(整理)土壤生物修复研究进展.

生物修复污染土壤技术研究进展

1土壤污染和生物修复概述

土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，其厚度一般在 2 m左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力，并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素。

近年来，由于人口急剧增长，工业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落在土壤中，导致了土壤污染。凡是妨碍土壤正常功能，降低作物产量和质量，还通过粮食、蔬菜，水果等间接影响人体健康的物质，都叫做土壤污染物。人为活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化，并进而造成农作物中某些指标超过国家标准的现象，称为土壤污染。

土壤重污染对人体以及动植物危害的严重性以及其循环过程中不能被降解的特殊性无疑给科学家们提出了巨大的挑战。传统的修复技术，包括物理修复和化学修复，虽然在局部小范围的修复中应用效果明显，但其治理成本高，破坏土壤理化性质，存在二次污染风险，而且对于污染面积巨大且程度较轻的土壤难以实施应用。近年来，应用生物(包括植物和微生物)来修复重污染土壤的研究已经引起了各国科学家的广泛关注。生物修复方法对土壤生态环境不会有影响．是保证土壤生态健康和农业叮持续发展的重要措施[1]。

微生物修复

微生物修复是研究得最早、最深入、应用最为广泛的一种生物修复方法。它利用自然环境中的土着微生物或特效外源微生物的代谢活动，在人为优化的环境条件下加速对环境中污染物的转化、降解与去除[2]。

植物修复

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植物修复技术是一种新兴的绿色生物技术．能在不破坏土壤生态环境．保持土壤结构和微生物活性的情况下．通过植物的根系直接将大量的重金属元素吸收．通过收获植物地上部分来修复被污染的土壤。植物修复的机理通常包括植物

萃取作用、植物挥发作用和根系过滤作用，目前主要是植物萃取作用。

植物修复技术被认为具有物理、化学修复方法所无法比拟的费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水的二次污染、能起到美化环境的作用、易于为社会所接受等优点。是一项很有发展前途的修复技术。

植物一微生物联合修复

植物修复是近年来发展起来的一项主要用于清除环境中有毒污染物的绿色修复技术，它主要利用植物修复由有机毒物和无机废物造成的污染土壤。其机理是利用土壤一植物一微生物组成的复合体系来共同降解污染物汹，通过利用植物的特殊功能，与根际微生物协同作用对污染土壤进行修复。植物修复具有利用太阳能作驱动力，能量消耗和费用大大减少，对环境破坏极小，可适用于大面积的污染治理，易于为民众接受等优点。植物生长过程中，植物生活周期对其周围物理、化学和生物过程均可产生深远影响。

2 生物修复在几种土壤污染中的应用

重金属污染土壤生植物修复

土壤重金属污染主要是由于Zn、ca、Cr、Cd、Pb、Ni、Hg、As等8种重金属元素引起的土壤污染。土壤莺金属污染具有隐蔽性、不可逆性和不可降解等特点．其治理一直是国际性的难点和重点研究问题。目前常用的控制和治理已被重金属污染的土壤的方法有淋滤法、客土法、吸附固定法等物理方法以及生物还原法、络合物浸提法等化学方法。物理方法见效缓慢，化学方法快但易带来二次污染[3]。

植物修复是近年来兴起的一种污染土壤修复技术，由于其环境友好、经济以及适用于大面积、低浓度污染土壤的原位修复，而受到广泛的关注并成为环境科学领域研究的热点。超富集植物对土壤中重金属的去除潜力，主要受3个方面的影响，即植物本身对目标重金属富集的能力（植物体内重金属含量）、植物生物量的大小以及土壤中重金属生物有效性的高低。其中，前 2个因素的乘积反映了植物对目标重金属的修复潜力，二者乘积越大则表示植物的去除能力越强，也就更有利于重金属污染土壤的修复。但是，目前发现的重金属超富集植物仅有400 多种，不足被子植物的 %。而且大部分超富集植物生物量小、生长缓慢，还

无法满足重金属污染土壤修复的需求。因此，人们将目光转向生物量高、生长迅速、易于田间管理且对重金属有较高耐性的作物，但是这类植物对重金属的富集潜力十分有限，且存在很大的健康风险，不是理想的发展方向，以至人们考虑采取一些强化措施来提高现有超富集植物的提取修复潜力。总的来看，重金属污染土壤植物提取修复的强化途径主要有2种：一是提高超富集植物的生物量；二是提高植物体内的重金属含量。螯合剂能够有效活化土壤中的重金属，进而促进植物对重金属的富集，因此被广泛用于强化植物对土壤中重金属的提取修复[4]。*

螯合剂的作用机理[4]

土壤通过矿物质的表面吸附作用、腐殖质的络合作用和沉淀反应固定进入其中的外源金属污染物。不同金属在土壤中的生物有效性存在很大差异同一金属的生物有效性还与其在土壤中的赋存形态有关。当螯合剂投加到土壤中后，其和土壤中的重金属发生螯合作用，能够形成水溶性的金属-螯合剂络合物，改变重金属在土壤中的赋存形态，提高重金属的生物有效性，进而可以强化植物对目标重金属的吸收。螯合剂的作用机制如图1所示

图1螯合剂在土壤修复中的作用机制

螯合剂的种类

重金属污染土壤植物提取修复常用螯合剂主要有两类：氨基多羧酸类螯合剂（aminopolycar-boxylate chelating agents，简称 APCAs）和小分子有机酸类螯合剂（low molecular organic acids，简称 LM原WOAs）。APCAs类螯合剂是指一大类含有N和O原子的有机化合物，它们几乎能与所有的金属离子形成稳定的配合物。LMWOAs 是螯合诱导植物提取修复研究较多的另一类螯合剂。它们产生于植物根-土界面，其在土壤溶液中的含量通常较低，二价和三价的LMWOAs，它们具有十分重要的土壤生态功能。

植物一微生物联合修复

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植物一微生物联合修复是在植物修复的基础上，联合与植物共生或非共生微生物，形成联合修复体，通过以下2种主要途径强化植物修复作用：①促进植物营养吸收，增强植物抗逆性，借助增加生物量的手段提高修复能力。如菌根真菌可以溶解转运土壤中的无机矿物元素；根瘤菌进行生物固氮等促进植物营养吸收；根部多种微生物的存在所形成的稳定根部微环境，增强了植物抗逆性等。这些都直接或间接地增加了植物的生物量；提高了植物修复能力。②增加植物根部重金属浓度，促进重金属的吸收或固定。微生物不仅通过其自身的组成成分如菌根外菌丝、几丁质、色素类物质，EPS等吸附重金属，而且通过其分泌的各种有机酸或特殊物质来活化重金属，增加其在植物根部浓度。通过某些植物体内存在的对特定重金属具有转运作用的蛋白，将富集在植物根都的重金属转运到植物体内；或使土壤中重金属吸附于根际，降低其流动性，从而减少其进入食物链的可能，并且在移除植物体时降低土壤中重金属的浓度，借此达到植物吸收和固定的目的。修复植物与根际微生物、重金属间的相互关系见图2