土壤重金屬污染及其生物修復技術研究

[摘 要] 土壤重金屬污染已逐漸成為我國土壤環境面臨的一個嚴峻的環境問題和社會問題，對人類身體健康構成極大威脅。本文介紹我國土壤重金屬污染的現狀，概括重金屬超富集植物修復、微生物修復和植物-微生物聯合修復三類土壤重金屬生物修復技術，并展望生物修復技術的發展情景，以期為進一步開展土壤重金屬修復研究提供參考和借鑒。

[關鍵詞] 土壤污染；重金屬；生物修復技術

[中圖分類號] X53 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）07-66-2

“民以食為天，食以土為本”。土壤是人類賴以生存的基礎。然而，隨著工業的迅速發展和農業生產中化肥、農藥的大量使用，土壤污染問題愈加突出。土壤中的污染物如重金屬難以被微生物分解和消化，造成土壤結構、組分和功能發生變化，有害物質不斷在土壤環境中殘留、累積。當重金屬濃度超過一定限值時，會對土壤—植物系統產生毒害效應，進而通過食物鏈進入人體，危害人類健康。1931年，日本富山縣發生的“痛痛病”事件就是聞名世界的重金屬鎘污染案例。因此，加強土壤重金屬污染修復技術研究，積極探索修復重金屬污染土壤的方法，對于推動我國生態文明建設和農業可持續發展，十分必要且十分迫切。

1 我國土壤重金屬污染現狀及危害

重金屬是指含量超過5 g/cm3的金屬元素，如鎘、汞、銅、鉛、鋅和鎳等金屬及準金屬砷。土壤重金屬污染是指由于人類活動將重金屬帶到土壤中，致使土壤重金屬含量超過背景值，并出現生態破壞和土壤環境質量惡化的現象。目前，我國土壤環境質量不容樂觀，重金屬污染狀況堪憂。2014年，環境保護部和國土資源部聯合發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國土壤重金屬超標范圍較大的是西南和中南地區，其中鎘、汞、砷、鉛的含量分布從西北到東南、從東北到西南逐漸升高，而鎘污染物點位超標率高達7.0%。近年來，我國重金屬污染事故頻發。2010年，湖南省郴州市200多名兒童血鉛超標事件；2012年，廣西河池市2家冶煉企業泄漏約20 t鎘，致使龍江河鎘污染；2014年，湖南省衡陽市化工污染導致300多名兒童血鉛超標事故；2014年，貴州省萬山縣出現土壤汞污染事件。這些污染事故的發生，引發社會高度關注和廣泛討論。

重金屬污染容易使人體致癌、致疾、致突變。如長期接觸一定劑量的鎘，會損害人體腎臟功能，嚴重時導致腎臟衰竭，進而導致骨質疏松和軟化[1]。美國國家環境保護局規定，土壤中重金屬砷的濃度限值為24 mg/kg，金礦豐富的地區土壤中砷的濃度遠高于土壤背景值，砷污染地區膀胱癌和肺癌患者人數是其他地區的2倍。土壤重金屬污染具有隱蔽性、長期性、積累性和不可逆性等特點，不僅使我國土地利用效率大大下降，更嚴重威脅人們的生命健康和食品安全。2016年5月，《土壤污染防治行動計劃》發布實施，加強涉重金屬行業污染防控，將重金屬污染耕地修復納入重點治理內容，有望逐步改善我國重金屬污染現狀。

2 土壤重金屬污染生物修復技術

重金屬污染土壤的生物修復技術具有經濟有效、不產生二次污染等優勢，可廣泛地應用于礦山開采、金屬冶煉企業周邊土壤恢復，具有較好的發展前景[2]。目前，最常見的生物修復技術包括植物修復、微生物修復和植物-微生物聯合修復。

2.1 植物修復

植物修復是指利用種植在重金屬污染地塊中的特定植物（超富集植物）對重金屬元素的吸收、富集作用，將植物收獲后進行回收處理，將重金屬從土壤中轉移出來，從而降低土壤重金屬污染物含量，達到污染防治的治理技術。

超富集植物對重金屬的累積量是一般植物的100倍以上，在低濃度重金屬環境中對污染物的累積速率較高[3]。目前已發現有700多種重金屬超富集植物，已報道的鉛超富集植物有17種，印度芥菜是目前公認的鎘/鉛/鋅耐-富集型植物。我國的超富集植物及對應的富集元素有東南景天（鎘、鋅）、蜈蚣草（鎘）、蒲公英（鎘鉛銅鋅）等。超富集植物在重金屬污染地塊修復中的實踐應用越來越廣泛。

近年來，隨著越來越多的超富集植物被人們報道、研究，植物修復技術領域的研究重點已由篩選超富集植物向提高超富集植物的修復效率轉變。添加天然螯合劑可以促進植物對重金屬的吸收和富集，增加植物修復效率。

2.2 微生物修復

微生物修復是利用微生物的氧化還原、甲基化和去甲基化作用，吸收多種重金屬，或產生特殊的生物表面活性劑，參與土壤中污染物的循環過程，降低有毒重金屬污染物的活性，達到土壤重金屬污染修復的目的。這種方法投資費用低、易于管理與操作、效果較好、不產生二次污染，能縮短修復時間，提高修復效率。該方法正日益受到人們的重視，成為土壤重金屬污染修復的研究熱點。

2.3 植物-微生物聯合修復

植物-微生物聯合修復技術是利用植物與根際微生物的共生作用，來提高植物富集、固定土壤中重金屬的能力，增強重金屬修復的效果。

叢枝菌根（AM）真菌是自然界分布最廣的植物共生真菌，與宿主植物建立共生關系，提高宿主植物對重金屬脅迫的耐性，促進植物修復重金屬污染土壤的效率。在重金屬污染環境下，AM真菌通過根外菌絲的過濾和螯合作用，改變根際環境和土壤重金屬生物有效性，改善植物生理代謝和營養生長，增強宿主植物對重金屬的吸收、轉運和累積。

參考文獻

[1]黃益宗，郝曉偉，雷鳴，等.重金屬污染土壤修復技術及其修復實踐[J].農業環境科學學報，2013（3）：409-417.

[2]紀冬麗，孟凡生，薛浩，等.國內外土壤砷污染及其修復技術現狀與展望[J].環境工程技術學報，2016（1）：90-99.

[3]楊啟良，武振中，陳金陵，等.植物修復重金屬污染土壤的研究現狀及其水肥調控技術展望[J].生態環境學報，2015（6）：1075-1084.