芻議重金屬污染農田土壤修復技術及其修復實踐

卜靜

摘 要：近年來重金屬隨著人類的生產活動進入農田土壤中，危害作物生長，并對人類的身體健康造成威脅，因此迫切需要進行修復，減輕重金屬的危害。生物修復是通過植物、微生物等的生命代謝活動將有毒物質進行分解與轉化從而修復受污染環境。本文通過分析重金屬污染農田土壤生物修復技術主要原理、現狀和進展，為合理地利用生物修復技術修復農田土壤的重金屬污染提出了指導性意見。

關鍵詞：農田重金屬污染；生物修復技術；工程實踐

1 引言

研究表明，我國農田土壤重金屬污染現象日益嚴重，主要包括汞、鎘、鉛、鉻和類金屬砷等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的鋅、銅、鎳等元素。主要來自采礦廢渣、農藥、廢水、污泥和大氣沉降等，如汞主要來自含汞廢水，鎘、鉛污染主要來自冶煉排放和汽車廢氣沉降，砷則被大量用作殺蟲劑、殺菌劑、殺鼠劑和除草劑。

2 農田土壤重金屬污染現狀

2.1 農田土壤重金屬污染對植物生長的危害

重金屬在污染農田土壤之后，會隨著植物生長遷移到植物體內，對植物產生一定的毒害作用，如引起株高、葉長、葉面積、分蘗數等一系列農藝性狀指標的改變，較高濃度的重金屬含量還會導致植物葉綠素含量與光合速率的下降。一方面是由于重金屬離子取代原本與生物大分子相結合的其他重金屬離子，在生物體內發生作用，影響植物生長和代謝；另一方面是由于重金屬離子誘導產生對酶和代謝不利的物質，如引起超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）等酶活性下降，以及抑制植物體對 Ca、Mg等礦物質元素的吸收和轉運能力。

2.2 農田土壤重金屬污染對人體健康的危害

土壤中的重金屬遷移到植物體后，在農產品中積累會產生鎘大米、重金屬蔬菜等有毒食用產品，這些有毒產品，通過食物鏈進入人體，直接對人體健康造成威脅。1953 年，在日本熊本縣水俁灣發現第一種重金屬污染疾病“水俁病”，該病由慢性汞中毒引發，導致患者步行困難、智力遲鈍、視力障礙； 1995 年，我國河套平原地區發生 As 中毒事件，中毒者具有急性腸胃炎、呼吸困難、貧血等癥狀；2010 年湖南郴州發生鉛中毒事件，患者的機體免疫力降低、記憶力減退，急性鉛中毒會嚴重影響神經系統及消化系統的運作，嚴重者可致命。綜上所述，重金屬在人體內積累，會對人類的健康產生巨大的威脅。為了減少乃至杜絕由重金屬中毒帶來的病痛，應加強土壤重金屬污染修復技術的研究和應用。

3 重金屬污染農田土壤修復技術

3.1 細菌修復重金屬污染

細菌作為微生物群體中最多的一類微生物，在修復重金屬污染土壤方面備受關注，其中，在細菌對重金屬的耐受性和吸附富集作用等方面的研究比較多。目前，已報道的能夠修復重金屬污染的細菌中，蠟狀芽孢桿菌、蘇 云 金 芽 孢 桿 菌、短小芽孢桿菌、 地 衣 芽 孢 桿 菌等對重金屬均具有良好的耐受性和吸附性、劉紅娟等試驗發現，蠟狀芽孢桿菌能夠在鎘濃度 200mg/L的瓊脂平板上快速生長，證明該菌株在抗鎘污染方面有著較強的優勢；該菌株在液體培養基中 Cd2+，Cr3+，Pb2+濃度均為 75 mg/L和 Mn2+ 濃度為100mg/L培養時，菌株生長正常。曹德菊等利用大腸桿菌（Escherichia coli）、枯草桿菌 、酵母菌 等細菌對重金屬離子 Cu，Cd 進行修復試驗，結果發現，修復性能與重金屬含量呈正相關，土壤中 Cu，Cd 含量越低，微生物修復效果越好。

3.2 植物修復重金屬污染

植物修復是最大程度降低或消除環境風險的一種環境友好型修復技術，其中植物揮發和植物穩定仍存在較大的潛在生態風險，目前應用最為廣泛的是植物提取修復。它是指植物通過自身根系，從土壤中吸收重金屬，并轉運至植物地上部分，通過收割降低土壤中污染物的濃度，達到修復土壤的目的，包括連續植物提取和螯合劑誘導性植物提取。

植物修復關鍵在于篩選出對重金屬具有超富集能力的植物，然后根據污染區域的污染情況選擇合適的植物進行修復。目前，公認的超富集植物為植株地上部中鎘的含量大于100mg/kg，砷、鉻、鈷、鎳、銅、鉛的含量大于 1000mg/kg，錳、鋅的含量大于10000mg/kg，金的含量大于1mg/kg，且在污染區生長未受到明顯抑制，地上部分重金屬含量大于其根部重金屬含量的植物目前，發現的超富集植物有400多種，如十字花科天藍遏藍菜是一種鋅和鎘的超富集植物，蕨類植物蜈蚣草是一種砷的超富集植物。然而，已知的超富集植物數量較少，絕大多數生長緩慢，生物量低，生長周期長，且為蓮座生長，不適宜大面積污染土壤修復。一種有效的改良方式是向土壤中添加螯合劑來提高土壤中重金屬的有效性，提高植物對重金屬的吸收量。但螯合劑價格昂貴，又具有生物毒性，在土壤中不易降解，投加劑量過高會使植物的生物量減少；另一方面，重金屬被螯合劑活化后，淋濕的風險增大，對土壤和地下水易造成二次污染，大面積推廣難度較大。因此，研究者尋求新的高生物量或生長迅速的植物應用到植物修復中，如紫穗槐 、柳樹、楊樹、毛竹等。

3.3 放線菌修復重金屬污染

放線菌在土壤環境中分布廣泛、種類較多、適應性強，一些研究發現，放線菌在修復重金屬土壤污染方面也占有重要的地位。NIES等學者發現，放線菌在新陳代謝過程中會釋放帶有絮凝活性的物質，這些物質分泌到細胞外能夠絡合重金屬形成沉淀物，引起金屬元素的價態變化，從而降低重金屬的生態毒性。AMOROSO等研究發現，在重金屬污染土壤中分布著許多抗性鏈霉菌，這些鏈霉菌不僅在重金屬土壤中有很強的耐受性，而且還可以通過自身作用溶解一些重金屬礦物；并對銅污染區的50 株放線菌進行了抗 Cu2+ 研究，結果發現，這些菌株對 Cu2+的最大耐受濃度可達 1000 mg/L，經過進一步鑒定，這些抗性菌株為鏈霉菌屬。

4 結束語

生物修復技術對周邊環境擾動小、不產生二次污染、經濟有效、綠色環保，在未來發展的過程中，相關部門要針對重金屬污染農田土壤問題進行分析，篩選最佳的修復技術，制定專門的污染管理機制，提升修復效果。

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