土壤重金属污染的生物修复技术研究进展

土壤是人类赖以生存的生态系统，近年来，由于人口的快速增长和工业化进程的加速，环境污染加剧，土壤也遭到很大范围的破坏，土壤污染问题越来越严重，其中最突出的是土壤重金属污染问题。土壤重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点，并可经水、植物等介质最终影响人类健康。由于具有这些特点，导致对土壤重金属的修复是一个困难的过程，土壤重金属污染成为了全球棘手的问题。据不完全统计，仅2011年以来，我国共发生了四起大的“血铅中毒事件”。对于土壤重金属污染修复技术的研究，主要是通过物理、化学和生物三方面的修复，而生物修复由于其成本低、效果好、无二次污染等优点而成为修复研究的重点。本文论述了土壤污染治理的植物修复、微生物修复两种生物修复技术的研究进展，并对生物修复技术的发展作出了展望，为今后的进一步研究做相关的理论依据。

1.土壤重金属污染的现状

重金属一般指密度在4.5g/cm3以上的45种元素。常见的对土壤造成污染的重金属包括锌、铜、铬、镍、铅、镉、汞等元素，它们不仅导致土壤退化、农作物产量和品质下降，还会通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水，并通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康。据不完全调查，目前全国受污染的耕地约0.1亿ha，占全国耕地的1/10以上；而在土壤污染中，受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近2000万ha，约占总耕地面积的1/5，其中工业“三废”污染耕地1000万ha，污水灌溉农田面积达330多万ha，据估算，全国每年因重金属污染而减产粮食1000多万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。

2.土壤重金属污染的生物修复技术

2. 1 植物修复植物修复是一种利用自然生长植物或遗传培育植物修复重金属污染土壤的技术总称，采用植物对重金属的忍耐和超量积累能力并结合共生的微生物体系来实现对重金属污染环境的修复。植物修复技术主要是包括了植物萃取技术；根际过滤技术；植物稳定技术；植物挥发技术。植物萃取是利用重金属积累植物或超积累植物将土壤中的重金属萃取出来，富集并运送到植物根部的可收割部分或植物的地上枝条部位；根际过滤是利用重金属超积累植物或耐重金属植物从污水中吸收、沉淀和富集重金属；植物稳定是利用耐重金属植物或重金属超积累植物降低重金属的活性，从而减少重金属被浸淋到地下水或通过空气载体扩散进一步污染环境的可能性；植物挥发是指利用植物把土壤中的重金属转化为气体排出土壤，然后在集中起来处理。利用植物修复技术修复土壤重金属的焦点主要集中在对超富集植物的研究，超富集植物是指能超量吸收重金属并将其运移到地上部分的植物。

2. 2 微生物修复 微生物可以降低土壤中重金属的毒性，吸附积累重金属，改变根际微环境，从而提高植物对重金属的吸收，挥发或固定效率。如硫酸还原菌、蓝细菌、动胶菌及一些藻类，它们能够产生胞外聚合物，这些胞外聚合物能与重金属离子形成络合物。微生物重金属修复的机理包括表面生物大分子吸收转运、细胞代谢、空泡吞饮、生物吸附和氧化还原反应等。利用微生物（包括细菌、藻类和酵母等）来减轻或消除重金属污染，国内外已有许多报道。相关研究表明微生物可使还原态重金属氧化，如无色杆菌、假单胞菌能使亚砷酸盐氧化为砷酸盐，从而降低砷的转移和毒性。菌根真菌能极大地提高铜在玉米根系中的浓度和吸收量，而玉米地上部分的铜浓度和吸收量变化不显著，这表明丛枝菌根有助于消减铜由玉米根系向地上部分的运输。许友泽等研究表明未灭菌土壤中土著微生物对Cr（Ⅵ）进行了修复，使溶出的Cr（Ⅵ）明显减少。通过7天的淋溶，培养基中未检测到Cr（Ⅵ）的存在，即铬污染土壤中Cr（Ⅵ）在7天内基本得到完全修复。但目前，大部分微生物修复技术还局限在科研和实验室水平，实例研究还不多，无法大面积推广，对于微修复技术还需做更深入探索。

3.展望

生物修复技术是现有环境修复技术的核心技术， 在污染物的治理，特别是土壤重金属的修复方面展现了广阔的应用前景。但目前仍然有很多问题有待解决。在植物修复方面，应进一步研究重金属与植物之间的转化和机理，更多的超富集植物有待发现，特别是多超富集植物；在微生物修复方面，应加强高效菌株的筛选。加强生物修复技术与其他技术的联用，充分发挥各个修复技术的优势，如物理-生物修复，化学-生物修复，植物-微生物联合修复等。

摘自《内蒙古环境科学》