土壤重金屬污染的生物修復技術研究進展

土壤是人類賴以生存的生態系統，近年來，由于人口的快速增長和工業化進程的加速，環境污染加劇，土壤也遭到很大范圍的破壞，土壤污染問題越來越嚴重，其中最突出的是土壤重金屬污染問題。土壤重金屬污染具有污染物在土壤中移動性差、滯留時間長、不能被微生物降解的特點，并可經水、植物等介質最終影響人類健康。由于具有這些特點，導致對土壤重金屬的修復是一個困難的過程，土壤重金屬污染成為了全球棘手的問題。據不完全統計，僅2011年以來，我國共發生了四起大的“血鉛中毒事件”。對于土壤重金屬污染修復技術的研究，主要是通過物理、化學和生物三方面的修復，而生物修復由于其成本低、效果好、無二次污染等優點而成為修復研究的重點。本文論述了土壤污染治理的植物修復、微生物修復兩種生物修復技術的研究進展，并對生物修復技術的發展作出了展望，為今后的進一步研究做相關的理論依據。

1.土壤重金屬污染的現狀

重金屬一般指密度在4.5g/cm3以上的45種元素。常見的對土壤造成污染的重金屬包括鋅、銅、鉻、鎳、鉛、鎘、汞等元素，它們不僅導致土壤退化、農作物產量和品質下降，還會通過徑流和淋洗作用污染地表水和地下水，并通過直接接觸、食物鏈等途徑危及人類的生命和健康。據不完全調查，目前全國受污染的耕地約0.1億ha，占全國耕地的1/10以上；而在土壤污染中，受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積近2000萬ha，約占總耕地面積的1/5，其中工業“三廢”污染耕地1000萬ha，污水灌溉農田面積達330多萬ha，據估算，全國每年因重金屬污染而減產糧食1000多萬噸，造成的直接經濟損失超過200億元。

2.土壤重金屬污染的生物修復技術

2. 1 植物修復植物修復是一種利用自然生長植物或遺傳培育植物修復重金屬污染土壤的技術總稱，采用植物對重金屬的忍耐和超量積累能力并結合共生的微生物體系來實現對重金屬污染環境的修復。植物修復技術主要是包括了植物萃取技術；根際過濾技術；植物穩定技術；植物揮發技術。植物萃取是利用重金屬積累植物或超積累植物將土壤中的重金屬萃取出來，富集并運送到植物根部的可收割部分或植物的地上枝條部位；根際過濾是利用重金屬超積累植物或耐重金屬植物從污水中吸收、沉淀和富集重金屬；植物穩定是利用耐重金屬植物或重金屬超積累植物降低重金屬的活性，從而減少重金屬被浸淋到地下水或通過空氣載體擴散進一步污染環境的可能性；植物揮發是指利用植物把土壤中的重金屬轉化為氣體排出土壤，然后在集中起來處理。利用植物修復技術修復土壤重金屬的焦點主要集中在對超富集植物的研究，超富集植物是指能超量吸收重金屬并將其運移到地上部分的植物。

2. 2 微生物修復 微生物可以降低土壤中重金屬的毒性，吸附積累重金屬，改變根際微環境，從而提高植物對重金屬的吸收，揮發或固定效率。如硫酸還原菌、藍細菌、動膠菌及一些藻類，它們能夠產生胞外聚合物，這些胞外聚合物能與重金屬離子形成絡合物。微生物重金屬修復的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。利用微生物（包括細菌、藻類和酵母等）來減輕或消除重金屬污染，國內外已有許多報道。相關研究表明微生物可使還原態重金屬氧化，如無色桿菌、假單胞菌能使亞砷酸鹽氧化為砷酸鹽，從而降低砷的轉移和毒性。菌根真菌能極大地提高銅在玉米根系中的濃度和吸收量，而玉米地上部分的銅濃度和吸收量變化不顯著，這表明叢枝菌根有助于消減銅由玉米根系向地上部分的運輸。許友澤等研究表明未滅菌土壤中土著微生物對Cr（Ⅵ）進行了修復，使溶出的Cr（Ⅵ）明顯減少。通過7天的淋溶，培養基中未檢測到Cr（Ⅵ）的存在，即鉻污染土壤中Cr（Ⅵ）在7天內基本得到完全修復。但目前，大部分微生物修復技術還局限在科研和實驗室水平，實例研究還不多，無法大面積推廣，對于微修復技術還需做更深入探索。

3.展望

生物修復技術是現有環境修復技術的核心技術， 在污染物的治理，特別是土壤重金屬的修復方面展現了廣闊的應用前景。但目前仍然有很多問題有待解決。在植物修復方面，應進一步研究重金屬與植物之間的轉化和機理，更多的超富集植物有待發現，特別是多超富集植物；在微生物修復方面，應加強高效菌株的篩選。加強生物修復技術與其他技術的聯用，充分發揮各個修復技術的優勢，如物理-生物修復，化學-生物修復，植物-微生物聯合修復等。

摘自《內蒙古環境科學》