重金属污染土壤修复技术生物修复技术研究的现状与展望

重金属污染土壤修复技术生物修复技术
研究的现状与展望
摘要：改革开放以来，我国国民经济得到了较为快速的发展，但与此同时也
带来了较为严重的环境污染问题。

尤其是近年来我国城市化建设进程深入推进工
业化、农业现代化进程不断加快，土壤盐碱化、重金属污染、耕地面积锐减重金
属污染、有机物污染等土壤污染问题越发严重与凸显。

因此，加强土壤治理已然
进入了较为迫切与严峻的局面。

在土壤污染治理土壤重金属污染治理过程中，生
物修复技术的应用发挥着极为重要的作用。

关键词：土壤重金属污染土壤修复技术研究的现状与展望重金属污染、生物
修复技术
引言
土壤重金属污染土壤具有隐蔽性、长期性和不可逆性，有害重金属在土壤中
不断富集会对土壤中的植物系统产生毒害作用，不仅导致土壤退化、生态破坏，
还可通过一系列循环在生物体内富集，进而对人类健康和生命安全造成威胁。

针
对目前土壤重金属污染土壤，常用技术主要有固化稳定化技术、土壤淋洗技术、
生物修复技术等。

其中固化稳定化技术有一定局限性，根本原因在于：①重金属
污染物风险未彻底清除，需对固化稳定化后土壤的长期稳定性及环境安全性进行
评估；②随着需进行固化稳定化修复的土方量增加，可以利用的填埋场地越来越少，限制了固化稳定化技术的应用。

土壤淋洗技术，一方面难以有效清除污染土
壤中重金属，另一方面使用的提取剂存在污染地下水的风险。

相比较，生物修复
技术具有成本低、操作简单、无二次污染、可大面积推广等优点，具有良好的经济、社会、生态综合效益，是目前最具应用前景的土壤重金属污染修复技术之一。

1土壤重金属污染来源
地震、火山喷发等地质活动或者是含有重金属元素的一些岩石产生风化等情况，都会影响土壤中的重金属含量，但是这些情况下所产生的影响比较有限，造
成土壤重金属污染的原因大部分来源于人为活动。

①农业生产。

一般情况下，化
肥和农药中都会存在金属元素超标的情况，而且人们进行农业生产的过程中，往
往会过度使用化肥和农药，这会在很大程度上增加土壤中的重金属含量。

同时，
一些农膜或者地膜没有进行有效回收、重金属类的固体垃圾没有合理地进行处理等，也会导致土壤中的重金属含量增多，进而造成土壤重金属污染。

②工业生产。

在很多的工业生产活动中，都会产生大量的废渣、废水以及废气等，如果没有将
它们进行专业化的处理就随意排放，就会给环境造成极大的破坏，尤其是其中的
重金属元素含量严重超标，未经处理就随意排放，会严重污染周围的土壤，不仅
导致严重的土壤重金属污染，还给附近居民的生活带来极大影响。

2土壤重金属污染土壤修复技术研究的现状与展望
2.21生物修复技术分类
就生物应用种类而言，可将生物修复技术主要分为植物修复技术、动物修复、微生物修复技术以及混联合合修复技术三大类。

植物修复技术，指的就是利用可
以在被污染的土壤中生长的，并且具备对污染土质净化效用的植物在生长过程中
对土壤污染因子进行吸收，进而达到净化土壤的效果。

；动物修复指的是利用土
壤中某些低等动物吸收土壤中重金属；微生物修复技术指的是利用微生物的群体
催化、降解作用，实现对土壤污染物质的分解，形成无污染性质的新物质，实现
对土壤的修复治理。

；混合联合修复技术指的就是以上两种及以上技术的混合联
合使用，发挥更好的突然土壤污染治理效果。

不同技术种类在应用过程中有着不
同的特点，采用的净化方式也各有差异。

因此在具体应用过程中，应结合土壤污
染实际情况的深入分析，采用针对性的技术类型，进而确保修复技术应用的高效、合理，以达到最佳的土壤污染治理效果。

2.2 植物修复技术
植物修复是利用自然生长植物或培育植物进行土壤重金属污染修复技术的总称，包括植物稳定、植物挥发和植物提取。

这种技术主要通过两种途径来达到对
土壤中重金属修复：①通过植物新陈代谢活动改变重金属在土壤中的化学形态，
使重金属固定、降低其在土壤中的移动性、可利用性及毒性，从而降低重金属污
染地下水和周围环境的风险；②通过植物吸收、积累和转化达到减少土壤中重金
属的目的。

植物提取修复是目前引用最多、最具发展前景的土壤重金属污染植物修复技术，相关研究表明，水稻、卷心菜、胡萝卜和一些水生植物对土壤中的硒具有较
好的吸收和转化作用。

植物挥发修复技术应用于土壤重金属污染，能有效去除土
壤中的重金属，但只限于具有挥发性重金属的修复，应用范围较局限，而且存在
污染转移的环境风险。

植物稳定修复主要指通过根部积累、沉淀、转化等作用，
降低生物可利用性，减轻重金属的污染，如植物能使毒性较高的Cr6+转变为低毒
性的Cr3+。

2.3 动物修复技术
动物修复技术主要指的是土壤中某些低等动物进行直接的吸收、转化与分解
土壤中重金属或简介间接对土壤理化性质进行优化，实现土壤肥力提升，推动促
进微生物与植物的生长，以达到对土壤污染进行修复目的的的过程。

例如较为常
见的要数蚯蚓与线虫，蚯蚓在改良土壤中发挥了非常重要的作用，其有利于土壤
肥力的增加，有利于农作物的生产，对土壤的生态恢复能力起到了有效的调节。

而线虫数量极多，繁琐速度快，寿命较短。

在采用运用动物修复技术时，同时是
利用运用动物的某些特性来吸收与转化转发土壤中的有害物质，提供一个良好的
环境给微生物以及植物的生长与发育，从而实现土壤生态结构的优化。

如，大量
饲养蚯蚓，成本较低，利用蚯蚓来对土壤中的通气性能进行优化，从而提高促使
土壤自身恢复能力的提高。

因为该种饲养方式无公害，能够对土壤肥力进行改善，让营养物质逐步积聚与土壤内，有助于植物与微生物的生长，所以能够有利于重
金属污染土壤的恢复。

动物修复因为该项技术尚存在一定的局限性，所以目前国
内相关有关研究并不多，通常都是运用在修复富营养化的水体以及农药与有机物
污染的土壤中。

2.14微生物修复技术
众所周知，土壤是微生物的库源，其中，有一部分的真菌或细菌具有吸附重
金属的能力，能够在一定程度上降低重金属对于土壤的污染程度。

微生物修复技
术就是利用特定微生物对重金属吸收、沉淀、降解、氧化和还原等作用，从而降
低污染土壤中重金属。

根据相关的研究显示，香蒲里面的菌株可以有效降低土壤
中Cu等元素的含量，尤其是能够对可交换态的含量起到极大的作用。

除此之外，通过一些田间试验或者是盆栽试验，结果都表明对菌根进行接种有着很显著的作用，植物对于土壤中的重金属有着一定的抗性，因此，在对重金属污染的土壤进
行实际的修复时，需要根据不同的修复目标来进行菌根、菌种的选择，微生物技
术协同植物修复，提高修复效果。

2.2生物修复技术分类
就生物应用种类而言，可将生物修复技术分为植物修复技术、微生物修复技
术以及混合修复技术三大类。

植物修复技术，指的就是利用可以在被污染的土壤
中生长的，并且具备对污染土质净化效用的植物在生长过程中对土壤污染因子进
行吸收，进而达到净化土壤的效果。

微生物修复技术指的是利用微生物的群体催化、降解作用，实现对土壤污染物质的分解，形成无污染性质的新物质，实现对
土壤的治理。

混合修复技术指的就是以上两种技术的混合使用，发挥更好的突然
污染治理效果。

不同技术种类在应用过程中有着不同的特点，采用的净化方式也
各有差异。

因此在具体应用过程中，应结合土壤污染实际情况的深入分析，采用
针对性的技术类型，进而确保修复技术应用的高效、合理，以达到最佳的土壤污
染治理效果。

2.35农业生态联合修复技术
研究表明，各种修复技术的联合运用，可以有效克服各项技术短板，有较好
的修复效果。

农业生态修复技术主要是通过耕作和种植管理等农业措施来降低重
金属对土壤的破坏。

有研究表明，针对较高浓度Pb2+、Cd2+复合污染土壤，蚯蚓及
菌根菌联合作用下对植物修复污染土壤起到积极作用；硫氧化细菌通过降低根际
土壤pH来转化还原硫，促进铜的氧化，对植物吸收铜起到了有效促进作用。

例如，可以通过调整土壤的Eh值来降低土壤中重金属的移动性和生物有效性，从
而减少重金属的危害；或者是通过灌溉等方式来调整土壤发生的一些氧化还原反
应，降低土壤中的重金属元素。

除此之外，因为农药与化肥都是造成土壤重金属
污染的主要原因，因此，在对污染土壤进行修复时，可以调整农药与化肥的生产
工艺，从而达到降低农药与化肥中重金属含量的目的，有效降低土壤中的重金属
含量。

2.4真菌
真菌被广泛用作去除有毒金属的生物材料，具有良好的金属摄取和回收能力。

多数研究表明，活性和失活真菌细胞在无机化学物质的粘附中都能发挥重要作用。

墨汁鬼伞菌被证实在Cd2+浓度为1mg/L时可以通过生物积累作用去除76%的Cd2+，而在Pb2+浓度为800mg/L时可以去除94.7%的Pb2+；因此，它被证明是一种有效
的重金属离子储存体，可用于真菌修复技术处理土壤中的重金属污染。

Park等人
的研究中报道了失活死亡的黑曲霉菌群、米根霉菌群、酿酒酵母菌群和产青霉菌
群可将毒性较大的Cr(VI)转化为毒性较小或无毒的Cr(III)。

Luna等人还观察到，假丝酵母产生的生物表面活性物质对Zn和Pb的去除率分别为90%和79%；这些
表面活性物质能在挥散之前与金属离子形成络合物，从而改变Zn和Pb的赋存状态，并降低其在土壤中的迁移能力。

念珠菌能从土壤中摄取并积攒大量Ni和Cu，但这一过程受到初始金属离子浓度和pH(最优3-5)的影响。

2.5脱水设备
离心过滤机分为连续式和间歇式。

间歇式离心机通常在减速的情况下由刮刀
卸料，或停机抽出转鼓套筒或滤布进行卸料。

连续式离心机则有活塞推料和振动
卸料两种方法。

板框压滤机为化工常用设备，过滤推动力大，泥饼含水率较低，
进泥、出泥是间歇的，生产率较低。

人工操作的板框压滤机，劳动强度甚大，大
多改用机械自动操作。

带式过滤机是新型的过滤机，有多种设计，依据的脱水原
理也有不同(重力过滤、压力过滤、毛细管吸水、造粒)，但它们都有回转带，一
边运泥，一边脱水，或只有运泥作用。

它们的复杂性和能耗都相近。

2.6动物修复技术
动物修复技术主要指的是土壤动物进行直接的吸收、转化与分解或简介对土
壤理化性质进行优化，实现土壤肥力提升，推动微生物与植物的生长，以达到对
土壤污染进行修复目的的过程。

例如较为常见的要数蚯蚓与线虫，蚯蚓在改良土
壤中发挥了非常重要的作用，其有利于土壤肥力的增加，有利于农作物的生产，
对土壤的生态恢复能力起到了有效的调节。

而线虫数量极多，繁琐速度快，寿命
较短。

在运用动物修复技术时同时是运用动物的某些特性来吸收与转发土壤中的
有害物质，提供一个良好的环境给微生物以及植物的生长与发育，从而实现土壤
生态结构的优化。

如，大量饲养蚯蚓，成本较低，利用蚯蚓来对土壤中的通气性
能进行优化，从而促使土壤自身恢复能力的提高。

因为该种饲养方式无公害，能
够对土壤肥力进行改善，让营养物质逐步积聚与土壤内，有助于植物与微生物的
生长，所以能够有利于重金属污染土壤的恢复。

因为该项技术存在一定的局限性，所以有关研究并不多，通常都是运用在修复富营养化的水体以及农药与有机物污
染的土壤中。

结语
我国的土壤重金属污染来源主要是农业和工业生产。

进行重金属污染土壤的
修复工作是一项任重而道远的任务，需要众多科研学者与广大社会人员的共同努力，。

近年来，单一生物修复技术应用较为广泛，而联合修复技术应用较少，国
内外土壤生物修复技术取得了一定的进展，植物-微生物、植物-动物-微生物等
联合修复的机理还有待研究，未来联合修复技术将是土壤重金属污染生物修复研
究的重点。

应用先进的修复技术对已经受到污染的土壤进行修复，同时还需要从
源头上控制重金属物质的排放，这样多方面共同作用才能更好地完成土壤的修复
工作。

参考文献
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