微生物修復機理及研究進展[J].安徽農業科學，2002,30(6):877-879,883.

［5］李玉雙，等.利用白菜修復污灌區重金屬污染土壤的鰲合誘導植物修復技術[J].沈陽大學學報：自然科學版，2014.02:9-12.

［6］駱永明.污染土壤修復技術研究現狀與趨勢[J].化學進展，2009,21:558-564.